AT515035A1

AT515035A1 - Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung eines metallischen Werkstücks

Info

Publication number: AT515035A1
Application number: ATA868/2013A
Authority: AT
Inventors: Jürgen Fleig
Original assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-05-15
Also published as: AT515035B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücks, mit einem um eine Rotationsachse rotationssymmetrischen Elektrodenkörper, der mindestens eine elektrochemisch aktive Oberfläche aufweist. Erfindungsgemäß entsteht die Oberfläche im Bereich der elektrochemisch aktiven Oberfläche durch die Rotation einer konvex oder konkav geformten Kurve um die Rotationsachse. Dadurch ist es möglich, in einem einzigen Arbeitsgang unterschiedlich tiefe ECM-Strukturen auf der Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks herzustellen.

Description

Elektrode für die elektrochemische Bearbeitungeines metallischen Werkstücks

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung einesmetallischen Werkstücks. Ein derartiges elektrochemisches Bearbeitungsverfahrenwird auch als Electro Chemical Machining, kurz ECM, bezeichnet.

Beschreibung des Standes der Technik

Elektroden zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstückenwerden in der Fertigungstechnik einerseits zur Herstellung von Bohrungen undKonturen bei metallischen Bauteilen und anderseits zum Entgraten von schwerzugänglichen Bohrgraten eingesetzt. Der Materialabtrag am Werkstück erfolgt durchanodische Auflösung des elektrisch leitenden Werkstückes. Zur Bearbeitung wird einStromkreis zwischen Anode (Werkstück) und Kathode (Elektrode) über eineElektrolytlösung, beispielsweise eine wässrige Sodiumnitratlösung, geschlossen. DasECM-Verfahren arbeitet in der Regel mit einer Gleichspannung zwischen etwa 10 bis60 Volt, wobei die Intensität des Materialabtrages über die Stromdichte, den Abstandzwischen Werkstück und Elektrode und die Zeit des angelegten Stroms gesteuertwird.

Die Geometrie von ECM-Elektroden ist an die Geometrie der zu bearbeitendenWerkstücke, an die zu lösende Bearbeitungsaufgabe und die angestrebte Endkonturdes Werkzeugs angepasst. ECM-Elektroden zur Bearbeitung von Bohrungen inWerkstücken sind beispielsweise stabförmig, konisch oder scheibenförmigausgebildet.

Insbesondere bei der Herstellung von fluiddynamischen Gleitlagern zur Drehlagerungvon miniaturisierten Spindelmotoren ist es bekannt, mittels ECM in die Lagerflächenentsprechende Lagerrillenstrukturen einzubringen. Die sich gegenüberliegenden

Lagerflächen sind mit Lagerrillenstrukturen versehen und durch einen wenigeMikrometer breiten und mit einem Lagerfluid, beispielsweise Lageröl, gefülltenLagerspalt voneinander getrennt. Diese Lagerrillenstrukturen dienen zum Aufbaueines hydrodynamischen Druckes im Lagerspalt. In Folge einer rotatorischenRelativbewegung der beiden Lagerflächen erzeugen diese Rillenstrukturen einePumpwirkung auf das Lagerfluid und somit einen hydrodynamischen Druck imLagerspalt.

Zur ECM Bearbeitung von Lagerflächen werden spezielle Elektroden eingesetzt, dieeinen Elektrodenkörper aus einem elektrisch leitenden Material aufweisen, dessenOberfläche teilweise mit einem Isoliermaterial versehen ist, so dass sich entwedernicht isolierte, freiliegende metallische Bereich oder isolierte Bereiche bilden. DerMaterialabtrag am Werkstück erfolgt durch anodische Auflösung des elektrischleitenden Werkstücks.

Das ECM-Verfahren bietet sich für die Einarbeitung der Lagerrillenstrukturen in dieLageroberflächen an, da es die Ausbildung von sehr feinen Strukturen mit hoherGenauigkeit ermöglicht und die Prozesszeit auch sehr klein ist.

Typischerweise umfasst ein hydrodynamisches Fluidlager in der Regel eineLagerbüchse und eine in einer Lagerbohrung der Lagerbüchse drehgelagerte Welle.Zur Lagerung sind mindestens ein fluiddynamisches Radiallager und mindestens einfluiddynamisches Axiallager oder konische Lager, wie sie in derDE 10 2011 016 888 A1 beschrieben sind, vorgesehen. Das Radiallager, dasAxiallager und das konische Lager sind durch oben beschriebeneLagerrillenstrukturen gekennzeichnet, die in der Regel in einem ECM-Prozess auf dieLagerfläche, meist die Lagerbüchse, aufgebracht werden. Die Tiefe derLagerrillenstrukturen, die beim Radiallager typischerweise weniger als 10Mikrometer, beim konischen Lager zwischen 5 und 15 Mikrometern und beimAxiallager typischerweise weniger 20 Mikrometer beträgt, hängt ab von derStromstärke, der Bearbeitungszeit und dem Abstand der Elektrodenfläche der ECM-Elektrode von der zu bearbeitenden Lagerfläche. Der Abstand der ECM-Elektrodevon der zu bearbeitenden Lagerfläche ist gleich groß. Innerhalb einer gewissen

Toleranz ist daher auch die Tiefe der Lagerrillenstrukturen über die gesamteLagerfläche gleich groß.

Manchmal wird angestrebt, die Tiefe der Lagerrillenstrukturen über die Lagerflächezu variieren. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Stromdichte in denStrukturen der ECM Elektrode unterschiedliche gewählt wird, beispielsweise durchVerwendung unterschiedlich gut leitender Materialien. Eine Fertigung einer solchenECM-Elektrode ist jedoch relativ aufwändig und daher teuer.

