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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer
Metall umfassenden Schicht von einer Werkstückoberfläche mittels einer elektrochemischen
Behandlung. Daneben betrifft die Erfindung eine Gegenelektrodenanordnung
zum elektrochemischen Behandeln eines Werkstückes, bei dem das Werkstück eine
Arbeitselektrode bildet.
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Derartige
Verfahren und Vorrichtungen kommen beispielsweise beim Reinigen
oder Polieren von Werkstückoberflächen zur
Anwendung. Eine spezielle Anwendung ist beispielsweise das Entfernen
von Beschichtungen von Turbinenschaufeln, die mit einer thermischen
Schutzschicht und einer darunter befindlichen korrosions- und/oder
oxidationshemmenden Schutzschicht versehen sind. Die thermische Schutzschicht
ist typischerweise eine keramische Schutzschicht, bspw. Zirkoniumoxid,
dessen kristalline Struktur mit Yttrium wenigstens teilweise stabilisiert
ist. Als korrosions- und/oder oxidationshemmende Schutzschichten
kommen oft sog. MCrAlY-Beschichtungen zum Einsatz. Im Begriff MCrAlY
steht M für
Eisen (Fe), Kobalt (Co) oder Nickel (Ni) und Y für Yttrium (Y) und/oder Silizium
(Si) und/oder zumindest ein Element der seltenen Erden bzw. Hafnium.
Entsprechende Beschichtungen sind etwa aus
EP 0 486 489 B1 ,
EP 0 786 017 B1 ,
EP 0 412 397 B1 oder
EP 1 306 454 A1 bekannt.
Auf diese Dokumente wird daher bezüglich möglicher Zusammensetzungen der Beschichtung
Bezug genommen. Das Beschichtungssystem einer Turbinenschaufel stellt
eine sowohl Keramik als auch Metall umfassende Beschichtung dar.
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Die
EP 1 094 134 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrochemischen Entfernen
einer Metallbeschichtung von einer Turbinenschaufel. Die Turbinenschaufel
wird als anodische Arbeitselektrode in einen Behälter mit einem elektrolytischen
Bad gegeben. Im elektrolytischen Bad befindet sich außerdem eine
Anzahl von Kathoden, welche Gegenelektroden zur Turbinenschaufel bilden.
Zum Entfernen der Metallbeschichtung wird eine Spannung zwischen
der Turbinenschaufel als Anode und den Kathoden aufgebaut. Die Kathoden können speziell
im Hinblick auf die zu bearbeitende Turbinenschaufel geformt sein.
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Nichtmetallische
Schichten und unlösliche Rückstände werden
bei derartigen Verfahren vor bzw. nach dem elektrochemischen Entfernen
der Beschichtung mittels mechanischer Verfahren, etwa Sandstrahlen
oder Schleifen, entfernt. Dabei sind zum vollständigen Entfernen der Beschichtung
oft auch einander abwechselnde Zyklen von mechanischen, chemischen
sowie elektrochemischen Prozessen notwendig.
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Aus
DD 239 146 A1 und
SU 872 163 B sind Trenn-
und Bearbeitungsverfahren unter Verwendung einer Elektrolytströmung bekannt.
Die in diesen Dokumenten beschriebenen Elektrolytströmungen dienen
zum Ausspülen
von elektrochemischen Reaktionsprodukten aus dem Bearbeitungsbereich.
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Die
DD 239 146 A1 beschreibt
eine Vorrichtung zum Trennen mittels einer bewegten Werkzeugelektrode.
Das zu zertrennende Werkstück
und die Werkzeugelektrode sind in einem Elektrolytbad angeordnet,
in dem das Werkstück
die Anode und das Werkzeug die Kathode bilden. Während des Trennvorgangs tritt
aus der Werkzeugelektrode Elektrolyt aus, um zwischen der Werkzeugelektrode
und dem Werkstück
eine Zwangsströmung
der Elektrolytflüssigkeit
herbeizuführen.
Die Zwangsströmung
soll sicherstellen, dass immer ein Elektrolytflüssigkeitsfilm zwischen dem
Werkstück
und der Werkzeugelektrode vorhanden ist und soll außerdem die
Abtragungs- und Reaktionsprodukte ausspülen.
