DE102007022695A1

DE102007022695A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von elektrischen Parametern bei einer elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken

Info

Publication number: DE102007022695A1
Application number: DE200710022695
Authority: DE
Original assignee: SITEC AUTOMATION GmbH
Current assignee: SITEC AUTOMATION GmbH
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine technische Lösung zur Regelung von elektrischen Parametern bei einer elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken. Es wird die Aufgabe gelöst, eine solche Lösung zu schaffen, die ohne Vergrößerung der Nennleistung eines Generators einen hohen Bearbeitungsstrom und eine hohe Bearbeitungsstromdichte ermöglicht. Dies wird erreicht, indem ein einen Gleichstrom und eine Gleichspannung erzeugender Strom-Spannungs-Erzeuger (1) einen Energiespeicher (4) versorgt und indem der Energiespeicher (4) nach dem Erreichen eines definierbaren Energievolumens niederohmig über Bearbeitungselektroden (6) entladen wird, wobei der Ladevorgang des Energiespeichers (4) vor dem Entladevorgang abgebrochen wird und wobei dieser Gesamtprozess zyklisch durchgeführt wird. Hierfür wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der ein einen Gleichstrom und eine Gleichspannung erzeugender Strom-Spannungs-Erzeuger (1) mit einem Energiespeicher (4) in Wirkverbindung steht, wobei dem Energiespeicher (4) im Pfad vom Strom-Spannungs-Erzeuger (1) ein Ladestromschalter (7) vorgeschaltet und im Pfad zu den Bearbeitungselektroden (6) ein Entladestromschalter (3) nachgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine technische Lösung zur Regelung von elektrischen Parametern bei einer elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken.
Für verschiedenartige Anwendungen werden Werkstücke einer elektrochemischen Bearbeitung unterzogen, beispielsweise mittels Entgraten, Senken oder Polieren. So beschreibt DE 1 293 529 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrolytischen Bearbeitung elektrisch leitfähiger Werkstücke, bei dem ein zwischen Elektrode und Werkstück fließender Gleichstrom für jeweils kurze Zeitabschnitte periodisch in seiner Amplitude herab gesetzt wird.
Aus DE 34 46 629 C2 ist eine technische Lösung zum elektrochemischen Entgraten von metallischen Werkstücken bekannt. Das elektrochemische Entgraten ist insbesondere für eine Bearbeitung schlecht zugänglicher Werkstückkanten vorteilhaft, an denen andere Bearbeitungsverfahren nicht oder nur bedingt einsetzbar sind. In der benannten Druckschrift wird eine Anordnung mit einem Generator zur Spannungsversorgung der im Elektrolyten angeordneten Elektrodenanordnung aus Werkstück als Anode und Gegenelektrode als Kathode beschrieben, wobei die Gesamtkathodenanordnung in Teilkathoden aufgeteilt ist, die jeweils einzeln über eine Schalteinheit an den Generator anschließbar sind.
Ein weiteres Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten metallischer Werkstücke ist aus DE 696 02 001 T2 bekannt, wobei diese Lösung primär für eine Bearbeitung von kreisringförmigen Lagerelementen konzipiert ist.
Unabhängig von der jeweils konkreten Ausgestaltung und Anwendung sind für die elektrochemischen Bearbeitungsvorgänge grundsätzlich hohe Ströme notwendig, wobei Stromdichten von etwa 50 A/cm² zu realisieren sind. Diese werden durch Generatoren großer Leistung erzeugt. Die Generatoren stellen im Normalfall einen Gleichstrom zur Verfügung, der in kritischen Fällen gepulst werden kann. Dadurch wird sowohl die thermische Belastung des Elektrolyts verringert als auch die Fertigungsgüte erhöht. Folglich besteht trotz der bereits bekannten Verfahren und Vorrichtungen für eine elektrochemische Bearbeitung von Werkstücken weiterhin Entwicklungsbedarf, wobei insbesondere Forderungen nach Verfügbarkeit hoher Energiedichten erhoben werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung zu schaffen, die ohne Vergrößerung der Nennleistung eines Generators für elektrochemische Bearbeitungsvorgänge einen hohen Bearbeitungsstrom und somit eine hohe Bearbeitungsstromdichte ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, bei dem ein, einen Gleichstrom und eine Gleichspannung erzeugender Strom-Spannungs-Erzeuger einen Energiespeicher versorgt, wobei der Energiespeicher nach dem Erreichen eines definierbaren Energievolumens niederohmig über Bearbeitungselektroden entladen wird, wobei der Ladevorgang des Energiespeichers vor dem Entladevorgang abgebrochen wird und wobei dieser Gesamtprozess zyklisch durchgeführt wird. Hierfür wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der ein Strom-Spannungs-Erzeuger mit einem Energiespeicher in Wirkverbindung steht, wobei dem Energiespeicher im Pfad vom Strom-Spannungs-Erzeuger ein Ladestromschalter vorgeschaltet und im Pfad zu den Bearbeitungselektroden ein Entladestromschalter nachgeschaltet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren technische Merkmale im Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Die