Offenbarung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitungeines metallischen Werkstückes anzugeben, die eine reproduzierbare Herstellungvon unterschiedlich tiefen Strukturen auf einer Oberfläche des Werkstücks erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrode mit den in Anspruch 1angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind inden abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücksumfasst einen um eine Rotationsachse rotationssymmetrischen Elektrodenkörper,der mindestens eine elektrochemisch aktive Oberfläche aufweist.

Erfindungsgemäß entsteht die Oberfläche im Bereich der elektrochemisch aktivenOberfläche des Elektrodenkörpers durch Rotation einer konvex oder konkavgeformten Kurve um die Rotationsachse.

Die erfindungsgemäße Elektrode wird bei der Feinbearbeitung auf ihrerelektrochemisch aktiven Oberfläche mit einem konkaven oder konvexen Radiusversehen. Die Feinbearbeitung kann beispielsweise durch einen Schleifprozessmittels Formschleifen unter Verwendung von Formschleifscheiben erfolgen.

Eine weitere Möglichkeit zur Feinbearbeitung der Oberflächen der Elektrode ist dasCNC-Feindrehen.

Die erfindungsgemäße Elektrode zeichnet sich dadurch aus, dass dieelektrochemisch aktive Oberfläche elektrisch leitende und elektrisch isolierteBereiche aufweist und die Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung einesWerkstücks verwendet werden kann, das beispielsweise ein Bauteil einesfluiddynamischen Lagers sein kann.

Die elektrisch leitenden Bereiche der elektrochemisch aktiven Oberflächeentsprechen in ihrer Formgebung den in eine Lagerfläche einzubringendenLagerrillenstrukturen, insbesondere den Lagerrillenstrukturen für einfluiddynamisches Radial-, Axial- oder konisches Lager. Entsprechen die elektrischleitenden Bereiche in ihrer Formgebung Radiallagerrillenstrukturen, diebeispielsweise sinusförmig ausgebildet sein können, zeichnet sich die Elektrodedadurch aus, dass der Elektrodenkörper weitgehend stabförmig ausgebildet ist.Entsprechen die elektrisch leitenden Bereiche in ihrer FormgebungAxiallagerrillenstrukturen, die beispielsweise spiral- oder fischgrätenförmigausgebildet sein können, zeichnet sich die Elektrode dadurch aus, dass derElektrodenkörper weitgehend scheibenförmig ausgebildet ist. Entsprechen dieelektrisch leitenden Bereiche in ihrer Formgebung konischen Lagerrillenstrukturen,die beispielsweise gerade oder fischgrätenförmig ausgebildet sein können, zeichnetsich die Elektrode dadurch aus, dass der Elektrodenkörper weitgehend konischausgebildet ist.

Durch die erfindungsgemäße Form der elektrochemisch aktiven Oberfläche derElektrode ergibt sich bei der elektrochemischen Bearbeitung des Werkstücks einunterschiedlich breiter mit Elektrolyt gefüllter Spalt zwischen der Elektrode und demzu bearbeitenden Werkstück, so dass die elektrochemische Abtragung entlang desSpaltes unterschiedlich groß ist. Dadurch ist es möglich, in einem einzigenArbeitsgang unterschiedlich tiefe ECM-Strukturen auf der Oberfläche eines zubearbeitenden Werkstücks herzustellen.

Je größer der Spaltabstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück is\ destogeringer ist die elektrochemische Abtragung in diesem Bereich.

Die bevorzugte Spaltbreite für die elektrochemische Bearbeitung von Lagerbauteilenvon miniaturisierten fluiddynamischen Lagern beträgt 10 bis 120 Mikrometer.

Ist die Oberfläche im Bereich der elektrochemisch aktiven Oberfläche beispielsweisedurch Rotation einer konkav geformten Kurve um die Rotationsachse gebildet, so istder Durchmesser bzw. die axiale Höhe des Elektrodenkörpers an den Rändern derelektrochemisch aktiven Oberfläche größer als in der Mitte.

Die Bauchtiefe der konkav ausgebildeten elektrochemisch aktiven Oberfläche beträgtvorzugsweise zwischen 3 und 30 Mikrometern. In diesem Fall tritt im Bereich derRänder der elektrochemisch aktiven Oberfläche der Elektrode eine stärkereelektrochemische Abtragung ein als in der Mitte der elektrochemisch aktivenOberfläche.

Ist die Oberfläche im Bereich der elektrochemisch aktiven Oberfläche durch Rotationeiner konvex geformten Kurve um die Rotationsachse gebildet, so ist derDurchmesser bzw. die axiale Höhe des Elektrodenkörpers an den Rändern derelektrochemisch aktiven Oberfläche kleiner als in deren Mitte, d. h. es ergibt sich einkonvexer Bauch mit einer Bauchtiefe von vorzugsweise zwischen 3 und 30Mikrometern. In diesem Fall tritt im Bereich der Mitte der elektrochemisch aktivenOberfläche der Elektrode eine stärkere elektrochemische Abtragung ein als imBereich der Ränder der elektrochemisch aktiven Oberfläche.

In bekannterWeise weist die elektrochemisch aktive Oberfläche elektrisch leitendeBereiche und elektrisch isolierte Bereiche auf. Nur durch die elektrisch leitendenBereiche erfolgt hernach eine elektrochemische Abtragung.