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Eine
elektrochemische Bearbeitungseinheit mit einer rohrförmigen hohlen
Werkzeugelektrode, die als eine Düse zum Versprühen von
Elektrolytflüssigkeit
ausgebildet ist, ist in
SU
872 163 B beschrieben. Die Elektrolytflüssigkeit wird zum Ausspülen des bei
der Bearbeitung anfallenden Bearbeitungsabfalls verwendet und tritt über seitlich
in der Elektrode angeordnet Schlitze in einer von der Elektrodenspitze weg
gerichteten Richtung aus. Über
eine in der Spitze der Werkzeugelektrode angeordnete Öffnung,
die in eine zentrale Bohrung der Elektrode mündet, wird die Elektrolytflüssigkeit
mit dem Bearbeitungsabfall eingesaugt und abgeführt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren zum elektrochemischen
Entfernen einer Metall umfassenden Schicht eines Werkstückes zur Verfügung zu
stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
eine Gegenelektrodenanordnung zur Verfügung zu stellen, die sich mit
besonders hoher Flexibilität
einsetzen lässt
und mit der das erfindungsgemäße Verfahren
durchführbar
ist.
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Die
erste Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, die zweite
Aufgabe durch eine Gegenelektrodenanordnung nach Anspruch 4 gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren
zum Entfernen einer Metall umfassenden Schicht von einem Werkstück mittels
einer elektrochemischen Behandlung wird das Werkstück als eine
Arbeitselektrode in eine elektrolytische Behandlungslösung. In
der elektrolytischen Behandlungslösung befindet sich außerdem wenigstens
eine Gegenelektrode. Zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode
wird eine Spannung angelegt. Zudem wird während der elektrochemischen
Behandlung wenigstens ein Strahl mit einem Stahlmedium auf die Werkstückoberfläche einwirken
lassen. Als Strahlmedium kann hierbei insbesondere elektrolytische
Behandlungslösung
oder Gas zur Anwendung kommen. Die zu entfernende Schicht kann insbesondere
eine auf der Werkstückoberfläche vorhandene
Beschichtung sein. Sie kann aber auch eine Verunreinigung oder,
etwa bei einem Polieren der Werkstückes, Bestandteil der Oberfläche des
Werkstückes
selbst sein.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es möglich,
die metallischen Bestandteile der Schicht elektrochemisch zu entfernen,
während
gleichzeitig mittels des Strahlmediums ein mechanisches Entfernen
nichtmetallischer Bestandteile sowie unlöslicher Rückstände erfolgt. Das Strahlmedium
führt hierbei zu
einem abrasiven Entfernen der nichtmetallischen Bestandteile bzw.
der unlöslichen
Rückstände, also zu
einem mechanischen Abtragen. Die mechanische Vor- oder Nachbehandlung
des Werkstückes
bspw. beim Entfernen einer Beschichtung kann dadurch verkürzt werden
oder sogar ganz entfallen. Somit lässt sich der gesamte Prozess
des Entfernens der Schicht verkürzen.
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Das
mechanische Abtragen lässt
sich insbesondere durchführen
wenn, das Strahlmedium mit einem Druck auf die Werkstückoberfläche einwirkt,
der im Bereich zwischen einigen mbar bis ca. 1000 bar liegt.
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Ein
erfindungsgemäße Gegenelektrodenanordnung
zum elektrochemischen Behandeln eines Werkstückes, die insbesondere das
Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ermöglicht,
um fasst eine Anzahl von Prozesselektroden, wobei das Werkstück eine
Arbeitselektrode bildet. Die Gegenelektrodenanordnung umfasst weiterhin
eine Prozessmediumzufuhreinrichtung zum Zuführen eines Prozessmediums,
welches insbesondere elektrolytische Behandlungslösung oder
Gas sein kann, zu den Prozesselektroden. Die Prozesselektroden sind
als rohrartige Elemente mit sich in ihrem Inneren erstreckenden
Kanälen
ausgebildet. Sie weisen jeweils ein der Prozessmediumzufuhreinrichtung
zugewandtes Ende und ein der Prozessmediumzufuhreinrichtung abgewandtes
Ende mit einer darin angeordneten Öffnung auf. Im Bereich der
der Prozessmediumzufuhreinrichtung zugewandten Enden der rohrartigen
Elemente stehen die Kanäle
jeweils mit der Prozessmediumzufuhreinrichtung in Verbindung. Am
von der Prozessmediumzufuhreinrichtung abgewandten Ende der rohrartigen
Elemente müden
die Kanäle
in die Öffnung
am abgewandten Ende der Prozesselektroden.
