AT517541A1 - Electrode for the electrochemical machining of a metallic component and a method for the production thereof - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücks, mit einer kreisförmigen Elektrodenoberfläche, die elektrisch leitende Bereiche (1 03) und elektrisch isolierende Bereiche (200, 300) aufweist, wobei die elektrisch isolierenden Bereiche (200, 300) ähnlich geformt sind wie die elektrisch leitenden Bereiche (103) und Teile der elektrisch isolierenden Bereiche (200) in axialer Richtung über die Ebene (402) der elektrisch leitenden Bereiche (1 03) hinausragen und als Auflageflächen (206) zur Auflage der Elektrodenanordnung auf dem Werkstück ausgebildet sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der radial außenliegende Rand der Auflageflächen (206) auf einem größeren Durchmesser angeordnet ist als der radial außenliegende Rand der elektrisch leitenden Bereiche (1 03) und der radial innenliegende Rand der Auflageflächen (206) auf dem selben oder einem größeren Durchmesser angeordnet ist als der radial innenliegende Rand der elektrisch leitenden Bereiche (1 03).The invention relates to an electrode assembly for the electrochemical machining of a metallic workpiece, having a circular electrode surface, the electrically conductive portions (1 03) and electrically insulating portions (200, 300), wherein the electrically insulating portions (200, 300) are shaped similarly the electrically conductive regions (103) and parts of the electrically insulating regions (200) protrude in the axial direction over the plane (402) of the electrically conductive regions (1 03) and are formed as bearing surfaces (206) for supporting the electrode arrangement on the workpiece. The invention is characterized in that the radially outer edge of the bearing surfaces (206) is arranged on a larger diameter than the radially outer edge of the electrically conductive regions (1 03) and the radially inner edge of the bearing surfaces (206) on the same or a larger diameter is arranged as the radially inner edge of the electrically conductive regions (1 03).
Description
Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung eines metallischen Bauteils und ein Verfahren zu deren HerstellungElectrode for the electrochemical machining of a metallic component and a method for the production thereof
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung eines metallischen Bauteils und ein Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to an electrode for the electrochemical machining of a metallic component and to a method for the production thereof.
Stand der TechnikState of the art
Elektroden zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Bauteilen (ECM-Elektroden) sind in vielfältigen Formen aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere werden derartige Elektroden auch bei der Herstellung von fluiddynamischen Lagersystemen verwendet, wie sie zur Drehlagerung von Miniaturspindelmotoren eingesetzt werden. Mittels der Elektroden werden die Lagerrillenstrukturen der fluiddynamischen Lager in die Lagerflächen eingebracht.Electrodes for electrochemical machining of metallic components (ECM electrodes) are known in various forms from the prior art. In particular, such electrodes are also used in the production of fluid dynamic bearing systems, as used for the rotary mounting of miniature spindle motors. By means of the electrodes, the bearing groove structures of the fluid dynamic bearings are introduced into the bearing surfaces.
In der DE 10 2007 023 494 A1 ist beispielsweise der Aufbau einer zylindrischen Elektrode zur Herstellung von Radiallagerrillenstrukturen offenbart. Diese Elektrode ist demnach vorzugsweise für die Herstellung bzw. Bearbeitung von zylindrischen Lagerflächen geeignet. Zum Einbringen von Axiallagerstrukturen für fluiddynamische Drucklager werden vorzugsweise Elektroden mit kreisförmigen bzw. ringförmigen Elektrodenoberflächen benötigt. Eine solche Elektrode ist in der DE 10 2007 008 860 B4 offenbart. Hierbei braucht die Elektrode Auflagepunkte bzw. Auflageflächen, die auf dem Werkstück aufliegen, um einen gleichbleibenden Abstand der Elektrodenoberfläche vom Werkstück sicherzustellen, so dass eine genaue Bearbeitung des Werkstückes möglich ist. In der Regel werden bei ringförmigen Elektroden bzw. kreisförmigen Elektroden über den Umfang verteilt mindestens drei Auflagepunkte oder Auflageflächen verwendet. Der Nachteil dieser Auflageflächen ist, dass im Bereich dieser Flächen keine elektrochemische Bearbeitung des Werkstückes erfolgen kann, da die Werkstückoberfläche im Bereich der Auflageflächen abgedeckt ist. Bei Axiallagerstruktur bedeutet dies, dass im Bereich der Auflageflächen die Axiallagerstrukturen unterbrochen werden müssen und daher verformt sind, so dass die Wirkungsweise dieser Axiallagerstrukturen im Axiallager selbst durch diese Verformungen beeinträchtigt wird.For example, DE 10 2007 023 494 A1 discloses the structure of a cylindrical electrode for producing radial bearing groove structures. Accordingly, this electrode is preferably suitable for the production or processing of cylindrical bearing surfaces. For introducing axial bearing structures for fluid-dynamic thrust bearings, electrodes having circular or annular electrode surfaces are preferably required. Such an electrode is disclosed in DE 10 2007 008 860 B4. In this case, the electrode needs contact points or bearing surfaces which rest on the workpiece in order to ensure a constant distance of the electrode surface from the workpiece, so that an accurate machining of the workpiece is possible. As a rule, at least three support points or bearing surfaces are used in the case of annular electrodes or circular electrodes distributed over the circumference. The disadvantage of these bearing surfaces is that no electrochemical machining of the workpiece can take place in the region of these surfaces, since the workpiece surface is covered in the area of the bearing surfaces. In axial bearing structure, this means that in the region of the bearing surfaces, the axial bearing structures must be interrupted and are therefore deformed, so that the mode of action of these axial bearing structures in the axial bearing itself is impaired by these deformations.
Die Auflageflächen bilden also Freiflächen auf dem Werkstück, die nicht zu bearbeiten sind. Im Bereich dieser Freiflächen entsteht keine Pumpwirkung in den Lagerrillen und damit eine Verminderung des fluiddynamischen Effektes.The bearing surfaces thus form open spaces on the workpiece, which are not to be processed. In the area of these open spaces there is no pumping action in the bearing grooves and thus a reduction of the fluid dynamic effect.