Die Erfindung betrifft gleichermaßen ein Verfahren zur elektrochemischenBearbeitung der Lagerfläche eines metallischen Lagerbauteils, wobei eine Elektrode mit einem um eine Rotationsachse rotationssymmetrischen Elektrodenkörper undmindestens einer elektrochemisch aktiven Oberfläche verwendet wird.

Zwischen der Elektrode und der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks ist einSpalt gebildet, in welchem ein Elektrolyt eingebracht wird.

Erfindungsgemäß werden in einem einzigen Arbeitsschritt Rillenstrukturen mitunterschiedlicher Tiefe in die Oberfläche des Werkstücks eingebracht.

Bevorzugt ist dabei der Elektrodenkörper stabförmig, konisch oder scheibenförmigausgebildet.

Die unterschiedliche Tiefe der Rillenstrukturen wird dadurch erreicht, dass der Spaltzwischen der Elektrode und dem Werkstück variiert, wobei dies durch eineelektrochemisch aktive Oberfläche der Elektrode erreicht wird, die durch Rotationeiner konvex oder konkav geformten Kurve um die Rotationsachse entsteht.

Bevorzugt kann diese Elektrode zur Herstellung von Lagerbauteilen einesfluiddynamischen Lagers, insbesondere zur Bearbeitung der Lageroberflächen,verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungennäher erläutert. Dabei ergeben sich aus den Zeichnungen und ihren Beschreibungenweitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine Ansicht eines Werkzeugs zur ECM-Bearbeitung vonLagerbauteilen.

Figur 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der ECM-Elektrode.

Figur 3 zeigt eine nochmals vergrößerte Ansicht des Elektrodenkörpers.

Figur 4 zeigt eine andere bevorzugte Ausgestaltung einer ECM-Elektrode.

Figur 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer ECM-Elektrode.

Figur 6 zeigt eine Aufsicht auf weitere bevorzugte Ausgestaltungen einer ECM-Elektrode.

Figur 6a zeigt einen Schnitt einer bevorzugten Ausgestaltung der in Figur 6gezeigten ECM-Elektrode.

Figur 6b zeigt einen Schnitt einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der in Figur 6gezeigten ECM-Elektrode.

Figur 7 zeigt eine Aufsicht auf weitere bevorzugte Ausgestaltungen einer ECM-Elektrode.

Figur 7a zeigt einen Schnitt einer bevorzugten Ausgestaltung der in Figur 9gezeigten ECM-Elektrode.

Figur 7b zeigt einen Schnitt einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der in Figur 9gezeigten ECM-Elektrode.

Figur 8 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer ECM-Elektrode.

Figur 9 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer ECM-Elektrode.

Figur 10 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer ECM-Elektrode.Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Ansicht eines Werkzeugs für die elektrochemische Bearbeitungvon metallischen Werkstücken, insbesondere von Lagerbauteilen einesfluiddynamischen Lagersystems.

Das Werkzeug umfasst eine ECM-Elektrode 10, die im Beispiel zylindrischausgebildet ist sowie eine Halterung 12, an welcher die ECM-Elektrode gehalten istund die zur Zuführung des Elektrolyts und der elektrischen Spannungsversorgungdient.

Figur 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der ECM-Elektrode 10 mit ihrem weitgehendstabförmigen Elektrodenkörper 14. Die dargestellte ECM-Elektrode 10 istinsbesondere zur Bearbeitung von Lagerbüchsen von fluiddynamischen Radiallagerngeeignet, insbesondere zum Einbringen in Lagerrillenstrukturen in die Oberfläche derLagerbohrung der Lagerbüchse.

Hierzu umfasst die Elektrode 10 am Elektrodenkörper 14 zwei elektrochemischaktive Oberflächen 16 in einem Abstand voneinander, durch welche bei der ECM-Bearbeitung Lagerrillenstrukturen in die Lageroberflächen eingebracht werden.

Figur 3 zeigt eine nochmals vergrößerte Ansicht der ECM-Elektrode 10 mit demweitgehend stabförmigen Elektrodenkörper 14 aus Figur 2.

Es sind zwei in einem Abstand voneinander angeordnete elektrochemisch aktiveOberflächen 16 vorgesehen. Diese Oberflächen 16 umfassen sowohl elektrischleitende Bereiche 18 als auch elektrisch isolierte Bereiche 20. Die elektrischleitenden Bereiche 18 sind in ihrer Formgebung den in die Oberfläche einesfluiddynamischen Radiallagers einzubringenden Lagerrillenstrukturen angepasst.Beispielsweise sind die elektrisch leitenden Bereiche 18 als parabelförmige odersinusbogenförmige Linien ausgebildet. Während des elektrochemischen Abtragungsvorganges wird ein Abbild der elektrischleitenden Bereiche 18 in die Oberfläche des zu bearbeitenden Lagerbauteilsabgetragen, so dass sich im Lagerbauteil vertiefte Lagerrillenstrukturen entsprechend der Formgebung der elektrisch leitenden Bereiche 18 der Elektrodeergeben.

Man erkennt in Figur 3, dass die elektrochemisch aktiven Oberflächen 16 nichtparallel zu einer Rotationsachse 26 ausgebildet sind, sondern jeweils eine konkaveVertiefung bezüglich der Rotationsachse 26 aufweisen. D. h. an den Rändern 22 derjeweiligen elektrochemisch aktiven Oberfläche 16 ist der Durchmesser desElektrodenkörpers 14 größer als in der Mitte 24 der jeweiligen elektrochemischaktiven Oberfläche 16.