grundlegende Idee der Erfindung lässt sich beispielsweise praktisch realisieren, indem eine primäre Drehstromthyristorbrücke einen Drehstromtrafo ansteuert. Ein sekundärer Gleichrichter erzeugt die Spannung für die jeweilige elektrochemische Bearbeitung. Diese Anordnung lädt einen Energiespeicher (beispielsweise eine Kondensatorbatterie) bis zu einer Spannung, die den Strom treiben kann, welcher für den elektrochemischen Bearbeitungsprozess notwendig ist. Die Anordnung kann dazu eine Ladestrombegrenzung enthalten. Die Ladespannung wird überwacht. Wenn diese den vorgegebenen Wert erreicht hat, wird der Ladevorgang abgebrochen und der Energiespeicher über ein Schaltelement der elektrochemischen Bearbeitung zugeführt. Der Spitzenentladestrom ergibt sich hierbei aus dem Quotienten von Ladeendspannung und der Summe aus Anlagenwiderstand und Bearbeitungsspaltwiderstand. Der Energieinhalt des Entladevorganges ergibt sich aus dem halben Produkt des Quadrates der Ladespannung und der Ladekapazität. Die Länge vom Entladeimpuls ergibt sich aus etwa dem dreifachen Produkt von Ladekapazität und der Summe aus Anlagenwiderstand und Elektrodenwiderstand. Die Bearbeitungsleistung ergibt sich aus dem Produkt von Ladeenergie und Frequenz des Lade- und Entladevorganges.
Mit der erfindungsgemäßen technischen Lösung werden insbesondere folgende Vorteile erreicht:
Nunmehr sind ohne Vergrößerung der Nennleistung eines Generators hohe Bearbeitungsströme, also auch große Pulsströme und folglich hohe Bearbeitungsstromdichten für elektrochemische Bearbeitungsvorgänge möglich. Dies ist besonders vorteilhaft, weil großflächige Bearbeitungen immer zu hohen Strömen und Stromdichten führen. Dadurch könnte der Elektrolyt sehr stark beansprucht werden und verdampfen. Dies wiederum kann zur Ausbildung von Lichtbögen und zur dauerhaften Beschädigung der Elektroden und des Werkstückes führen. Durch das komplette Entladen des Energiespeichers ist der Kurzschluss nunmehr auf lediglich einen Bearbeitungsimpuls begrenzt. Die Impulsstromhöhe ist äußerst einfach einstellbar. Die Bearbeitung von großflächigen Teilen ist auch mit kleinen Maschinen realisierbar. Das Verfahren ist besonders für Kleinststückzahlen geeignet, für die eine separate Maschine nicht effizient einsetzbar wäre. Mit diesem Verfahren werden Spitzenströme bei moderater Generatorleistung erreicht. Die Generatortechnik wird im Volumen kleiner, der Regel- und Steueraufwand verringert sich, ein definierter Energieeintrag in den elektrochemischen Bearbeitungsprozess ist möglich. Ein im Havariebetrieb auftretender Lichtbogen wird im Gegensatz zur DC-Bearbeitung zwangsläufig sicher gelöscht. Eine Nachrüstung vorhandener Generatoren ist möglich. Die Bearbeitungszeit entspricht bei gleichem Amperesekundenprodukt dem aktiven Pulsbetrieb.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
1 den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
2 eine erste Modifizierung der in 1 dargestellten Vorrichtung
3 eine weitere Modifizierung der in 1 dargestellten Vorrichtung
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Regelung von elektrischen Parametern bei einer elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken unter Verwendung eines Generators zur Versorgung der aus Werkstück und Gegenelektrode gebildeten Elektrodenanordnung dargestellt.
Gemäß 1 besteht die Vorrichtung aus einem Strom-Spannungs-Erzeuger 1, der Gleichstrom und Gleichspannung erzeugt. Dieser Strom-Spannungs-Erzeuger 1 steht mit einem Energiespeicher 4 in Wirkverbindung. Im Pfad vom Strom-Spannungs-Erzeuger 1 zum Energiespeicher 4 ist ein Ladestromschalter 7 und alternativ ein zusätzliches Lademanagement 2 zugeschaltet. Im Pfad vom Energiespeicher 4 zu den Bearbeitungselektroden 6 ist ein Entladestromschalter 3 zugeschaltet. Weiterhin ist dem Energiespeicher 4 eine Messvorrichtung 5 zugeordnet, mittels der eine Ladung und Entladung des Energiespeichers 4 steuerbar ist.
2 zeigt eine erweiterte Ausgestaltung. Hierbei ist dem Energiespeicher 4 eine DC-Stromversorgung 8 zugeordnet, die mit dem zyklisch geladenen und entladenen Energiespeicher 4 überlagert wird.
3 zeigt eine nochmals erweiterte Ausgestaltung, wobei hier die DC-Stromversorgung 8 mittels einer Pulserzeugung 9 als gepulste Stromversorgung ausgestaltet ist. Vorzugsweise werden die Ausgestaltungen gemäß 2 und 3 miteinander kombiniert. Somit wird eine gepulste Stromversorgung mit einem überlagerten zyklisch geladenen und entladenen Energiespeicher geschaffen, wobei beide Vorgänge vorteilhaft synchronisiert werden sollten.
Mit einer derart ausgestalteten Vorrichtung lässt sich ein Verfahren realisieren, bei dem der Strom-Spannungs-Erzeuger 1 den Energiespeicher 4 versorgt und bei dem dieser Energiespeicher 4 nach dem Erreichen eines definierbaren Energievolumens niederohmig über die Bearbeitungselektroden 6 entladen wird. Hierbei wird der Ladevorgang des Energiespeichers 4 vor dem Entladevorgang desselben abgebrochen und der gesamte Prozess wird zyklisch durchgeführt.

