WO2010057704A1 - Vorrichtung zum elektrochemischen bearbeiten von werkstücken - Google Patents
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Definitions
- the ECM device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it is very easy and inexpensive to produce and allows a very fast conversion for different workpieces.
- the ECM device according to the invention has a modularized and for the most part standardized construction, in order in particular to enable rapid exchangeability for conversion to other workpieces. This is inventively achieved in that the device is a basic device and a replaceable
- the delivery device comprises a linear unit, with which a vertical and / or horizontal delivery of the electrode takes place.
- a coupling between the linear unit and the electrode is preferably executed positively and / or non-positively.
- control of the basic device is designed such that, when the process cell is closed, it automatically carries out a process start and automatically terminates a process when the process cell is opened.
- control of the basic device is designed such that after one end of a process, the process cell is automatically opened.
- the process cell is preferably arranged in a front region of the ECM device. As a result, a faster workpiece change or possibly
- FIG. 1 is a schematic, perspective view of an ECM
- FIG. 1 shows the closed position of the ECM device, in which a machining of the workpiece takes place.
- the process cell 3 is arranged in the front region of the base device 2.
- a delivery device is further provided, which performs a delivery of an electrode relative to the tool.
- the delivery device can move the entire protective cover 12 together with the other components arranged therein via the linear unit 10.
- the feed device can also move only the electrode.
- the electrode is provided with the reference numeral 8 and the workpiece with the reference numeral 7.
- the linkage 1 1 is further stiffened with a stiffening plate 13.
- the linkage 1 1 is fixedly mounted on the base plate 15 and the
- the controller may determine that the protective cover 12 is automatically raised and at the same time the upper part 4 is also raised. As a result, an operator recognizes that machining of the workpiece has ended and can do so
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken, umfassend eine Grundvorrichtung mit einer Spannungsversorgung, einer Elektrolytversorgung, und einer Zustelleinrichtung (10), und einer austauschbaren Prozesszelle (3), wobei die Prozesszelle (3) zweiteilig mit einem Oberteil (4) und einem Unterteil (5) ausgebildet ist, wobei im Unterteil (5) eine Werkstückaufnahme (6) zur Aufnahme eines Werkstücks (7) angeordnet ist, wobei im Oberteil (4) eine Elektrode (8) angeordnet ist und wobei zwischen der Prozesszelle (3) und der Grundvorrichtung (2) standardisierte Schnittstellen (9) zum Verbinden und Lösen der Prozesszelle (3) von der Grundvorrichtung (2) vorgesehen sind.
Description
Beschreibung
Titel
Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten von Werkstücken
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten von Werkstücken, welche einen einfachen modularen Aufbau aufweisen.
Vorrichtungen zur elektrochemischen Bearbeitung (ECM-Vorrichtungen) sind aus dem
Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Mittels ECM- Vorrichtungen wird eine elektrochemische Bearbeitung von Metallwerkstücken durchgeführt, wobei das Werkstück als Anode und das Werkzeug als Kathode mit einer Spannungsquelle verbunden werden. Zwischen Werkstück und Werkzeug wird eine Elektrolytlösung hindurchgeführt, welche einen Ladungstransport im Arbeitsspalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück übernimmt. Werkstück und Werkzeug sind hierzu üblicherweise in einer speziell angepassten Vorrichtung untergebracht. Üblicherweise sind die bekannten ECM-Vorrichtungen derart ausgelegt, dass sie lediglich einen Werkstücktyp bearbeiten können. Dabei werden für verschiedene Werkstücke jeweils separate ECM-Vorrichtungen konstruiert. Zur Steigerung einer