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Die
Ausgestaltung der Prozesselektroden als rohrförmige Elemente und die darin
angeordneten Kanäle
ermöglichen
es, ein Prozessmedium wie etwa elektrolytische Behandlungslösung oder
Gas gezielt auf die Werkstückoberfläche zu strahlen
und dort einwirken zu lassen. Auf diese Weise kann gleichzeitig
ein elektrochemisches und mechanisches Entfernen bspw. einer Beschichtung
und etwaiger unlöslicher
Rückstände stattfinden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Gegenelektrodenanordnung können die
Kanäle
im Bereich vor den Öffnungen
und/oder die Öffnungen selbst
so verformt sein, dass eine düsenartige Öffnung entsteht,
die in vorteilhafter Weise ein gezieltes Strahlen des Prozessmediums
auf die Werkstückoberfläche ermöglicht.
Die Qualität
des Strahls, bspw. die Form des Strahls und/oder die Energie des Strahls
und/oder die Menge an austretendem Prozessmedium, kann durch eine
geeignete konstruktive Ausgestaltung der Düse gezielt beeinflusst werden, insbesondere
durch ein geeignetes Wählen
der Form der Kanäle
im Bereich der Öffnungen
und/oder der Form der Öffnungen
selbst im Hinblick auf die zu erzielende Strahlqualität.
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Um
die Wirksamkeit des Prozessmediums beim mechanischen Abtragen erhöhen oder
verringern zu können,
umfasst die Gegenelektrodenanordnung eine Einstelleinrichtung zum
Einstellen des Drucks des Prozessmediums in der Prozessmediumzufuhreinrichtung
und damit des Druckes, mit der das Prozessmedium auf die Werkstückoberfläche einwirkt.
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In
einer ersten konstruktiven Ausgestaltung der Gegenelektrodenanordnung
sind die Prozesselektroden durch einen wachsgefüllten Träger geführt. Sie weisen Sicherungselemente
auf, beispielsweise sich in Umfangsrichtung der rohrförmigen Elemente der
Prozesselektroden erstreckende Rippen, welche sie gegen ein axiales
Verschieben gegenüber
dem Wachs im erstarrten Zustand sichern. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein
vorteilhaftes Verfahren zum Anpassen der Prozesselektrodenanordnung
an die Geometrie des zu bearbeitenden Werkstückes. Das Wachs wird verflüssigt und
die Prozesselektrodenanordnung bei verflüssigtem Wachs an das Werkstück angedrückt. Dabei
werden die Prozesselektroden im Wachs verschoben, sodass sich die
Positionen der freien Enden der Prozesselektroden an die Geometrie
des Werkstückes
anpassen. In diesem Zustand wird das Wachs wieder verfestigt, sodass
die Prozesselektroden in ihrer Lage fixiert werden. Das Ergebnis
ist eine optimal an die Geometrie des zu bearbeitenden Werkstückes angepasste
Gegenelektrodenanordnung. Diese Anpassung ist insbesondere bei nicht
planaren Werkstücken
und im Bereich konkaver Ecken von Werkstücken von Bedeutung. Insbesondere
konkave Ecken können
besonders gut bearbeitet werden, wenn die rohrartigen Elemente der
Prozesselektroden eine Nadelform aufweisen. Daneben kann die Gegenelektrodenanordnung
bei nadelförmiger
Ausges taltung der rohrartigen Elemente auch besonders vorteilhaft
beim elektrochemischen Behandeln von Löchern im Werkstück eingesetzt
werden.
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In
einer zweiten konstruktiven Ausgestaltung der Gegenelektrodenanordnung
sind die rohrartigen Elemente der Prozesselektroden durch Löcher wenigstens
einer Trägerplatte
geführt.