1: Strom-Spannungs-Erzeuger
2: Lademanagement
3: Entladestromschalter
4: Energiespeicher
5: Messvorrichtung
6: Bearbeitungselektroden
7: Ladestromschalter
8: DC-Stromversorgung
9: Pulserzeugung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1293529 A1 [0002]
- DE 3446629 C2 [0003]
- DE 69602001 T2 [0004]

Claims

Verfahren zur Regelung von elektrischen Parametern bei einer elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken unter Verwendung eines Generators zur Versorgung der aus Werkstück und Gegenelektrode gebildeten Elektrodenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein, einen Gleichstrom und eine Gleichspannung erzeugender Strom-Spannungs-Erzeuger (1) einen Energiespeicher (4) versorgt und dass der Energiespeicher (4) nach dem Erreichen eines definierbaren Energievolumens niederohmig über Bearbeitungselektroden (6) entladen wird, wobei der Ladevorgang des Energiespeichers (4) vor dem Entladevorgang abgebrochen wird und wobei dieser Gesamtprozess zyklisch durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Regelung von elektrischen Parametern bei einer elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken unter Verwendung eines Generators zur Versorgung der aus Werkstück und Gegenelektrode gebildeten Elektrodenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein, einen Gleichstrom und eine Gleichspannung erzeugender Strom-Spannungs-Erzeuger (1) mit einem Energiespeicher (4) in Wirkverbindung steht, wobei dem Energiespeicher (4) im Pfad vom Strom-Spannungs-Erzeuger (1) ein Ladestromschalter (7) vorgeschaltet und im Pfad zu den Bearbeitungselektroden (6) ein Entladestromschalter (3) nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Energiespeicher (4) eine Messvorrichtung (5) zugeordnet ist, mittels der eine Ladung und Entladung des Energiespeichers (4) steuerbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Energiespeicher (4) ein Lademanagement (2) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Energiespeicher (4) eine DC-Stromversorgung (8) zugeordnet ist, wobei diese DC-Stromversorgung (8) mit dem zyklisch geladenen und entladenen Energiespeicher (4) überlagert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Energiespeicher (4) zugeordnete DC-Stromversorgung (8) als gepulste Stromversorgung ausgestaltet ist.