Ausbringungsmenge wurde ferner vorgeschlagen, gleichzeitig mehrere Werkstücke in einer Vorrichtung aufzuspannen. Dies erfordert jedoch einen großen maschinentechnischen Aufwand, um sicherzustellen, dass alle Werkstücke mit gleicher Qualität bearbeitet werden. Ferner fließt bei den bekannten ECM-Vorrichtungen die Elektrolytlösung über eine Oberfläche des unteren Teils der Maschine ab. Dadurch sind während der Prozessbearbeitung Führungen, Antriebe usw., der Maschine und Vorrichtung der Elektrolytlösung ausgesetzt, was zu einem erhöhten Verschleiß führen kann. Zum Schutz der Führungen usw. wurde daher vorgeschlagen, diese beispielsweise mittels Faltenbalgumhüllungen gegen die Elektrolytlösung zu schützen. Dies ist jedoch aufwendig und verteuert derartige Maschinen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße ECM-Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie sehr einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine sehr schnelle Umrüstung für verschiedene Werkstücke ermöglicht. Die erfindungsgemäße ECM-Vorrichtung weist einen modularisierten und zum größten Teil standardisierten Aufbau auf, um insbesondere auch eine schnelle Wechselbarkeit für eine Umrüstung auf andere Werkstücke zu ermöglichen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorrichtung eine Grundvorrichtung und eine austauschbare
Prozesszelle umfasst. Die Grundvorrichtung weist eine Spannungsversorgung, eine Elektrolytversorgung und eine Zustelleinrichtung, welche eine Zustellung einer Elektrode ausführt, auf. Die austauschbare Prozesszelle ist zweiteilig mit einem Oberteil und einem Unterteil ausgebildet, wobei im Unterteil eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme eines Werkstücks und im Oberteil eine
Elektrode angeordnet ist. Die Prozesszelle umfasst ferner standardisierte Schnittstellen zur Grundvorrichtung für die Zustellung der Elektrode, die Elektrolytversorgung und einer Stromversorgung. Die Elektrode ist z.B. über eine Kupplung mit der Zustelleinrichtung in der Grundvorrichtung verbindbar. Somit sind erfindungsgemäß zwischen der Prozesszelle und der Grundvorrichtung standardisierte Schnittstellen ausgebildet, so dass ein schneller und einfacher Wechsel der Prozesszelle möglich ist. Dadurch kann die erfindungsgemäße ECM-Vorrichtung schnell auf ein neues Werkstück umgerüstet werden. Somit kann erfindungsgemäß die Grundvorrichtung für mehrere unterschiedliche Werkstücke verwendet werden, wobei jeweils nur die Prozesszelle ausgetauscht wird.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise umfasst die Zustelleinrichtung eine Lineareinheit, mit welcher eine senkrechte und/oder waagrechte Zustellung der Elektrode erfolgt. Eine Kopplung zwischen der Lineareinheit und der Elektrode wird vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssig ausgeführt.
Weiter bevorzugt bilden das Oberteil und das Unterteil für die Bearbeitung des
Werkstücks eine geschlossene Prozesszelle. Dadurch kann die Prozesszelle für
die Bearbeitung des Werkstücks verschlossen werden, so dass die ECM- Maschine außerhalb der Prozesszelle trocken ist, d.h., nicht mit einer Elektrolytlösung in Kontakt kommt. Hierdurch ergeben sich große Vereinfachungen für die Auslegung der Grundvorrichtung der ECM-Vorrichtung, da diese nicht mit der Elektrolytlösung in Kontakt kommt. Die Elektrolytlösung wird gezielt über ein Leitungssystem zu- und abgeführt.
Vorzugsweise ist die Steuerung der Grundvorrichtung derart ausgelegt, um bei einem Schließen der Prozesszelle automatisch einen Prozessstart auszuführen und bei einem Öffnen der Prozesszelle automatisch einen Prozess zu beenden.
Hierzu ist vorzugsweise ein Schutzschalter mit einem ersten und zweiten Teil vorgesehen, um einen Start der Maschine erst dann zu ermöglichen, wenn ein Kontakt zwischen den beiden Teilen des Schutzschalters hergestellt ist.