Der durch die konkave Oberfläche gebildete Bauch hat vorzugsweise eineBauchtiefe b zwischen 3 bis 30 Mikrometern. D. h. der Spaltabstand der Elektrodezum Werkstück im Bereich des Bauches, also der Mitte 24 der jeweiligenelektrochemischen aktiven Oberfläche 16, ist 3 bis 30 Mikrometer größer als an denRändern 22 der jeweiligen elektrochemisch aktiven Oberfläche 16.

Durch die konkave Formgebung der elektrochemisch aktiven Bereiche 16 erfolgt amWerkstück im Bereich der Mitte 24 der jeweiligen elektrochemisch aktiven Oberfläche16 eine geringere Abtragungsrate als an den Rändern 22, so dass dieLagerrillenstrukturen, die durch die elektrisch leitenden Bereiche 18 aufgebrachtwerden, im Bereich der Mitte 24 eine geringere Tiefe aufweisen, als im Bereich derRänder 22 der jeweiligen elektrochemisch aktiven Oberfläche 16.

Figur 4 zeigt eine andere Ausgestaltung einer Elektrode 110 mit einem weitgehendstabförmigen Elektrodenkörper 114, der zwei elektrochemisch aktive Oberflächen116 in einem Abstand voneinander umfasst.

Diese Oberflächen 116 umfassen ebenfalls sowohl elektrisch leitende Bereiche 118als auch elektrisch isolierte Bereiche 120. Die elektrisch leitenden Bereiche 118 sindwie auch schon in Figur 3 in ihrer Formgebung den in die Oberfläche einesfluiddynamischen Radiallagers einzubringenden Lagerrillenstrukturen angepasst.

Die elektrochemisch aktiven Oberflächen 116 sind nicht parallel zu einerRotationsachse 126 ausgebildet, sondern weisen jeweils eine konvexe Wölbungbezüglich der Rotationsachse 126 auf. Der Durchmesser des Elektrodenkörpers 114ist somit an den Rändern 122 der jeweiligen elektrochemisch aktiven Oberfläche 116geringer als in der Mitte 124.

Die Bauchtiefe b beträgt hier ebenfalls vorzugsweise zwischen 3 bis 30 Mikrometern.

Figur 5 zeigt einen Ausschnitt einerweiteren Ausgestaltung einer Elektrode 210 miteinem im Querschnitt trapezförmigen Elektrodenkörper 214. Es ist eineelektrochemisch aktive Oberfläche 216 vorgesehen, deren Durchmesser sich imaxialen Verlauf entlang einer Rotationsachse 226 verjüngt. Das bedeutet, dass derDurchmesser D1 vom oberen Rand 222 in Richtung zum Durchmesser D2 in derMitte 224 und weiter in Richtung des Durchmessers D3 an dem unteren Rand 222’der elektrochemisch aktiven Oberfläche 216 jeweils zunimmt, wobei hier giltDurchmesser D1 < Durchmesser D2 < Durchmesser D3. Ebenso kann dieVerjüngung umgekehrt verlaufen, sodass der Durchmesser im Bereich des oberenRands größer dem Durchmesser im Bereich der Mitte ist und dieser wiederum größerdem Durchmesser im Bereich des unteren Rands der elektrochemisch aktivenOberfläche ist.

Figur 6 zeigt eine Aufsicht auf weitere bevorzugte Ausgestaltungen einerElektrode 310 bzw. 410. Ein Elektrodenkörper 314 bzw. 414 ist weitgehendscheibenförmig ausgebildet und weist auf seiner Oberseite eine elektrochemischaktive Oberfläche 316 bzw. 416 auf, die dort kreisringförmig angeordnet ist. Dieelektrochemisch aktive Oberfläche 316 bzw. 416 weist elektrisch leitendeBereiche 318 bzw. 418 und elektrisch isolierte Bereiche 320 bzw. 420 auf. Dieelektrisch leitenden Bereiche 318 bzw. 418 entsprechen in ihrer Formgebung den indie Oberfläche eines fluiddynamischen Axiallagers einzubringendenLagerrillenstrukturen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die einzubringendenAxiallagerrillenstrukturen spiralförmig ausgebildet. Die kreisringförmig angeordneteelektrochemisch aktive Oberfläche 316 bzw. 416 wird an ihrem Innenumfang durch einen Innenkreis 328 bzw. 428 und an ihrem Außenumfang durch einenAußenkreis 330 bzw. 430 begrenzt.

In Figur 6a ist ein Schnitt einer bevorzugten Ausgestaltungsform entlang derLinie A-A der in Figur 6 gezeigten Elektrode 310 dargestellt. Zu sehen ist, dass dieelektrochemisch aktive Oberfläche 316 nicht parallel zu einer Unterseite 334 derElektrode 310 ausgebildet ist, sondern eine konkave Vertiefung bezüglich dieseraufweist. Dabei ist die axiale Höhe am Außenkreis 330 der elektrochemisch aktivenOberfläche 316 größer als am Innenkreis 328.

Durch die Form der elektrochemisch aktiven Oberfläche 316 variiert derSpaltabstand zwischen der Elektrode 310 und dem Werkstück entlang dieserOberfläche 316, so dass die Abtragungsrate am Außenkreis 330 stärker ist, als amInnenkreis 328 der elektrochemisch aktiven Oberfläche 316 und somit im Werkstückim Bereich des Außenkreises 330 tiefere Axiallagerrillenstrukturen entstehen als imBereich des Innenkreises 328.