Die JP 2004-58179A offenbart eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung von Lagerflächen von Axiallagern, welche eine Elektrodenoberfläche mit Rillenstrukturen aufweist, welche vertiefte sowie erhabene Bereiche aufweist. Zur elektrischen Isolierung der Zwischenräumen zwischen den erhabenen Bereichen der Lagerrillenstrukturen ist eine Isolierungsscheibe vorgesehen, die elektrisch isolierende Strukturen aufweist, welche in die Zwischenräume zwischen den erhabenen elektrisch leitenden Strukturen eingreifen und über diese hinausragen, so dass sie als Auflageflächen zur Auflage auf dem Werkstück dienen. Diese Auflagestrukturen erstrecken sich über die gesamte Länge der Strukturen der Elektrode und über diese hinaus, um überhaupt eine Zirkulation des Elektrolyts zwischen der Elektrode und dem Werkstück zu ermöglichen. Die Abmessungen der isolierenden Abdeckscheibe sind also sowohl radial innen liegend als radial außen liegend größer als die Abmessungen der ringförmigen Elektrodenoberfläche.JP 2004-58179A discloses an electrode for electrochemically machining bearing surfaces of thrust bearings having an electrode surface with groove structures having recessed and raised portions. For electrical insulation of the spaces between the raised areas of the bearing groove structures, an insulation disc is provided, which has electrically insulating structures which engage in and protrude into the spaces between the raised electrically conductive structures, so that they serve as support surfaces for resting on the workpiece. These support structures extend over and beyond the entire length of the structures of the electrode to allow any circulation of the electrolyte between the electrode and the workpiece. The dimensions of the insulating cover disc are therefore both radially inward lying as lying radially outside larger than the dimensions of the annular electrode surface.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstückes und ein Verfahren zur Herstellung dieser Elektrode anzugeben, wobei diese Elektrode einfach und vor allem mit wiederholbarer Genauigkeit herzustellen ist und eine optimale Zirkulation des Elektrolyts zwischen der Elektrode und dem Werkstück gewährleistet.It is the object of the invention to provide an electrode for the electrochemical machining of a metallic workpiece and a method for producing this electrode, which electrode is simple and above all to produce with repeatable accuracy and ensures optimum circulation of the electrolyte between the electrode and the workpiece.
Diese Aufgabe wird durch eine Elektrode mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Elektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.This object is achieved by an electrode having the features of the independent claims and a method for producing this electrode having the features of claim 10.
Die Elektrode umfasst eine kreisförmige Elektrodenoberfläche, die elektrisch leitende und elektrisch isolierende Bereiche aufweist, wobei die elektrisch isolierenden Bereiche ähnlich geformt sind wie die elektrisch leitenden Bereiche und Teile der elektrisch isolierenden Bereiche in axialer Richtung über die Oberfläche der elektrisch leitenden Bereiche hinausragen und als Auflageflächen zur Auflage auf dem Werkstück ausgebildet sind.The electrode comprises a circular electrode surface which has electrically conductive and electrically insulating regions, wherein the electrically insulating regions are similarly shaped as the electrically conductive regions and parts of the electrically insulating regions protrude in the axial direction beyond the surface of the electrically conductive regions and serve as bearing surfaces Pad are formed on the workpiece.
Erfindungsgemäß ist der radial außenliegende Rand der Auflageflächen auf einem größeren Durchmesser angeordnet, als der radial außenliegende Rand der elektrisch leitenden Bereiche, während der radial innenliegende Rand der Auflageflächen auf demselben oder einem größeren Durchmesser angeordnet ist, als der radial innenliegende Rand der elektrisch leitenden Bereiche.According to the invention, the radially outer edge of the bearing surfaces is arranged on a larger diameter than the radially outer edge of the electrically conductive regions, while the radially inner edge of the bearing surfaces is arranged on the same or a larger diameter than the radially inner edge of the electrically conductive regions.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der radial außenliegende Rand der Auflageflächen auf demselben Durchmesser angeordnet, wie der radial außenliegende Rand der elektrisch leitenden Bereiche, während der radial innenliegende Rand der Auflageflächen auf einem größeren, demselben oder einem kleineren Durchmesser angeordnet ist, als der radial innenliegende Rand der elektrisch leitenden Bereiche.In another embodiment of the invention, the radially outer edge of the bearing surfaces is arranged on the same diameter as the radially outer edge of the electrically conductive regions, while the radially inner edge of the bearing surfaces is arranged on a larger, the same or a smaller diameter than the radial inner edge of the electrically conductive areas.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der radial außenliegende Rand der Auflageflächen auf einem kleineren Durchmesser angeordnet, als der radial außenliegende Rand der elektrisch leitenden Bereiche, während der radial innenliegende Rand der Auflageflächen auf einem größeren, demselben oder einem kleineren Durchmesser angeordnet ist, als der radial innenliegende Rand der elektrisch leitenden Bereiche.In a further embodiment of the invention, the radially outer edge of the bearing surfaces is arranged on a smaller diameter than the radially outer edge of the electrically conductive regions, while the radially inner edge of the bearing surfaces is arranged on a larger, the same or a smaller diameter than the radially inner edge of the electrically conductive regions.
Die Elektrode ist in allen Ausgestaltungsformen so gestaltet, dass die Auflageflächen radial außerhalb der kreisförmigen Elektrodenoberfläche nicht verbunden sind, so dass Elektrolyt bei der Bearbeitung des Werkstückes ungehindert zwischen der Oberfläche des Werkstückes und der Oberfläche der elektrisch leitenden Bereiche der Elektrode zirkulieren und fließen kann.In all embodiments, the electrode is designed such that the bearing surfaces are not connected radially outside the circular electrode surface, so that during machining of the workpiece, electrolyte can freely circulate and flow between the surface of the workpiece and the surface of the electrically conductive regions of the electrode.