Weiter bevorzugt ist die Steuerung der Grundvorrichtung derart ausgelegt, dass nach einem Ende eines Prozesses die Prozesszelle automatisch geöffnet wird.
Um eine besonders einfache Handhabung der ECM-Maschine sicherzustellen, ist die Prozesszelle vorzugsweise in einem vorderen Bereich der ECM-Vorrichtung angeordnet. Dadurch kann ein schneller Werkstückwechsel oder gegebenenfalls
Austausch einer aufgebrauchten Elektrode erreicht werden. Auch kann dadurch ein Austausch einer Prozesszelle schnell und einfach gewährleistet werden.
Besonders bevorzugt umfasst die Maschine eine Schutzabdeckung und/oder eine Schutztür mit einer Schutzscheibe, welche manuell oder automatisch geöffnet werden kann. Die Schutzabdeckung bzw. die Schutztüre schützt einen Bediener vor einem Eingriff in den Gefahrenbereich und die Steuerung kann ausgelegt werden, dass der Prozess mit Schließen der Türe automatisch startet.
Besonders bevorzugt ist die Werkstückaufnahme der Prozesszelle nur für genau ein Werkstück ausgelegt. Dadurch kann die erfindungsgemäße ECM-Vorrichtung optimal auf ein Werkstück ausgelegt werden. Insbesondere kann dann auch auf einen Toleranzausgleich zwischen mehreren Elektroden, wie sie bei einer gleichzeitigen Bearbeitung von mehreren Werkstücken notwendig ist, verzichtet werden.
- A -
Die standardisierten Schnittstellenvorrichtungen zwischen der Grundvorrichtung und der Prozesszelle sind vorzugsweise mittels Schnellkupplungen, z.B. Bajonettverschlüssen o.a., versehen.
Zeichnung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine ECM- Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer ECM-
Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung von vorne,
Figur 2 eine schematische, perspektivische Ansicht der ECM-Vorrichtung von hinten.
Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine ECM-Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie insbesondere aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die ECM-Vorrichtung zwei wesentliche Baugruppen, nämlich eine Grundvorrichtung 2 und eine Prozesszelle 3. Die Grundvorrichtung 2 umfasst eine nicht gezeigte Spannungsversorgung und eine
Elektrolytversorgung, welche unter einer Schutzabdeckung 12 angeordnet sind. Zur Versteifung der ECM-Vorrichtung umfasst die Grundvorrichtung 2 ferner ein Gestänge 11. Die Schutzabdeckung 12 ist, wie in Figur 1 durch den Pfeil A angedeutet, mittels einer Lineareinheit 10 linear absenkbar bzw. anhebbar, um während des Prozesses die Prozesszelle 3 zumindest teilweise abzudecken. Figur 1 zeigt dabei die geöffnete
Position der ECM-Vorrichtung, in welcher ein Werkstückwechsel erfolgt, und Figur 2 zeigt die geschlossene Position der ECM-Vorrichtung, in welcher eine Bearbeitung des Werkstücks erfolgt. Für eine einfache Handhabung ist die Prozesszelle 3 dabei im vorderen Bereich der Grundvorrichtung 2 angeordnet.