Zwischen den Rändern
der Löcher
und den jeweiligen rohrartigen Elementen ist dabei ein Spiel vorhanden,
das eine axiale Verschiebung der rohrartigen Elemente erlaubt. Weiterhin
ist eine Spannvorrichtung vorhanden, mit deren Hilfe sich die rohrartigen
Elemente mit einer Kraft derart gegen die Ränder der Löcher drücken lassen, dass sie aufgrund
der dabei auftretenden Reibung gegen ein axiales Verschieben gegenüber der
Trägerplatte
gesichert sind. Wie in der ersten konstruktiven Ausführungsform
kann auch die Gegenelektrodenanordnung in der zweiten konstruktiven
Ausführungsform
dadurch an die Geometrie des zu bearbeitenden Werkstückes angepasst
werden, dass sie an das Werkstück
angedrückt
wird. Dabei ist die Spannvorrichtung im entspannten Zustand, sodass
sich die rohrartigen Elemente der Prozesselektroden innerhalb der
Löcher
axial verschieben können.
Nachdem die Position der freien Elektrodenenden and die Geometrie
des Werkstückes
angepasst ist, wird die Spannvorrichtung gespannt, sodass die rohrförmigen Elemente
gegen die Ränder
der Löcher gedrückt werden,
wodurch sie mittels Reibung gegen ein weiteres axiales Verschieben
gesichert sind. Auch in dieser konstruktiven Ausgestaltung bieten Prozesselektroden
in Nadelform die mit Bezug auf die erste Ausgestaltung beschriebenen
Vorteile.
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Insgesamt
lässt sich
die erfindungsgemäße Gegenelektrodenanordnung
besonders flexibel beim elektrochemischen Behandeln von Werkstücken einsetzen.
Insbesondere in den beiden beschriebenen konstruktiven Ausgestaltungen
ist die erfindungs gemäße Gegenelektrodenanordnung
besonders variabel für
jede Werkstückform
einsetzbar. Auf speziell angefertigte Formelektroden für bestimmte
Werkstückformen
kann daher verzichtet werden.
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Weitere
Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie der erfindungsgemäßen Gegenelektrodenanordnung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
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1 zeigt
eine Anordnung zum Durchführen
eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Gegenelektrodenanordnung.
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3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Gegenelektrodenanordnung.
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1 zeigt
u.a. ein Werkstück 1,
welches insbesondere als Turbinenschaufel ausgebildet sein kann.
Eine Turbinenschaufel ist typischerweise aus einer hochtemperaturfesten
Nickel-Basislegierung oder
Kobalt-Basislegierung hergestellt. Häufig sind auf die Turbinenschaufeln
MCrAlY-Beschichtungen zum Korrosions- und/oder Oxidationsschutz
aufgebracht. Über
der MCrAlY-Beschichtung befindet sich in der Regel eine mit Yttrium
stabilisierte Zirkonoxidschicht als Wärmedämmschicht. Das erfindungsgemäße Verfahren
soll daher nachfolgend am Beispiel des Entfernens einer derartigen
Beschichtung von der Oberfläche
einer Turbinenschaufel erläutert
werden. Die in 1 dargestellte Anordnung stellt
entsprechend eine Vorrichtung zum Entfernen einer Beschichtung 2 von
der Oberfläche
einer Turbinenschaufel dar.
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Die
in 1 dargestellte Anordnung zum Entfernen einer Beschichtung 2 von
der Oberfläche einer
Turbinenschaufel als Werkstück 1 umfasst
neben dem Werkstück 1 selbst
eine Elektrodenanordnung 9 sowie einen mit Elektrolyt 3 gefüllten Behälter 5,
in dem sowohl das Werkstück 1 als
auch die Elektrodenanordnung angeordnet sind. Zudem umfasst die
Anordnung eine Spannungsquelle 7, deren positiver Pol elektrisch
leitend mit dem Werkstück 1 verbunden
ist, sodass dieses eine Anode bildet. Die Anode, also das Werkstück 1,
bildet die Arbeitselektrode der Anordnung. Der negative Pol der
Spannungsquelle 7 ist dagegen mit der Elektrodenanordnung 9 verbunden,
sodass diese zur Kathode wird und die Gegenelektrode zur Arbeitselektrode
bildet. Aufgrund der zwischen dem Werkstück 1 und der Gegenelektrodenanordnung 9 anliegenden
Spannung baut sich zwischen der Gegenelektrodenanordnung und dem
Werkstück 1 ein
elektrisches Feld auf, welches positiv geladene Ionen von der positiv
geladenen Werkstückoberfläche weg
transportiert.