Eine derartige Elektrode kann insbesondere zur Bearbeitung von Lagerflächen eines fluiddynamischen Lagers verwendet werden, wobei die elektrisch leitenden Bereiche ein Abbild von Lagerstrukturen des fluiddynamischen Lagers, vorzugsweise eines fluiddynamischen Axiallagers, sind.Such an electrode can be used in particular for processing bearing surfaces of a fluid dynamic bearing, wherein the electrically conductive regions are an image of bearing structures of the fluid dynamic bearing, preferably a fluid dynamic thrust bearing.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die elektrisch isolierenden Auflageflächen im Bereich des radial innen liegenden Randes der Elektrodenfläche verjüngen und keilförmige Enden aufweisen, d. h. an diesem Ende spitz zulaufen. Diese Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass diese sich verjüngenden Strukturen in Flussrichtung angeordnet sind, d. h. der Elektrolyt fließt in Richtung der Verjüngung der Auflageflächen und kann durch die keilförmige Formgebung ungehindert und ohne Verwirbelung abfließen. Dies begünstigt einen gleichmäßigen und wiederholbaren elektrochemischen Abtragungsprozess.In another embodiment of the invention it is provided that the electrically insulating bearing surfaces in the region of the radially inner edge of the electrode surface taper and have wedge-shaped ends, d. H. tapering at this end. This embodiment has the particular advantage that these tapered structures are arranged in the direction of flow, d. H. The electrolyte flows in the direction of the taper of the bearing surfaces and can flow through the wedge-shaped shaping unhindered and without turbulence. This promotes a uniform and repeatable electrochemical removal process.
In vorteilhafter Weise sind die keilförmigen Enden der Auflageflächen nicht symmetrisch ausgebildet, sondern weisen auf einer Seite eine größere Schräge auf, als auf der anderen Seite. Dadurch kann der Elektrolyt ungehindert in Richtung der Mitte der Elektrode abfließen, und es entstehen keine Verwirbelungen an den Rändern der Elektrodenoberfläche.Advantageously, the wedge-shaped ends of the support surfaces are not formed symmetrically, but have on one side a larger slope than on the other side. As a result, the electrolyte can flow away unhindered in the direction of the center of the electrode, and there is no turbulence at the edges of the electrode surface.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrisch isolierenden Bereiche komplett durchgehend aus einem Kunststoff gefertigt.In a preferred embodiment of the invention, the electrically insulating regions are completely made of a plastic throughout.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die elektrisch isolierenden Bereiche teilweise aus Kunststoff und teilweise aus einer elektrisch isolierenden Vergussmasse gefertigt. Dabei liegt vorzugsweise die Oberfläche des Teils der isolierenden Bereiche, der aus Vergussmasse gefertigt ist, in derselben axialen Ebene in der die Oberfläche der elektrisch leitenden Bereiche liegt.In another preferred embodiment of the invention, the electrically insulating regions are partly made of plastic and partly of an electrically insulating potting compound. In this case, preferably the surface of the part of the insulating regions, which is made of potting compound, is located in the same axial plane in which the surface of the electrically conductive regions lies.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Oberfläche der elektrisch leitenden Bereiche zu der Oberfläche der Auflageflächen zwischen 1 und 12.Preferably, the ratio of the surface of the electrically conductive regions to the surface of the bearing surfaces is between 1 and 12.
In vorteilhafter Weise sind die als Auflageflächen vorgesehenen elektrisch isolierenden Bereiche ein Teil der Elektrode und stoffschlüssig mit dem metallischen Elektrodenkörper verbunden. Dadurch ist es möglich, dass die Auflageflächen unmittelbar bis an die Ränder der Elektrodenoberfläche reichen können, ohne dass diese über die Ränder hinausragen müssen, wie dies beispielsweise beim Stand der Technik der Fall ist.In an advantageous manner, the electrically insulating regions provided as bearing surfaces are part of the electrode and materially connected to the metallic electrode body. This makes it possible that the bearing surfaces can extend directly to the edges of the electrode surface, without these must protrude beyond the edges, as is the case for example in the prior art.
Beim Stand der Technik besteht auch der Nachteil, dass die Auflageflächen aus einer ringförmigen Isolationsplatte herausgearbeitet werden mussten, und insbesondere bei kleinen Radien der Elektrode sehr feine Strukturen bearbeitet werden mussten, die eine wiederholbare hohe Genauigkeit und einen aufwendigen Bearbeitungsprozess erfordern.In the prior art, there is also the disadvantage that the bearing surfaces had to be worked out of an annular insulation plate, and very fine structures had to be processed especially at small radii of the electrode, which require a repeatable high accuracy and a complex machining process.