In der Grundvorrichtung 2 ist ferner eine Zustelleinrichtung vorgesehen, welche eine Zustellung einer Elektrode relativ zum Werkzeug ausführt. Die Zustelleinrichtung kann dabei die gesamte Schutzabdeckung 12 mitsamt den anderen darin angeordneten Bauteilen über die Lineareinheit 10 bewegen. Alternativ kann die Zustelleinrichtung auch nur die Elektrode bewegen. In Figur 1 ist die Elektrode mit dem Bezugszeichen 8 versehen und das Werkstück mit dem Bezugszeichen 7.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist das Werkstück 7 in einer Werkstückaufnahme 6 angeordnet. Die Prozesszelle 3 ist dabei zweiteilig mit einem Oberteil 4 und einem Unterteil 5 ausgebildet. Die Werkstückaufnahme 6 ist im Unterteil 5 angeordnet und die
Elektrode 8 im Oberteil 4. Für den Bearbeitungsprozess ist die Prozesszelle 3 geschlossen, wobei das Oberteil 4 auf das Unterteil 5 abgesenkt wird. Hierbei kann ein geschlossener Prozessraum erhalten werden, so dass die Elektrolytlösung nicht außerhalb des Prozessraumes gelangt. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist zwischen der Prozesszelle 3 und der Grundvorrichtung 2 eine Schnellkupplung 9 angeordnet. Die Schnellkupplung 9 stellt dabei eine Verbindung sowohl mechanisch als auch elektrisch für die Elektrode 8 bereit und ferner eine Verbindung für die Elektrolytlösung. Zwischen dem Unterteil 5 und einem Bodenbereich 15 der Grundvorrichtung ist ebenfalls eine nicht gezeigte Schnellkupplung vorhanden, um den elektrischen Kreis zu schließen und eine Entsorgungsleitung für die Elektrolytlösung anzuschließen. Dadurch ist es möglich, dass die Prozesszelle 3 schnell gewechselt werden kann. Somit ist eine schnelle und problemlose Umrüstung der ECM- Vorrichtung beispielsweise auf ein anderes Werkstück oder zur Ausrüstung mit einer anderen Elektrode möglich. Ferner kann bei der Fertigung der ECM-Vorrichtung ein sehr hoher Gleichteileanteil erreicht werden, da die Grundvorrichtung 2 für jede ECM-
Vorrichtung gleich ist und jeweils nur kundenspezifische Prozesszellen 3 hergestellt werden müssen. Da zwischen der Prozesszelle 3 und der Grundvorrichtung 2 jeweils standardisierte Verbindungen vorgesehen sind, weist die ECM-Vorrichtung einen modularen Aufbau auf, wodurch eine prinzipielle Bauweise der erfindungsgemäßen ECM-Vorrichtung verbessert wird. Ferner kann beispielsweise bei neuen
Kundenanforderungen erreicht werden, dass konstruktive Eingriffe in die ECM- Vorrichtung auf den Nahbereich um das Werkstück konzentriert sind und jeweils individuelle Prozesszellen konstruiert werden.
Die in Figur 1 und 2 gezeigte ECM-Maschine 1 weist dabei eine senkrechte Zustellung auf, welche in die Grundvorrichtung 2 integriert ist. Die senkrechte Zustellung kann
über einen standardisierten Schieber und die Schnellkupplung 9 auf die Elektrode 8 übertragen werden.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist das Gestänge 1 1 ferner mit einer Versteifungsplatte 13 versteift. Das Gestänge 1 1 ist fest auf der Grundplatte 15 montiert und das
Gestänge 11 stützt insbesondere Führungen 10a, 10b der Lineareinheit 10 ab.
Wie ferner aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist am hinteren Teil der ECM-Vorrichtung ein Schutzschalter 14 mit einem ersten Teil 14a und einem zweiten Teil 14b vorgesehen. Der erste Teil 14a ist dabei an der Schutzabdeckung 12 befestigt und der zweite Teil
14b ist an dem Gestänge 1 1 befestigt. Erst wenn ein Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Teil 14a, 14b des Schutzschalters 14 hergestellt ist, ist es möglich, eine Bearbeitung in der Prozesszelle 3 zu beginnen. Somit kann mittels des Schutzschalters 14 ein Prozessstart der ECM-Vorrichtung 1 definiert werden.
Figur 1 zeigt schematisch eine Schutzabdeckung 12. Hierbei sei angemerkt, dass die ECM-Vorrichtung 1 alternativ auch eine Türe mit einer integrierten Schutzscheibe aufweisen kann, welche von einer Bedienperson erst geschlossen werden muss, bevor der Prozess gestartet werden kann. Die Schutzscheibe schützt die Bedienperson dabei vor einem Eingriff in den Gefahrenbereich der Prozesszelle 3.