In Figur 6b ist ein Schnitt einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform entlang derLinie A-A der in Figur 6 gezeigten Elektrode 410 dargestellt, die ähnlich derAusgestaltung in Figur 6a ist. Der Unterschied zu der Ausgestaltung in Figur 6a ist,dass die elektrochemisch aktive Oberfläche 416 hier eine konvexe Wölbungbezüglich einer Unterseite 434 der Elektrode 410 aufweist. Dabei ist die axiale Höheam Außenkreis 430 der elektrochemisch aktiven Oberfläche 416 kleiner als amInnenkreis 428 der elektrochemisch aktiven Oberfläche 416.

Durch die Form der elektrochemisch aktiven Oberfläche 416 variiert derSpaltabstand zwischen der Elektrode 410 und dem Werkstück entlang dieserOberfläche 416, so dass die Abtragungsrate am Außenkreis 430 geringer ist, als amInnenkreis 428 der elektrochemisch aktiven Oberfläche 416 und somit im Werkstückim Bereich des Außenkreises 430 flachere Axiallagerrillenstrukturen entstehen als imBereich des Innenkreises 428.

Figur 7 zeigt eine Aufsicht auf weitere bevorzugte Ausgestaltungen einerElektrode 510 bzw. 610. Ein Elektrodenkörper 514 bzw. 614 ist weitgehendscheibenförmig ausgebildet und weist auf seiner Oberseite eine elektrochemischaktive Oberfläche 516 bzw. 616 auf, die dort kreisringförmig angeordnet ist. Dieelektrochemisch aktive Oberfläche 516 bzw. 616 weist elektrisch leitendeBereiche 518 bzw. 618 und elektrisch isolierte Bereiche 520 bzw. 620 auf. Dieelektrisch leitenden Bereiche 518 bzw. 620 entsprechen in ihrer Formgebung den indie Oberfläche eines fluiddynamischen Axiallagers einzubringendenLagerrillenstrukturen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die einzubringendenAxiallagerrillenstrukturen fischgrätenförmig ausgebildet. Die kreisringförmigangeordnete elektrochemisch aktive Oberfläche 516 bzw. 616 wird an ihremInnenumfang durch einen Innenkreis 528 bzw. 628 und an ihrem Außenumfangdurch einen Außenkreis 530 bzw. 628 begrenzt. Ein Mittelkreis 532 bzw. 632 ist imBereich der Apizes der fischgrätenförmig ausgebildeten elektrisch leitendenBereiche 518 bzw. 618 angeordnet.

In Figur 7a ist ein Schnitt einer bevorzugten Ausgestaltungsform entlang derLinie A-A der in Figur 7 gezeigten Elektrode 510 dargestellt. Zu sehen ist, dass dieelektrochemisch aktive Oberfläche 516 nicht parallel zu einer Unterseite 534 derElektrode 510 ausgebildet ist, sondern eine konkave Vertiefung bezüglich dieseraufweist. Dabei ist die axiale Höhe am Innenkreis 528 und am Außenkreis 530 derelektrochemisch aktiven Oberfläche 516 gleich groß. Am Mittelkreis 532 derelektrochemisch aktiven Oberfläche 516 ist die axiale Höhe geringer, als anInnen- und Außenkreis 528, 530.

Durch die Form der elektrochemisch aktiven Oberfläche 516 variiert derSpaltabstand zwischen der Elektrode 510 und dem Werkstück entlang dieserOberfläche 516, so dass die Abtragungsrate an Innen- und Außenkreis 528, 530stärker ist, als am Mittelkreis 532 der elektrochemisch aktiven Oberfläche 516 undsomit im Werkstück im Bereich des Innen- und Außenkreises 528, 530 tiefereAxiallagerrillenstrukturen entstehen als im Bereich des Mittelkreises 532.

In Figur 7b ist ein Schnitt einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform entlang derLinie A-A der in Figur 7 gezeigten Elektrode 610 dargestellt, die ähnlich derAusgestaltung in Figur 7a ist. Der Unterschied zu der Ausgestaltung in Figur 7a ist,dass die elektrochemisch aktive Oberfläche 616 hier eine konvexe Wölbungbezüglich einer Unterseite 634 der Elektrode 610 aufweist. Dabei ist die axiale Höheam Innenkreis 628 und am Außenkreis 630 der elektrochemisch aktivenOberfläche 616 gleich groß. Am Mittelkreis 632 der elektrochemisch aktivenOberfläche 616 ist die axiale Höhe größer, als an Innen- und Außenkreis 628, 630.

Durch die Form der elektrochemisch aktiven Oberfläche 616 variiert derSpaltabstand zwischen der Elektrode 610 und dem Werkstück entlang dieserOberfläche 616, so dass die Abtragungsrate am Innen- und Außenkreis 628, 630geringer ist, als am Mittelkreis 632 der elektrochemisch aktiven Oberfläche 616 undsomit im Werkstück im Bereich des Innen- und Außenkreises 628, 630 flachereAxiallagerrillenstrukturen entstehen als im Bereich des Mittelkreises 632.