Bei der vorliegenden Erfindung sind die Auflageflächen vornehmlich Im Bereich des äußeren Radius der Elektrodenfläche definiert, wobei die erforderlichen Strukturen sehr viel größer sind und daher einfacher herzustellen sind, so dass sich eine kostengünstigere Herstellung der Elektrode und eine bessere Wiederholbarkeit der Genauigkeit ergeben.In the present invention, the bearing surfaces are defined primarily in the area of the outer radius of the electrode surface, the structures required are much larger and therefore easier to manufacture, resulting in a cheaper production of the electrode and a better repeatability of the accuracy.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung eines metallischen Werkstückes, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:The invention also relates to a method for producing an electrode for the electrochemical machining of a metallic workpiece, the method comprising the following steps:
Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Elektrodenkörpers mit mindestens einer kreisförmigen Elektrodenoberfläche, Einbringen von nutenartigen Strukturen in die Elektrodenoberfläche, so dass sich vertiefte Bereiche und erhabene Bereiche auf der Elektrodenoberfläche ergeben, Bereitstellen einer elektrisch isolierenden, topfförmigen Kappe mit einer zentralen Bohrung und einer ringförmigen Fläche, Einbringen von nutenartigen Strukturen in die ringförmige Fläche der Kappe , die komplementär zu den Erhebungen und Vertiefungen der Elektrodenoberfläche ausgebildet sind, Aufsetzen und Aufkleben der Kappe auf den Elektrodenkörper derart, dass die ringförmige Fläche der Kappe auf der kreisförmigen Elektrodenoberfläche liegt, wobei die komplementären elektrisch isolierenden Strukturen der Kappe in den Zwischenräumen zwischen den nutenartigen Strukturen des Elektrodenkörpers zu liegen kommen, Auffüllen eines durch die Kappe und die Elektrodenoberfläche gebildeten Freiraums mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse, Abtragen des Materials der Kappe und der elektrisch isolierenden Vergussmasse bis auf eine erste Ebene, in der die Oberfläche der erhabenen Bereiche der Elektrodenoberfläche liegt und Abtragen der erhabenen Bereiche der nutenartigen Strukturen des Elektrodenkörpers, der elektrisch isolierenden Vergussmasse und von Teilen der elektrisch isolierenden Strukturen der Kappe bis auf eine zweite Ebene, die um einen Betrag s unterhalb der ersten Ebene liegt.Providing an electrically conductive electrode body having at least one circular electrode surface, introducing groove-like structures into the electrode surface so that recessed areas and raised areas on the electrode surface result, providing an electrically insulating cup-shaped cap having a central bore and an annular surface, introducing groove-like structures in the annular surface of the cap, which are complementary to the projections and recesses of the electrode surface, placing and sticking the cap on the electrode body such that the annular surface of the cap lies on the circular electrode surface, wherein the complementary electrically insulating structures of the Cap come to lie in the spaces between the groove-like structures of the electrode body, filling a space formed by the cap and the electrode surface clearance s with an electrically insulating potting compound, removing the material of the cap and the electrically insulating potting compound to a first level, in which the surface of the raised portions of the electrode surface is located and removing the raised portions of the groove-like structures of the electrode body, the electrically insulating potting compound and Dividing the electrically insulating structures of the cap to a second level, which is an amount s below the first level.
Mit diesem Herstellungsverfahren ergibt sich eine relativ einfach herzustellende und vor allem mit einer großen Wiederholgenauigkeit herzustellende Elektrode, welche entsprechende Auflageflächen aufweist, die durch elektrisch isolierende Strukturen der Hülse gebildet sind, wobei die elektrisch leitenden Strukturen der Elektrodenoberfläche in einer definierten Tiefe s unterhalb der Oberfläche der Auflageflächen angeordnet sind.With this manufacturing method results in a relatively easy to manufacture and especially with a high repeatability produced electrode, which has corresponding bearing surfaces which are formed by electrically insulating structures of the sleeve, wherein the electrically conductive structures of the electrode surface at a defined depth s below the surface of the Support surfaces are arranged.
Der Elektrolyt kann bei auf der dem Werkstück aufgesetzten Elektrode in radialer Richtung frei durch die vertieften Kanäle zwischen den Oberflächen der elektrisch leitenden Strukturen und dem Werkstück fließen, kann also beispielsweise radial von außen oder innen zugeführt werden und radial nach innen oder nach außen durch die strukturierten Kanäle der Elektrode abfließen. Für die isolierende Kappe wird vorzugsweise eine Kunststoffhülse verwendet, die beispielsweise aus einem Polyetherimid besteht.The electrolyte can flow freely in the radial direction on the electrode mounted on the workpiece through the recessed channels between the surfaces of the electrically conductive structures and the workpiece, so it can for example be supplied radially from the outside or inside and radially inwardly or outwardly through the structured Drain channels of the electrode. For the insulating cap, a plastic sleeve is preferably used, which consists for example of a polyetherimide.
Die nutenartigen Strukturen der Elektrodenoberfläche und die komplementären elektrisch isolierenden Strukturen bestehen aus einer Mehrzahl von langgestreckten, geraden oder gekrümmten Rillen.The groove-like structures of the electrode surface and the complementary electrically insulating structures consist of a plurality of elongated, straight or curved grooves.
Die komplementären Strukturen können sich an einem Ende keilförmig verjüngen, d.h. die Breite der Strukturen verringert sich an diesem Ende.The complementary structures may taper in a wedge shape at one end, i. the width of the structures decreases at this end.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.The invention will be described in more detail with reference to drawings. This results in further features and advantages of the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Brief description of the drawings:
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Elektrodenkörper zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks Figur 1 a zeigt eine Aufsicht auf den Elektrodenkörper von Figur 1FIG. 1 shows a section through an electrode body for the electrochemical machining of a workpiece. FIG. 1 a shows a plan view of the electrode body of FIG. 1
Figur 2 zeigt einen Schnitt des Elektrodenkörpers mit aufgesetzter KappeFigure 2 shows a section of the electrode body with attached cap
Figur 2a zeigt eine Aufsicht auf den Elektrodenkörper mit aufgesetzter KappeFigure 2a shows a plan view of the electrode body with attached cap
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch den Elektrodenkörper mit Kappe undFIG. 3 shows a section through the electrode body with cap and
Isoliermasseinsulating compound