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Der
Elektrolyt 3, der die elektrolytische Behandlungslösung darstellt,
ist so gewählt,
dass er bei zwischen dem Werkstück 1 und
der Gegenelektrodenanordnung anliegender und geeignet gepolter Spannung
zu einer Korrosion der Metallbestandteile der Beschichtung 2,
also zu einem Herauslösen
von Metallionen aus der Beschichtung 2 des Werkstücks 1,
führt.
Die positiv geladenen Metallionen wandern dann aufgrund der anliegenden
Spannung vom ebenfalls positiv geladenen Werkstück weg.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren
wird außerdem elektrolytische Behandlungslösung oder
Gas unter Hochdruck auf die Beschichtung 2 transportiert. Durch
den unter Hochdruck auf die Beschichtung 2 auftreffenden
Strahl werden unlösliche
Beschichtungsrückstände und
nichtmetallische Bestandteile der Beschichtung 2 mechanisch
entfernt. Auf diese Weise kann z.B. die Zirkoniumoxidschicht einer
bereits im elektrolytischen Bad befindlichen Turbinenschaufel entfernt
werden. Sobald diese mechanisch entfernt ist, beginnt der elektrochemische
Angriff auf die MCrAlY-Schicht, ohne dass dazu weitere Maßnahmen
nötig sind.
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Das
Zuführen
der elektrolytischen Behandlungslösung bzw. des Gases zur Beschichtung 2 erfolgt
durch die Gegenelektrodenanordnung 9 hindurch. Zu diesem
Zweck ist die Gegenelektrodenanordnung 9 mit einer Anzahl
rohrförmiger
Elemente 11 ausgestattet, welche die Prozesselektroden 12 der Gegenelektrodenanordnung 9 bilden.
In 1 ist der Einfachheit halber lediglich ein rohrförmiges Element 11 dargestellt.
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Die
rohrförmigen
Elemente 11 weisen einen in Axialrichtung verlaufenden
Kanal 13 auf, welcher in eine Öffnung 14 im dem Werkstück 1 zugewandten Ende
des rohrförmigen
Elementes 11 mündet.
Im Bereich der Öffnung 14 verjüngt sich
der Querschnitt des Kanals 13. Das andere Ende des rohrförmigen Elementes 11 steht
mit einem Verteilertank 17 in Verbindung, dem über einen
Zufluss 19, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Zuflussrohr
ausgebildet ist, elektrolytische Behandlungslösung oder Gas zugeführt werden
kann.
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Während des
elektrochemischen Entfernens der Beschichtung 2 vom Werkstücks 1 wird
die elektrolytische Behandlungslösung
oder Gas unter Druck über
den Zufluss 19 in den Verteilertank 17 eingeleitet.
Aufgrund des Druckes strömt
die elektrolytische Behandlungslösung
bzw. das Gas durch den Kanal 13 zur Öffnung 14. Die düsenartige
Ausgestaltung der Öffnung 14 der
mit dem Verteilertank 17 in Verbindung stehenden rohrförmigen Elemente 11 ermöglicht eine
gezielte Anstrahlung 4 der Beschichtung 2 mit
der elektrolytischen Behandlungslösung bzw. dem Gas, um einen
mechanischen Abtrag von unlöslichen
Rück ständen oder
nichtmetallischen Beschichtungskomponenten herbeizuführen. Der
im Verteilertank 17 eingestellte Druck ist dabei so gewählt, dass
der Elektrolyt bzw. das Gas mit einem Druck im Bereich zwischen
einigen mbar und ca. 1000bar auf die Beschichtung 2 transportiert
wird. Dabei führt
ein niedriger Druck im Millibarbereich bis einige bar im Wesentlichen
zu einem Abtragen von relativ lose an der Oberfläche angelagerten Schichten,
wohingegen sich mit einem Druck im Hochdruckbereich, also etwa einige
bar bis ca. 1000bar, auch fest an die Werkstückoberfläche gebundene Schichten abtragen
lassen. Über
eine geeignete Steuerung des Druckes im Verteilertank 17 kann
daher das Verfahren an die Intensität der Bindung der nicht elektrochemisch
abzutragenden Bestandteile der abzutragenden Schicht angepasst werden.