Figur 8 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer ECM-Elektrode 710. EinElektrodenkörper 714 ist an seinem Ende weitgehend konisch ausgebildet und weisteine elektrochemisch aktive Oberfläche 716 auf. Die elektrochemisch aktiveOberfläche 716 weist elektrisch leitende Bereiche 718 und elektrisch isolierteBereiche 720 auf. Die elektrisch leitenden Bereiche 718 entsprechen in ihrerFormgebung den in die Oberfläche eines konischen Lagers einzubringendenLagerrillenstrukturen. In diesem Ausführungsbeispiel sind die einzubringendenLagerrillenstrukturen gerade ausgebildet. Die elektrochemisch aktive Oberfläche 716ist nicht parallel zu einer Oberfläche 736 eines zu bearbeitenden Werkstücksausgebildet, sondern verläuft in einem bestimmten Winkel zu der Oberfläche 736 deszu bearbeitenden Werkstücks. Der Abstand des Elektrodenkörpers 714 zu der zubearbeitenden Oberfläche 736 ist somit an einem oberen Rand 722 derelektrochemisch aktiven Oberfläche 716 am Ende des Elektrodenkörpers 714 größerals an einem unteren Rand 722‘. Die elektrochemisch aktive Oberfläche kann auchumgekehrt geneigt zur bearbeitenden Oberfläche verlaufen, also so, dass derAbstand des Elektrodenkörpers zu der zu bearbeitenden Oberfläche am oberen

Rand der elektrochemisch aktiven Oberfläche am Ende des Elektrodenkörperskleiner ist, als am unteren Rand (nicht zeichnerisch dargestellt).

Durch die Form der elektrochemisch aktiven Oberfläche 716 variiert derSpaltabstand zwischen der Elektrode 710 und dem zu bearbeitenden Werkstückentlang dieser Oberfläche 716, so dass die Abtragungsrate am oberen Rand 722 derelektrochemisch aktiven Oberfläche 716 am Ende des Elektrodenkörpers 714geringer ist, als am unteren Rand 722‘ der elektrochemisch aktiven Oberfläche 716und somit im Werkstück im Bereich des oberen Rands 722 flachereAxiallagerrillenstrukturen entstehen als im Bereich des unteren Rands 122'.

Figur 9 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer ECM-Elektrode 810, dieähnlich der Ausgestaltung in Figur 8 ist. Der Unterschied zu der Ausgestaltung inFigur 8 ist, dass eine elektrochemisch aktive Oberfläche 816 hier eine konkaveVertiefung bezüglich einer Rotationsachse 826 der Elektrode 810 aufweist. DerAbstand des Elektrodenkörpers 814 zu dem zu bearbeitenden Werkstück ist an denRändern 822, 822' jeweils gleich groß und kleiner als in der Mitte 824 derelektrochemisch aktiven Oberfläche 816.

Durch die Form der elektrochemisch aktiven Oberfläche 816 variiert derSpaltabstand zwischen der Elektrode 810 und dem zu bearbeitenden Werkstückentlang dieser Oberfläche 816, so dass die Abtragungsrate an denRändern 822, 822‘ größer ist, als in der Mitte 824 der elektrochemisch aktivenOberfläche 816 und somit im Werkstück im Bereich der Ränder 822, 822‘ tiefereAxiallagerrillenstrukturen entstehen, als im Bereich der Mitte 824.

Figur 10 zeigt eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer ECM-Elektrode 910, dieähnlich der Ausgestaltung in Figur 9 ist. Der Unterschied zu der Ausgestaltung inFigur 9 ist, dass eine elektrochemisch aktive Oberfläche 916 hier eine konvexeWölbung bezüglich einer Rotationsachse 926 der Elektrode 910 aufweist. DerAbstand des Elektrodenkörpers 914 zu dem zu bearbeitenden Werkstück ist an denRändern 922, 922‘ jeweils gleich groß und größer als in der Mitte 924 derelektrochemisch aktiven Oberfläche 916.

Durch die Form der elektrochemisch aktiven Oberfläche 916 variiert derSpaltabstand zwischen der Elektrode 910 und dem zu bearbeitenden Werkstückentlang dieser Oberfläche 916, so dass die Abtragungsrate an denRändern 922, 922‘ geringer ist, als in der Mitte 924 der elektrochemisch aktivenOberfläche 916 und somit im Werkstück im Bereich der Ränder 922, 922‘ flachereAxiallagerrillenstrukturen entstehen, als im Bereich der Mitte 924.

In den Figuren 2, 3, 4, 7a, 7b, 9 und 10 kann die elektrochemisch aktive Oberflächeim Querschnitt nicht nur rund ausgebildet sein, sondern auch gerade, d. h. die Konturbesteht aus zwei Geraden, die sich in der Mitte der elektrochemisch aktivenOberfläche in einem bestimmten Winkel zueinander treffen.

Desweitern kann in Figur 6a und 6b die elektrochemisch aktive Oberfläche ebenfallsim Querschnitt gerade ausgebildet sein, das heißt die Kontur besteht aus einerGeraden, die den Innenkreis mit dem Außenkreis unter einem bestimmten Winkelverbindet.

Die in den Figuren 2, 3, 4, 5, 6a, 6b, 7a, 7b, 8, 9 und 10 dargestellten Beispiele derkonkaven bzw. der konvexen Oberflächen, sind zur Verdeutlichung übertriebendargestellt. Tatsächlich sind die Konturen so klein, dass sie in der Zeichnung nichtdarstellbar wären.

Die gezeigten Elektroden 10,110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910 könnenbeispielsweise zur Bearbeitung von Lageroberflächen von fluiddynamischen Lagernverwendet werden. Die Elektroden 10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910werden mit der Kathode einer Spannungsquelle verbunden, während das Werkstückmit der Anode der Spannungsquelle verbunden wird. Der Elektrodenkörper 14, 114,214, 314, 414, 514, 614, 714, 814, 914 ist im Wesentlichen vollständig von einemIsoliermaterial umschlossen, welches beispielsweise ein Kunststoffmaterial, einKeramikmaterial, ein keramikähnliches Material oder ein Kunststoff-Keramik-Komposit ist. Der Elektrodenkörper 14, 114, 214, 314, 414, 514, 614, 714, 814, 914besteht aus einem elektrisch gut leitenden Metall, beispielsweise aus Kupfer.