Wenn die Bearbeitung des Werkstücks 7 in der Prozesszelle 3 beendet ist, kann die Steuerung bestimmen, dass die Schutzabdeckung 12 automatisch hochgefahren wird und gleichzeitig auch das Oberteil 4 hochgefahren wird. Dadurch erkennt eine Bedienperson, dass eine Bearbeitung des Werkstücks beendet ist und kann das
Werkstück wechseln.
Da die Grundvorrichtung 2 und die Prozesszelle 3 inklusive der Elektrode 8 und der Werkstückaufnahme 6 eine mechanisch autarke Einheit darstellen, ist es erfindungsgemäß möglich, dass diese Einheit außerhalb einer ECM-Anlage eingestellt und vorgerüstet wird. Nach Einbau der Einheit in eine ECM-Anlage sind dann keinerlei Anpassungen mehr erforderlich. Hierdurch kann insbesondere die Rüst- und Einstellzeit signifikant reduziert werden. Während dabei eine Einheit außerhalb der ECM-Anlage vorbereitet wird, kann eine Bearbeitung eines Werkstücks mit einer anderen, in die ECM-Anlage eingebauten, Einheit erfolgen. Ein weiterer, großer Vorteil ist, dass die erfindungsgemäße ECM-Maschine außerhalb der Prozesszelle 3 trocken
ist, da keine Elektrolytlösung über die Oberflächen der Grundvorrichtung 2 abfließt. Die verwendete Elektrolytlösung wird über ein im unteren Bereich der Grundvorrichtung 2 integriertes Leitungssystem (nicht gezeigt) gezielt abgeführt. Somit kann ein Nachteil der im Stand der Technik verwendeten offenen Bauweise vermieden werden, da insbesondere Führungen und Antriebe nicht der Elektrolytlösung ausgesetzt sind. Insbesondere kann erfindungsgemäß auch verhindert werden, dass aufwendige Faltenbalglösungen zur Abdeckungen von Führungen usw. verwendet werden, welche derartige Anlagen sehr teuer machen.
Claims
1. Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken, umfassend
- eine Grundvorrichtung mit einer Spannungsversorgung, - einer Elektrolytversorgung, und einer Zustelleinrichtung (10), und
- einer austauschbaren Prozesszelle (3), wobei die Prozesszelle (3) zweiteilig mit einem Oberteil (4) und einem Unterteil (5) ausgebildet ist, wobei im Unterteil (5) eine Werkstückaufnahme (6) zur Aufnahme eines Werkstücks (7) angeordnet ist, wobei im Oberteil (4) eine Elektrode (8) angeordnet ist und wobei zwischen der Prozesszelle (3) und der Grundvorrichtung (2) standardisierte Schnittstellen (9) zum Verbinden und Lösen der Prozesszelle (3) von der Grundvorrichtung (2) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Zustelleinrichtung eine Lineareinheit umfasst, um insbesondere eine senkrechte Zustellung auszuführen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (4) und das Unterteil (5) für die Bearbeitung des Werkstücks (7) eine geschlossene Prozesszelle (3) bilden.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Schutzschalter (14) mit einem ersten Teil (14a) und einem zweiten Teil (14b), wobei eine Bearbeitung des Werkstücks (7) erst dann ermöglicht wird, wenn ein
Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Teil des Schutzschalters (14) hergestellt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung ausgelegt ist, nach einer Beendigung des
Prozesses die Maschine automatisch zu öffnen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesszelle (3) in einem vorderen Bereich der Maschine angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine eine Schutzabdeckung (12) und/oder eine Schutztüre umfasst.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückaufnahme (6) nur für genau ein Werkstück (7) ausgelegt ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen zur Verbindung der Grundvorrichtung (2) mit der Prozesszelle (3) Schnellkupplungen umfasst.
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