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Über die
Steuerung des Druckes im Verteilertank 17 kann außerdem auch
die Rate, mit der das mechanische Abtragen erfolgt, eingestellt
werden. Auf diese Weise lässt
sich bspw. die Abtragungsrate in Abhängigkeit von der Dicke der
abzutragenden Schicht gezielt erhöhen oder vermindern. Die Druckverhältnisse
im Verteilertank 17 können
beispielsweise über
den Zufluss 19 eingestellt werden. Es sind sowohl kontinuierliche
Drücke
als auch pulsierende Drücke
möglich.
Das Steuern des Druckes kann hierbei ein Steuern sowohl der Druckamplitude
als auch der Frequenz bei pulsierenden Drücken umfassen.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
für die
erfindungsgemäße Gegenelektrodenanordnung 9 wird nun
mit Bezug auf 2 beschrieben. Die Gegenelektrodenanordnung 9 umfasst
eine Mehrzahl von rohrförmigen
Elementen 11a bis 11e, welche rohrförmig Prozesselektroden 12a bis 12e bilden.
Die Prozesselektroden 12a bis 12e sind über eine
in 2 nicht dargestellte Leitung mit dem Pol einer
Spannungsquelle verbindbar. Alle Prozesselektroden 12a bis 12e stehen
mit einem Ende mit dem Verteilertank 17 derart in Verbindung,
dass ein Prozessmedium, also beispielsweise ein Elektrolyt oder
ein Gas, durch die Kanäle 13 im
Inneren der Prozesselektroden 12a bis 12e (vgl. 1)
zu den Austrittsöffnungen 14a bis 14e strömen kann.
Die Kanäle 13,
die Austrittsöffnungen 14,
der Verteilertank 17 sowie der Zufluss 19 wurden
bereits mit Bezug auf 1 beschrieben und werden daher
an dieser Stelle nicht noch einmal erläutert.
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Neben
den Prozesselektroden 12a bis 12e umfasst die
Gegenelektrodenanordnung 9 auch eine Anzahl von Messelektroden 21,
die gegenüber
den Prozesselektroden 12a bis 12e elektrisch isoliert sind.
Die Messelektroden 21 bilden Referenzelektroden, deren
Elektrodenspitzen 22 berührungsfrei zur Oberfläche 2 des
Werkstückes 1 weisen
und die zum Überwachen
der elektrischen Parameter beim elektrochemischen Entfernen der
Beschichtung 2 dienen. Die Messelektroden 21 können ebenso
wie die Prozesselektroden 12a bis 12e als rohrförmige Elemente ausgebildet
sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Messelektroden 21 als
Vollelektroden, d.h. ohne inneren Kanal auszubilden.
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Die
Prozesselektroden 12a bis 12e erstrecken sich
in Axialrichtung durch einen mit Wachs 27 gefüllten Träger 29.
Der Träger 29 weist
eine erste, dem Verteilertank 17 zugewandte Trägerplatte 31 und
eine zweite, dem Verteilertank 17 abgewandte Trägerplatte 33 auf.
Beide Trägerplatten 31, 33 weisen
Löcher
auf, die ein axiales Verschieben der Prozesselektroden 12a bis 12e gegen
die Trägerplatten 31, 33 zulassen
und die gegen einen Austritt flüssigen
Wachses aus dem Träger 29 abgedichtet
sind. Die einzelnen Prozesselektroden 12a bis 12e sind
im Bereich derjenigen Abschnitte, welche sich im Inneren des Trägers 29 befinden,
mit flanschartigen Ansätzen 35, 37 und 39 ausgestattet,
die die Prozesselektroden 12a bis 12e bei erstarrtem
Wachs 27 gegen eine axiale Verschiebung relativ zum Träger 29 sichern.
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Die
beschriebene Prozesselektrodenanordnung 9 lässt sich
in vorteilhafter Weise an die Geometrie der Werkstückoberfläche anpassen.