Figur 3a zeigt eine Aufsicht auf die Anordnung von Figur 3FIG. 3 a shows a plan view of the arrangement of FIG. 3
Figur 4 zeigt einen Schnitt durch Elektrodenkörper, Kappe und Isoliermasse nach der BearbeitungFIG. 4 shows a section through the electrode body, cap and insulating compound after machining
Figur 4a zeigt eine Aufsicht der Anordnung von Figur 4FIG. 4 a shows a plan view of the arrangement of FIG. 4
Figur 5 zeigt einen Schnitt gemäß Figur 4 nach einem weiterenFIG. 5 shows a section according to FIG. 4 after another
Bearbeitungsschrittprocessing step
Figur 5a zeigt eine Aufsicht auf die Anordnung von Figur 5FIG. 5 a shows a plan view of the arrangement of FIG. 5
Figur 6 zeigt eine Aufsicht auf die Kappe aus Figur 5FIG. 6 shows a plan view of the cap from FIG. 5
Figur 6a zeigt eine Aufsicht auf eine Kappe in einer alternativen AusführungsformFIG. 6a shows a plan view of a cap in an alternative embodiment
Figur 6b zeigt ein Detail aus Figur 6aFIG. 6b shows a detail from FIG. 6a
Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen zylinderförmigen Elektrodenkörper 100 für eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstückes, der aus einem verschleißfesten und elektrisch gut leitenden Material, beispielsweise Messing, besteht. Die eigentliche Elektrodenoberfläche, die zur Bearbeitung des Werkstückes verwendet wird, umfasst Strukturen 102, welche entsprechende Erhebungen 103 und Vertiefungen 104 aufweisen. Im vorliegenden Beispiel weist der Elektrodenkörper 100 eine zur Längsachse 105 konzentrische Aussparung 101 auf, so dass die elektrochemisch aktive Elektrodenoberfläche ringförmig ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise in Figur 1a dargestellt. Man erkennt, dass die Strukturen 102 auf der ringförmigen Elektrodenoberfläche spiralrillenförmig ausgebildet sind und entsprechenden Erhebungen 103 und Vertiefungen 104 aufweisen.1 shows a section through a cylindrical electrode body 100 for an electrode for electrochemical machining of a workpiece, which consists of a wear-resistant and highly electrically conductive material, such as brass. The actual electrode surface that is used for machining the workpiece comprises structures 102, which have corresponding elevations 103 and depressions 104. In the present example, the electrode body 100 has a recess 101 concentric with the longitudinal axis 105, so that the electrochemically active electrode surface is annular. This is shown for example in FIG. 1a. It can be seen that the structures 102 are formed in a spiral groove shape on the annular electrode surface and have corresponding elevations 103 and depressions 104.
Der gezeigte Elektrodenkörper 100 wird vorzugsweise zur Bearbeitung von Lagerflächen eines fluiddynamischen Axiallagers verwendet, in dessen Lagerfläche spiralrillenförmige Strukturen eingebracht werden sollen. Die Strukturen 102 auf dem Elektrodenkörper 100 weisen eine typische Strukturtiefe von beispielsweise 200 bis 500 Mikrometer auf. Als Strukturtiefe wird der Abstand der durch die Erhebungen 103 und Vertiefungen 104 gebildeten Ebenen definiert.The electrode body 100 shown is preferably used for machining bearing surfaces of a fluid-dynamic thrust bearing, in whose bearing surface spiral groove-shaped structures are to be introduced. The structures 102 on the electrode body 100 have a typical texture depth of, for example, 200 to 500 micrometers. As a structure depth, the distance of the levels formed by the elevations 103 and depressions 104 is defined.
Die Figuren 1 und 1a zeigen die Elektrode im Rohzustand, d. h. es fehlen noch die isolierenden Bereiche, welche die elektrochemisch aktiven Bereiche der Elektrodenoberfläche von den elektrochemisch inaktiven Bereichen der Elektrodenoberfläche trennen.Figures 1 and 1a show the electrode in the raw state, d. H. the insulating regions which separate the electrochemically active regions of the electrode surface from the electrochemically inactive regions of the electrode surface are also missing.
In den Figuren 2 und 2a ist der nächste Schritt zur Herstellung der Elektrode dargestellt, wobei auf den zylindrischen Elektrodenkörper 100 eine imIn Figures 2 and 2a, the next step for the preparation of the electrode is shown, wherein the cylindrical electrode body 100 in the
Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildete Kappe 200 aufgesetzt wird. Die Kappe 200 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff und vorzugsweise aus einem mechanisch sehr stabilen Kunststoff, wie beispielsweise Polyetherimid. Polyetherimid ist ein stabiler, druckresistenter Kunststoff, der sehr haltbar ist.Substantially hollow cylindrical cap 200 is placed. The cap 200 is made of an electrically insulating material, for example plastic and preferably made of a mechanically very stable plastic, such as polyetherimide. Polyetherimide is a stable, pressure-resistant plastic that is very durable.
Die hohlzylindrische Kappe 200 weist eine Bohrung 201 auf. Eine Stufe 202 unterteilt die Bohrung 201 in einen Abschnitt mit größerem Innendurchmesser, welcher auf den Außenumfang der Elektrode 100 aufgesetzt wird, und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser, welcher über die Elektrodenoberfläche hinausragt. Im Bereich der Stufe 202 weist die Kappe 200 ebenfalls Strukturen 203 auf, welche Erhebungen 204 sowie Vertiefungen 205 bilden. Die Erhebungen 204 und Vertiefungen 205 sind komplementär zu den Erhebungen 103 und Vertiefungen 104 des Elektrodenkörpers 100 ausgebildet, in den Bereichen, in welchen die Stufe 202 der Kappe 200 auf der Elektrodenoberfläche aufliegt. Die Erhebungen 204 der Kappe 200 greifen daher in die Vertiefungen 104 der Elektrode ein, während die Erhebungen 103 des Elektrodenkörpers 100 in die Vertiefungen 205 der Kappe 200 eingreifen, so dass die Kappe 200 im Bereich ihrer Stufe 202 fest und unverrückbar auf der Elektrodenoberfläche des Elektrodenkörpers 100 aufliegt und die Vertiefungen 104 des Elektrodenkörpers 100 durch die Erhebungen 204 der Kappe 200 ausgefüllt werden und umgekehrt. Die Tiefe der Strukturen der Kappe 200 entspricht der Tiefe der Strukturen des Elektrodenkörpers 100, und beträgt beispielsweise 200 bis 500 Mikrometer.The hollow cylindrical cap 200 has a bore 201. A step 202 divides the bore 201 into a larger inner diameter section which is placed on the outer circumference of the electrode 100 and a smaller diameter section which projects beyond the electrode surface. In the area of the step 202, the cap 200 also has structures 203 which form elevations 204 and depressions 205. The protrusions 204 and depressions 205 are formed complementary to the protrusions 103 and depressions 104 of the electrode body 100, in the regions in which the step 202 of the cap 200 rests on the electrode surface. The protrusions 204 of the cap 200 therefore engage in the recesses 104 of the electrode, while the protrusions 103 of the electrode body 100 engage in the recesses 205 of the cap 200, so that the cap 200 in the region of its step 202 fixed and immovable on the electrode surface of the electrode body 100 rests and the recesses 104 of the electrode body 100 are filled by the projections 204 of the cap 200 and vice versa. The depth of the structures of the cap 200 corresponds to the depth of the structures of the electrode body 100, and is, for example, 200 to 500 micrometers.