Liste der Bezugszeichen 10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910 ECM-Elektrode 12 Halterung 14, 114, 214, 314, 414, 514, 614, 714, 814, 914 Elektrodenkörper 16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916 elektrochemisch aktive

Oberfläche 18,118, 218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918 elektrisch leitender Bereich 20, 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920 elektrisch isolierter Bereich 22, 122, 222, 222’, 722, 722‘, 822, 822‘, 922, 922‘ Rand der elektrochemischaktiven Oberfläche 24, 124, 224, 824, 924 Mitte der elektrochemisch aktiven Oberfläche 26, 126, 226, 326, 426, 526, 626, 726, 826, 926 Rotationsachse 328,428, 528, 628 Innenkreis 330, 430, 530, 630 Außenkreis 532,632 Mittelkreis 334, 434, 534, 634 Unterseite Elektrode 736 Oberfläche Werkstück b Bauchtiefe D1 Durchmesser D2 Durchmesser D3 Durchmesser

Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche 1. Elektrode (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910) zurelektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücks, mit einem umeine Rotationsachse (26, 126, 226, 326, 426, 526, 626, 726, 826, 926)rotationssymmetrischen Elektrodenkörper (14, 114, 214, 314, 414, 514, 614, 714, 814, 914), der mindestens eine elektrochemisch aktive Oberfläche (16, 116,216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916) aufweist, dadurch gekennzeichnet,dass die Oberfläche im Bereich der elektrochemisch aktiven Oberfläche (16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916) entsteht durch die Rotation einerkonvex oder konkav geformten Kurve um die Rotationsachse (26, 126, 226, 326,426, 526, 626, 726, 826, 926).
2. Elektrode (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910) nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemisch aktive Oberfläche (16, 116,216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916) elektrisch leitende Bereiche (18, 118,218, 318, 418, 518, 618, 718, 818, 918) und elektrisch isolierte Bereiche (20, 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) aufweist.
3. Elektrode (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910) nach einem derAnsprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein Bauteileines fluiddynamischen Lagers ist.
4. Elektrode (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910) nach einem derAnsprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitendenBereiche (20, 120, 220, 320, 420, 520, 620, 720, 820, 920) in ihrer Formgebungden in eine Lagerfläche des Lagerbauteils einzubringenden Lagerrillenstrukturenentsprechen.
5. Elektrode (10, 110, 210) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper (14, 114, 214) stabförmigausgestaltet ist.
6. Elektrode (10, 110, 210) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass derElektrodenkörper (14, 114, 214) zwei beabstandete elektrochemisch aktiveOberflächen (16, 116, 216) aufweist, deren elektrisch leitende Bereiche (20, 120, 220) in ihrer Formgebung jeweils den in eine Lagerfläche desLagerbauteils einzubringenden Radiallagerrillenstrukturen entsprechen.
7. Elektrode (10, 110, 210) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurchgekennzeichnet, dass deren Durchmesser entlang desElektrodenkörpers (14, 114, 214) variiert, wobei der Durchmesser an zumindesteinem der Ränder (22, 122, 222, 222‘) anders ist, als der Durchmesser in derMitte (24, 124, 224) der jeweiligen elektrochemisch aktiven Oberfläche (16, 116, 216).
8. Elektrode (10) nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass derDurchmesser des Elektrodenkörpers (14) an den Rändern (22) der jeweiligenelektrochemisch aktiven Oberfläche (16) größer ist als in deren Mitte (24).
9. Elektrode (110) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass derDurchmesser des Elektrodenkörpers (114) an den Rändern (122) der jeweiligenelektrochemisch aktiven Oberfläche (116) kleiner ist als in deren Mitte (124).
10. Elektrode (210) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass derDurchmesser des Elektrodenkörpers (214) an dem Rand (222) der jeweiligenelektrochemisch aktiven Oberfläche (216) kleiner als der Durchmesser desElektrodenkörpers (214) in der Mitte (224) und dieser wiederum kleiner als derDurchmesser an dem Rand (222‘) ist.
11. Elektrode (310, 410, 510, 610) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Elektrodenkörper (314, 414, 514, 614) scheibenförmig ausgebildet ist.
12. Elektrode (310, 410, 510, 610) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass der Elektrodenkörper (314, 414, 514, 614) eine elektrochemisch aktiveOberfläche (316, 416, 516, 616) aufweist, die in ihrer Formgebung den in eineLagerfläche des Lagerbauteils einzubringenden Axiallagerrillenstrukturenentspricht.
13. Elektrode (310, 410, 510, 610) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die elektrochemisch aktive Oberfläche (316,416, 516, 616) kreisringförmigausgebildet ist, wobei die kreisringförmige elektrochemisch aktiveOberfläche (316, 416, 516, 616) begrenzt wird durch einen Innenkreis (328, 428, 528, 628) und einen Außenkreis (330, 430, 530, 630).
14. Elektrode (310, 410, 510, 610) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurchgekennzeichnet, dass die axiale Höhe des Elektrodenkörpers (314, 414, 514, 614) im Bereich der elektrochemisch aktivenOberfläche (316, 416, 516, 616) im radialen Verlauf variiert.
15. Elektrode (310, 410) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrochemisch aktive Oberfläche (316, 416) in ihrerFormgebung Axiallagerrillenstrukturen entspricht, die spiralförmig ausgebildetsind.