Dazu wird das Wachs 27 im Träger 29 verflüssigt, beispielsweise über eine
im Träger 29 angeordnete
Heizung oder über
eine Erwärmung
des Elektrolyten 3 im Behälter 5, sodass ein
axiales Verschieben der Prozesselektroden 12a bis 12e relativ
zum Träger 29 möglich wird.
In diesem Zustand wird die Gegenelektrodenanordnung 9 mit
leichtem Druck an das Werkstück 1 angedrückt, sodass
sich die Positionen der Öffnungen 14a bis 14e der
einzelnen Prozesselektroden 12a bis 12e an die
geometrische Form des Werkstückes 1 anpassen.
Sodann wird eine Abkühlung des
Wachses 27 herbeigeführt,
sodass dieses erstarrt und die Prozesselektroden 12a bis 12e gegen ein
axiales Verschieben relativ zum Träger 29 sichert. Danach
wird die Gegenelektrodenanordnung 9 wieder etwas vom Werkstück 1 weggeführt, wobei
darauf geachtet wird, dass die relative Orientierung der Gegenelektrodenanordnung 9 zum
Werkstück 1 erhalten
bleibt.
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Nachdem
die Gegenelektrodenanordnung 9 an die geometrische Form
des Werkstücks 1 angepasst
ist, kann das elektrochemische und mechanische Abtragen der Beschichtung 2 erfolgen.
Mittels der Messelektroden 21 kann die Einhaltung konstanter
elektrischer Parameter überwacht
werden.
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Die
erfindungsgemäße Elektrodenanordnung 9 lässt sich
auf die beschriebene Weise besonders gut an die Geometrie eines
Werkstückes
anpassen, ohne dass hierzu extra eine speziell geformte Elektrode
hergestellt werden muss. Aufgrund der gleichen Entfernung der verschiedenen Öffnungen 14a bis 14e der
Prozesselektroden 12a bis 12e vom Bauteil 1 lässt sich
ein gleichmäßiger Transport
des Prozessmediums, also der elektrolytischen Behandlungslösung oder
des Gases, auf die abzutragende Beschichtung 2 erzielen.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
für die
erfindungsgemäße Prozesselektrodenanordnung 90 ist
in 3 dargestellt. Die Prozesselektrodenanordnung 90 des
zweiten Ausführungsbeispiels
unterscheidet sich von der Prozesselektrodenanordnung 9 des
ersten Ausführungsbeispiels
lediglich durch die Ausgestaltung des Trägers 129. Die übrigen Konstruktionsmerkmale
des zweiten Ausführungsbeispiels,
wie beispielsweise die Prozesselektroden 12a bis 12e, der
Verteilertank 17 oder die Messelektroden 21 sind daher
mit den selben Bezugsziffern bezeichnet wie die entsprechenden Konstruktionsmerkmale
im ersten Ausführungsbeispiel
und werden an dieser Stelle nicht noch einmal erläutert.
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Der
Träger 129 umfasst
eine erste, dem Verteilertank 17 zugewandte Trägerplatte 131 sowie eine
zweite, dem Verteilertank 17 abgewandte Trägerplatte 133.
Beide Trägerplatten 131, 133 weisen Öffnungen
auf, deren Größen so gewählt sind,
dass zwischen den Rändern
der Öffnungen
und den durch die Trägerplatten 131, 133 hindurch
geführten
Prozesselektroden 12a bis 12e ein Spiel verbleibt,
das ein axiales Verschieben der Prozesselektroden 12a bis 12e relativ
zum Träger 129 ermöglicht.
Durch das Innere des Trägers 129 erstrecken
sich Justageplatten 134, 136, 138, welche
ebenfalls Öffnungen
aufweisen, die derart dimensioniert sind, dass in einem ersten Zustand
der Justageplatten 134, 136, 138 die Prozesselektroden 12a bis 12e mit
Spiel durch sie hindurchgeführt
sind. Auch die Justageplatten 134, 136, 138 behindern
daher im ersten Zustand ein axiales Verschieben der Prozesselektroden 12a bis 12e nicht.
Die mögliche
axiale Verschiebung der Prozesselektroden 12a bis 12e wird
lediglich durch flanschartige Ansätze 135, 137, 139 in
demjenigen Bereich der Prozesselektroden 12a bis 12e,
der sich im Inneren des Trägers 129 befindet,
begrenzt.