Figur 2a zeigt die Aufsicht auf den Elektrodenkörper 100 mit der aufgesetzten Kappe 200, wobei man durch die Bohrung 201 der Kappe, die darunter liegenden Strukturen 102 des Elektrodenkörpers 100 erkennen kann.FIG. 2 a shows the plan view of the electrode body 100 with the cap 200 placed on it, it being possible to see through the bore 201 of the cap, the underlying structures 102 of the electrode body 100.
In den Figuren 3 und 3a ist ein nächster Schritt der Herstellung der Elektrode dargestellt. Ausgehend von der Anordnung von Figur 2 wird nun eine Vergusshilfe in Form einer Hülse 207 auf die Kappe 200 gesetzt. Die Hülse 207 liegt mit ihrem Innendurchmesser am Außendurchmesser der Kappe 200 an und überragt dieIn FIGS. 3 and 3a, a next step of the production of the electrode is shown. Starting from the arrangement of FIG. 2, a potting aid in the form of a sleeve 207 is now placed on the cap 200. The sleeve 207 rests with its inner diameter on the outer diameter of the cap 200 and projects beyond the
Kappe 200 in axialer Richtung. Der durch die Hülse 207 und den strukturierten Elektrodenkörper 100 gebildete Hohlraum, wird, mit einer Vergussmasse 300 aufgefüllt. Die Vergussmasse 300 ist ein elektrisch isolierender Kunststoff, der in die Aussparung 101 und die verbleibenden Vertiefungen 104 des Elektrodenkörpers 100 eindringt und diese zusammen mit der Innenwand der Hülse 207 auffüllt.Cap 200 in the axial direction. The cavity formed by the sleeve 207 and the structured electrode body 100 is filled with a potting compound 300. The potting compound 300 is an electrically insulating plastic which penetrates into the recess 101 and the remaining depressions 104 of the electrode body 100 and fills them together with the inner wall of the sleeve 207.
Figur 3a zeigt eine Aufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 3, wobei man die Hülse 207 so wie die elektrisch isolierende Vergussmasse 300 erkennt, welche die Freiräume zwischen Hülse 207 und Elektrodenkörper 100 aufgefüllt hat.FIG. 3 a shows a plan view of the arrangement according to FIG. 3, wherein the sleeve 207 is recognized as well as the electrically insulating potting compound 300, which has filled up the free spaces between the sleeve 207 and the electrode body 100.
Figur 4 zeigt die Anordnung nach einem nächsten Bearbeitungsschritt. In diesem Bearbeitungsschritt wird die Hülse 207 wieder entfernt, beispielsweise durch abfräsen, und das Material der Kappe 200 und der Isoliermasse 300 wieder abgetragen, beispielsweise plan gefräst, bis auf eine erste Ebene 400, welche durch die Oberfläche der Erhebungen 103 der Elektrode 100 gebildet wird. Das heißt, alle drei Materialien, zum Einen das Metall der Erhebungen 103 des Elektrodenkörpers 100, die verbleibende Isoliermasse 300 sowie der Kunststoff der Kappe 200 werden in dieser Ebene 400 sichtbar. Die Vertiefungen 104 des Elektrodenkörpers 100 sind radial innen durch die Vergussmasse 300 aufgefüllt und im Bereich des äußeren Radius der Elektrodenoberfläche durch das Material der Kappe 200 aufgefüllt. Die Aussparung 101 des Elektrodenkörpers 100 ist komplett mit Vergussmasse 300 aufgefüllt.FIG. 4 shows the arrangement after a next processing step. In this processing step, the sleeve 207 is removed again, for example by milling, and the material of the cap 200 and the insulating compound 300 is removed again, for example milled, except for a first plane 400, which is formed by the surface of the elevations 103 of the electrode 100 , That is, all three materials, on the one hand the metal of the elevations 103 of the electrode body 100, the remaining insulating compound 300 and the plastic of the cap 200 are visible in this plane 400. The recesses 104 of the electrode body 100 are filled radially inward by the potting compound 300 and filled in the region of the outer radius of the electrode surface by the material of the cap 200. The recess 101 of the electrode body 100 is completely filled with potting compound 300.
Figur 4a zeigt eine Aufsicht auf diese Anordnung, wobei man die Erhebungen 103 des Elektrodenkörpers 100 erkennt und das dazwischen und außen herum angeordnete nicht-schraffierte Material der Kappe 200 sowie das kreuzschraffierte Material der isolierenden Vergussmasse 300. Man erkennt, dass alle Zwischenräume zwischen den Erhebungen 103 des Elektrodenkörpers 100 entweder durch das Material der Kappe 200 oder das Material der Isoliermasse 300 aufgefüllt sind.FIG. 4a shows a plan view of this arrangement, wherein the elevations 103 of the electrode body 100 and the non-hatched material of the cap 200 disposed therebetween and externally, as well as the cross-hatched material of the insulating potting compound 300 are discerned. It can be seen that all spaces between the elevations 103 of the electrode body 100 are filled either by the material of the cap 200 or the material of the insulating material 300.