16. Elektrode (310) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurchgekennzeichnet, dass die axiale Höhe des Elektrodenkörpers (314) amInnenkreis (328) kleiner als am Außenkreis (330) ist.
17. Elektrode (410) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurchgekennzeichnet, dass die axiale Höhe des Elektrodenkörpers (414) amInnenkreis (428) größer als am Außenkreis (430) ist.
18. Elektrode (510, 610) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurchgekennzeichnet, dass die elektrochemisch aktive Oberfläche (516, 616) in ihrerFormgebung Axiallagerrillenstrukturen entspricht, die fischgrätenartigausgebildet sind und die einen Apex aufweisen, der auf einem Mittelkreis (532, 632) angeordnet ist, der sich wiederum zwischen demInnenkreis (528, 628) und dem Außenkreis (530, 630) befindet.
19. Elektrode (510) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die axialeHöhe des Elektrodenkörpers (514) am Mittelkreis (532) kleiner als amInnenkreis (528) und/oder am Außenkreis (530) ist.
20. Elektrode (610) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die axialeHöhe des Elektrodenkörpers (614) am Mittelkreis (632) größer als amInnenkreis (628) und/oder am Außenkreis (630) ist.
21. Elektrode (710, 810, 910) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurchgekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper (714, 814, 914) an seinem Endekonisch ausgestaltet ist.
22. Elektrode (710, 810, 910) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dassder Elektrodenkörper (714, 814, 914) zwei beabstandete elektrochemisch aktiveOberflächen (716, 816, 916) aufweist, deren elektrisch leitende Bereiche (720, 820, 920) in ihrer Formgebung jeweils den in eine Lagerflächeeines konischen Lagerbauteils einzubringenden Lagerrillenstrukturenentsprechen.
23. Elektrode (710, 810, 910) nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurchgekennzeichnet, dass der Abstand einer Oberfläche des zu bearbeitendenkonischen Lagerbauteils zu der Oberfläche der elektrochemisch aktivenOberfläche (716, 816, 916) variiert.
24. Elektrode (710) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurchgekennzeichnet, dass die Oberfläche der elektrochemisch aktivenOberfläche (716) in einem Winkel zu der Oberfläche (736) des zu bearbeitendenkonischen Lagerbauteils verläuft.
25. Elektrode (810) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurchgekennzeichnet, dass der Abstand der Oberfläche des zu bearbeitenden konischen Lagerbauteils zu der Oberfläche der elektrochemisch aktivenOberfläche (816) an den Rändern (822, 822‘) der elektrochemisch aktivenOberfläche (816) kleiner ist als in deren Mitte (824).
26. Elektrode (910) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurchgekennzeichnet, dass der Abstand der Oberfläche des zu bearbeitendenLagerbauteils zu der Oberfläche der elektrochemisch aktiven Oberfläche (916)an den Rändern (922, 922‘) der elektrochemisch aktiven Oberfläche (916)größer ist als in deren Mitte (924).
27. Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung einer Oberfläche einesmetallischen Werkstücks, wobei eine Elektrode (10, 110, 210, 310, 410, 510,610, 710 ,810 910) mit einem um eine Rotationsachse (26, 126, 226, 326, 426,526, 626, 726, 826, 926) rotationssymmetrischen Elektrodenkörper (14, 114,214, 314, 414, 514, 614, 714, 814, 914) und mindestens einer elektrochemischaktiven Oberfläche (16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916) verwendetwird, und zwischen der Elektrode (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810,910) und der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks ein Spalt gebildetwird, in welchen ein Elektrolyt eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet,dass in einem einzigen Arbeitsschritt Rillenstrukturen mit unterschiedlicher Tiefein die Oberfläche des Werkstücks eingebracht werden.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass derElektrodenkörper (14, 114, 214) stabförmig ausgestaltet ist.
29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass derElektrodenkörper (314, 414, 514, 614) scheibenförmig ausgestaltet ist.
30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende desElektrodenkörper (714, 814, 914) konisch ausgestaltet ist
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet,dass die Oberfläche im Bereich der elektrochemisch aktiven Oberfläche (16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816, 916) entsteht durch dieRotation einer konvex oder konkav geformten Kurve um dieRotationsachse (26, 126, 226, 326, 426, 526, 626, 726, 826, 926).
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet,dass eine Elektrode (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910) mit einerelektrochemisch aktiven Oberfläche (16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816,916) verwendet wird, die elektrisch leitende Bereiche (18, 118, 218, 318, 418,518, 618, 718, 818, 918) und elektrisch isolierte Bereiche (20,120, 220, 320,420, 520, 620, 720, 820, 920) aufweist.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet,dass eine Elektrode (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910) mit einerelektrochemisch aktiven Oberfläche (16, 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716, 816,916) verwendet wird, deren elektrisch leitende Bereiche (18, 118, 218, 318, 418,518, 618, 718, 818, 918) in ihrer Formgebung den in die Oberfläche desWerkstücks einzubringenden Rillenstrukturen entsprechen.
34. Verwendung einer Elektrode (10, 110, 210, 310, 410, 510, 610, 710, 810, 910)nach einem der Ansprüche 1 bis 26 zur Herstellung von Lagerbauteilen einesfluiddynamischen Lagers, insbesondere zum Einbringen vonLagerrillenstrukturen in Lageroberflächen.