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Die
Justageplatten 134, 136, 138 werden an zwei
Seiten von einem Rahmen 140 gehalten, gegenüber dem
die mittlere Justageplatte 136 verschoben werden kann.
Die Verschiebung der Justageplatte 136 erfolgt parallel
zu den Justageplatten 134 und 138 und senkrecht
zur Richtung der axialen Verschiebung der Prozesselektroden 12a bis 12e.
Zudem weist der Rahmen 140 eine Fixiereinheit 142,
beispielsweise in Form einer oder mehrerer Fixierschrauben, auf,
welche ein Fixieren der Position der mittleren Justageplatte 136 relativ
zur Position der beiden äußeren Justageplatten 134, 138 ermöglicht.
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Die
Prozesselektrodenanordnung 90 des zweiten Ausführungsbeispiels
kann an die Geometrie des Werkstücks 1 angepasst
werden, indem die mittlere Justageplatte 136 in eine Stellung
gebracht wird, in der die Löcher
in den einzelnen Justageplatten 134, 136, 138 sowie
die Löcher
in den beiden Trägerplatten 131, 133 derart
relativ zueinander zentriert sind, dass ihre Öffnungen fluchtend zueinander
angeordnet sind. In diesem ersten Zustand wird die Gegenelektrodenanordnung 90 mit
leichtem Druck derart an das Werkstück 1 angedrückt, dass
die mit den Öffnungen 14a bis 14e versehenen
Enden der Prozesselektroden 12a bis 12e an dem
Werkstück 1 anliegen.
Die Geometrie des Werkstückes 1 sorgt
dabei für
eine axiale Verschiebung der Prozesselektroden 12a bis 12e,
die zu einer Anpassung der Position der Öffnungen 14a bis 14e an
die Geometrie des Werkstückes 1 führt. Anschließend wird
die mittlere Justageplatte 136 parallel zu den beiden äußeren Justageplatten 134, 138 verschoben,
sodass die Öffnungen der
Justageplatten 134, 136, 138 nicht mehr
miteinander fluchten. In diesem zweiten Zustand der Justageplatten 134, 136, 138 werden
die Prozesselektroden 12a bis 12e an eine Seite
der Loch ränder
der äußeren Justageplatten 134, 138 angedrückt. Gleichzeitig
werden die Prozesselektroden 12a bis 12e an die
Lochränder
der mittleren Justageplatte 136 angedrückt. Da die Lochränder der äußeren Justageplatten 134, 138 in
die entgegengesetzte Richtung wie die Lochränder der mittleren Justageplatte 136 gegen
die Prozesselektroden 12a bis 12e drücken, werden
die Prozesselektroden 12a bis 12e zwischen den Lochrändern der äußeren Justageplatten 134, 138 einerseits
und den Lochrändern
der inneren Justageplatte 136 andererseits eingeklemmt.
Die mittlere Justageplatte 136 wird in diesem Zustand mittels
der Fixiereinrichtung 142 fixiert. Auf diese Weise sind
die Prozesselektroden 12a bis 12e gegen axiale
Verschiebung gesichert. Mit der so an die Geometrie des Werkstückes 1 angepassten
Gegenelektrodenanordnung 9 wird dann das elektrochemische
Beschichtungsverfahren wie mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel
beschrieben durchgeführt.
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In
einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels ist es auch
möglich,
die beiden äußeren Justageplatten
verschiebbar auszugestalten und die mittlere Justageplatte am Rahmen
zu fixieren. Eine weitere Alternative besteht darin, statt der Justageplatten
netzartige Konstruktionen zu verwenden, die beispielsweise aus Drähten oder
Seilen hergestellt sind und Maschen aufweisen, durch welche die im
Inneren des Trägers
befindlichen Bereiche der Prozesselektroden hindurchgeführt sind.
Durch Verspannen der einzelnen Seile bzw. Drähte gegeneinander lässt sich
der Öffnungsquerschnitt
der Maschen vermindern, sodass die Drähte bzw. Seile gegen die Außenseite
der Prozesselektroden drücken und
so eine die axiale Verschiebung der Prozesselektroden verhindernde
Reibung bereitstellen.