Die Figuren 5 und 5a zeigen nun den letzten Bearbeitungsschritt zur Herstellung der Elektrodenanordnung. Hierbei werden die Erhebungen 103 des Elektrodenkörpers 100, die Vergussmasse 300 und Teile der Kappe 200 um einen Betrag s bis auf eine zweite Ebene 402 abgetragen. Diese zweite Ebene 402 liegt also um den Betrag s unterhalb der ersten Ebene 400. Die Oberflächen der nicht abgetragenen Teile der Kappe 200 liegen also noch in der ersten Ebene 400 und dienen somit als Auflageflächen 206. Radial außerhalb der Elektrodenfläche, d. h. radial außerhalb des Metallmaterials der Elektrode ist das Material der Kappe 200 ebenfalls bis auf die tiefer liegende Ebene 402 abgetragen.FIGS. 5 and 5a now show the last processing step for producing the electrode arrangement. Here, the elevations 103 of the electrode body 100, the potting compound 300 and parts of the cap 200 are removed by an amount s up to a second level 402. This second plane 402 is therefore below the first plane 400 by the amount s. The surfaces of the non-abraded parts of the cap 200 thus still lie in the first plane 400 and thus serve as bearing surfaces 206. Radially outside the electrode surface, ie. H. radially outside the metal material of the electrode, the material of the cap 200 is also removed to the lower level 402.
Eine Aufsicht auf Figur 5 ist in Figur 5a dargestellt. Zu sehen sind die spiralförmigen, elektrisch leitfähigen Erhebungen 103 des Elektrodenkörpers 100, deren Oberfläche in der tieferliegenden, zweiten Ebene 402 liegt. Radial außerhalb des Bereichs, in dem die elektrisch isolierende Vergussmasse 300 ist, sind die zwischen den Erhebungen 103 angeordneten, ebenfalls leicht spiralförmigen Auflageflächen 206 der Kappe 200 zu sehen. Die Auflageflächen 206 enden mit ihrer radial außenliegenden Seite auf demselben Durchmesser, auf dem auch die elektrisch leitfähigen Erhebungen 103 des Elektrodenkörpers 100 mit ihrer radial äußeren Seite enden und erstrecken sich radial nach innen bis zu dem Bereich der Vergussmasse 300. Radial außerhalb der Auflageflächen 206 und der elektrisch leitfähigen Strukturen 103 ist der äußere Rand der Kappe 200 zu sehen, dessen Oberfläche in der zweiten, tieferliegenden Ebene 402 liegt.A plan view in FIG. 5 is shown in FIG. 5a. On display are the spiral-shaped, electrically conductive elevations 103 of the electrode body 100, the surface of which lies in the lower, second plane 402. Radially out of the region in which the electrically insulating potting compound 300 is located, the likewise slightly helical bearing surfaces 206 of the cap 200 arranged between the elevations 103 can be seen. The bearing surfaces 206 terminate with their radially outer side on the same diameter on which the electrically conductive projections 103 of the electrode body 100 end with its radially outer side and extend radially inward to the region of the potting compound 300. Radially outside the bearing surfaces 206 and of the electrically conductive structures 103, the outer edge of the cap 200 can be seen, the surface of which lies in the second, lower plane 402.
Zur Bearbeitung eines Werkstückes wird die Elektrodenanordnung unmittelbar mit ihrer ersten Ebene 400 auf die Oberfläche des Werkstückes aufgesetzt. Ein Elektrolyt wird dann zwischen der zweiten, tieferliegenden Ebene 402 der leitfähigen Erhebungen 103 und dem Werkstück entweder von radial außen nach innen oder von radial innen nach außen durchgeleitet und ein elektrischer Strom zwischen Elektrode und Werkstück angelegt, wodurch eine elektrochemische Abtragung der Werkstückoberfläche im Bereich der Erhebungen 103 erfolgt, während in den isolierten Bereichen, die durch die isolierende Kappe 200 bzw. die Isoliermasse 300 gebildet werden, keine elektrochemische Abtragung erfolgt.For machining a workpiece, the electrode assembly is placed directly with its first plane 400 on the surface of the workpiece. An electrolyte is then passed between the second, lower level 402 of the conductive protrusions 103 and the workpiece either from radially outside to inside or from radially inside to outside and an electric current is applied between the electrode and the workpiece, whereby an electrochemical removal of the workpiece surface in the Bumps 103 takes place, while in the isolated areas, which are formed by the insulating cap 200 and the insulating material 300, no electrochemical removal takes place.
In das Werkstück wird also eine Struktur eingebracht, die aus Vertiefungen besteht, welche ein Abbild der elektrisch leitenden Erhebungen 103 der Elektrode 100 sind.In the workpiece, therefore, a structure is introduced, which consists of depressions, which are an image of the electrically conductive elevations 103 of the electrode 100.
Figur 6 zeigt eine Aufsicht auf die Kappe 200 nach dem letzten Bearbeitungsschritt. Der Boden der Vertiefungen 205 der Kappe 200, in die die Erhebungen 103 des Elektrodenkörpers eingreifen ist inzwischen abgetragen, so dass die Vertiefungen zu Freiräumen geworden sind und die Oberfläche der Erhebungen 103 freiliegt. Zwischen den Freiräumen 205 sind die Auflageflächen 206 zu sehen, die genau wie die Freiräume 205, spiralförmig ausgebildet sind. Die Breite der Freiräume 205 und der Auflageflächen 206 vergrößert sich vom radial innenliegenden Ende in Richtung zum radial außenliegenden Ende.FIG. 6 shows a plan view of the cap 200 after the last processing step. The bottom of the recesses 205 of the cap 200, in which engage the protrusions 103 of the electrode body has now been removed, so that the wells have become free space and the surface of the elevations 103 is exposed. Between the free spaces 205, the support surfaces 206 can be seen, which are just like the free spaces 205, formed spirally. The width of the free spaces 205 and the bearing surfaces 206 increases from the radially inner end toward the radially outer end.
Figur 6A zeigt eine Aufsicht auf eine abgewandelte Ausgestaltung der Kappe 200 aus Figur 6, bei der die Auflageflächen 206 anders ausgestaltet sind. Das radial innenliegende Ende der Auflageflächen 206 läuft spitz zu und endet auf einem größeren Durchmesser, als der Durchmesser der zentralen Bohrung 201. Die spitzen Enden sind dabei nicht symmetrisch ausgebildet. Zwar liegen die Enden der Spitzen auf der Mittellinie der Auflageflächen 206, jedoch verläuft jede Seite unter einem unterschiedlichen Winkel. Alternativ können die Enden auch symmetrisch ausgebildet sein (nicht zeichnerisch dargestellt). Durch diese Form der Auflageflächen 206 kann der Elektrolyt, der vorzugsweise von radial außen zugeführt wird und radial nach innen fließt, im radial inneren Bereich ohne Verwirbelungen abfließen, so dass ein sehr gutes Ergebnis der elektrochemischen Bearbeitung erzielt werden kann, da hier kein Stau oder eine Verwirbelung des Elektrolyts stattfindet. In der hier gezeigten Ausgestaltung der Kappe 200, füllen die Auflageflächen 206 nicht komplett den Zwischenraum zwischen Freiräumen 205 für die elektrisch leitenden Strukturen 103 aus. Außerhalb der Auflageflächen 206 werden die Zwischenräume zwischen den Freiräumen 205 durch Teile der Kappe 200 ausgefüllt, deren Oberflächen in derselben Ebene liegen, wie dieFigure 6A shows a plan view of a modified embodiment of the cap 200 of Figure 6, in which the bearing surfaces 206 are configured differently. The radially inner end of the bearing surfaces 206 runs to a point and ends on a larger diameter than the diameter of the central bore 201. The pointed ends are not symmetrical. Although the tips of the tips lie on the centerline of the bearing surfaces 206, each side is at a different angle. Alternatively, the ends may also be formed symmetrically (not shown in the drawing). By this form of the bearing surfaces 206, the electrolyte, which is preferably supplied from the radially outside and flows radially inward, flow in the radially inner region without turbulence, so that a very good result of the electrochemical machining can be achieved because there is no jam or a Swirling of the electrolyte takes place. In the embodiment of the cap 200 shown here, the bearing surfaces 206 do not completely fill the gap between free spaces 205 for the electrically conductive structures 103. Outside the support surfaces 206, the spaces between the free spaces 205 are filled by parts of the cap 200 whose surfaces are in the same plane as the
Oberflächen der Teile der Kappe 200, die radial außerhalb der Auflageflächen angeordnet sind.Surfaces of the parts of the cap 200, which are arranged radially outside the bearing surfaces.
Figur 6B zeigt das Detail X der Figur 6A im Bereich des spitzen Endes der Auflageflächen 206. Hier ist deutlich das spitz zulaufende, nicht symmetrisch ausgebildete, radial innenliegende Ende der Auflageflächen 206 zu erkennen.FIG. 6B shows the detail X of FIG. 6A in the region of the pointed end of the bearing surfaces 206. Here, the pointed, non-symmetrically formed, radially inward end of the bearing surfaces 206 can clearly be seen.
Die hier gezeigten Auflageflächen müssen nicht zwangsläufig mit ihrem radial äußeren Ende auf demselben Durchmesser enden, wie die elektrisch leitenden Strukturen, sondern können auch auf einem kleineren oder einem größeren Durchmesser enden (nicht zeichnerisch dargestellt). Auch können die Auflageflächen mit ihrem radial inneren Ende auf einem kleineren oder demselben Durchmesser enden, wie die elektrisch leitenden Strukturen (ebenfalls nicht zeichnerisch dargestellt).The bearing surfaces shown here do not necessarily have to end with their radially outer end on the same diameter as the electrically conductive structures, but can also end up on a smaller or larger diameter (not shown in the drawing). Also, the bearing surfaces can end with their radially inner end on a smaller or the same diameter, as the electrically conductive structures (also not shown in the drawing).
Die Vorteile der dargestellten Elektrodenanordnung sind eine wesentlich verlängerte Lebensdauer aufgrund des stabilen Materials der Kappe 200 und eine bessere Stabilität der Auflageflächen und eine genauere Auflage.The advantages of the illustrated electrode assembly are a significantly increased life due to the stable material of the cap 200 and better stability of the bearing surfaces and a more accurate support.
Die mittels dieser Elektrodenanordnung erzeugten Lagerstrukturen können ohne Defekte oder Unterbrechungen hergestellt werden und können vom Innenumfang bis zum Außenumfang der Lagerfläche reichen, ohne Unterbrechungen.The bearing structures produced by means of this electrode arrangement can be produced without defects or interruptions and can extend from the inner circumference to the outer circumference of the bearing surface, without interruptions.
Es ergibt sich ferner eine sehr gute Planparallelität der Auflage der Elektrode auf dem Werkstück.It also results in a very good parallelism of the support of the electrode on the workpiece.
Liste der Bezugszeichen 100 Elektrodenkörper 101 Aussparung 102 Strukturen 103 Erhebungen 104 Vertiefungen 105 Längsachse 200 Kappe 201 Bohrung 202 Stufe 203 Strukturen 204 Erhebungen 205 Vertiefungen 206 Auflagefläche 207 Hülse 300 Vergussmasse 400 Ebene (der Erhebungen der Strukturen der Elektrode vor Bearbeitung) 402 Ebene (der Erhebungen der Strukturen nach Bearbeitung)List of reference numerals 100 electrode body 101 recess 102 structures 103 elevations 104 depressions 105 longitudinal axis 200 cap 201 bore 202 step 203 structures 204 elevations 205 depressions 206 support surface 207 sleeve 300 potting compound 400 plane (the elevations of the structures of the electrode before machining) 402 plane (of the elevations the structures after processing)
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