DE102007023494B4

DE102007023494B4 - Electrode for the electrochemical machining of a metallic workpiece

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Publication number: DE102007023494B4
Application number: DE102007023494A
Authority: DE
Inventors: Vladimir V. Dr. Popov; Martin Dr. Bauer; Jürgen Fleig
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2007-05-19
Filing date: 2007-05-19
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2027-05-20
Also published as: DE102007023494A1

Abstract

Elektrode (10; 110; 410) zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücks, mit einem Elektrodenkörper aus einem elektrisch leitenden Material (14, 16; 114, 116; 414, 416), dessen Oberfläche teilweise mit einem Isoliermaterial (18; 118; 418) versehen ist, so dass nicht isolierte, freiliegende Bereiche (20; 120; 420) des Elektrodenkörpers verbleiben, wobei das elektrisch leitende Material (14, 16; 114, 116; 414, 416) und/oder das Isoliermaterial derart ausgewählt (18; 118; 418) und geformt sind, dass sich beim Betrieb der Elektrode unterschiedliche Stromdichten im Elektrodenkörper ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper aus mindestens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitenden Material (14, 16; 114, 116; 414, 416) mit jeweils unterschiedlichen spezifischen elektrischen Widerständen besteht, wobei die verschiedenen Materialien (14, 16; 114, 116) des Elektrodenkörpers voneinander isoliert sind, und jedes Material mit Mitteln zum Anschluss an eine separate Spannungsquelle verbunden ist.electrode (10; 110; 410) for the electrochemical machining of a metallic Workpiece, with an electrode body made of an electrically conductive material (14, 16; 114, 116; 414, 416), whose surface partially with an insulating material (18; 118; 418), so that not isolated, exposed areas (20; 120; 420) of the electrode body remain, wherein the electrically conductive material (14, 16; 114, 116; 414, 416) and / or the insulating material is selected (18; 118; 418) and shaped are that when operating the electrode different current densities in the electrode body result, characterized in that the electrode body of at least a first and a second electrically conductive material (14, 16; 114, 116; 414, 416) each having different specific ones electrical resistances where the different materials (14, 16, 114, 116) of the electrode body isolated from each other, and any material with means for connection connected to a separate voltage source.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung (ECM) eines metallischen Werkstücks, mit einem Elektrodenkörper aus einem elektrisch leitenden Material, dessen Oberfläche teilweise mit einem Isoliermaterial versehen ist, so dass nicht isolierte, freiliegende Bereiche des Elektrodenkörpers verbleiben. Derartige Elektroden werden beispielsweise zur Bearbeitung von Bauteilen für fluiddynamische Lager verwendet.The The invention relates to an electrode for electrochemical machining (ECM) of a metallic workpiece, with an electrode body made of an electrically conductive material, the surface partially provided with an insulating material so that non-insulated, exposed areas of the electrode body remain. such Electrodes are used, for example, for processing components for fluid-dynamic Stock used.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the state of technology

Elektroden zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken (im folgenden auch kurz ECM-Elektroden genannt) werden in der Fertigungstechnik einerseits zur Einarbeitung von Bohrungen und Konturen bei Bauteilen und anderseits zum Entgraten von schwer zugänglichen Bohrgraten eingesetzt. Der Materialabtrag am Werkstück erfolgt durch anodische Auflösung des elektrisch leitenden Werkstückes. Zur Bearbeitung wird ein Stromkreis zwischen Anode (Werkstück) und Kathode (Elektrode) über eine Elektrolytlösung, beispielsweise einer Kochsalzlösung, geschlossen. Das ECM-Verfahren arbeitet in der Regel mit einer Gleichspannung zwischen etwa 10 bis 60 Volt, wobei die Intensität des Materialabtrages über die Stromdichte und die Zeit, während derer der geschlossene Stromkreis auf die zu bearbeitende Stelle einwirkt, gesteuert wird.electrodes for electrochemical machining of metallic workpieces (in the following also briefly called ECM electrodes) are used in manufacturing technology on the one hand for incorporation of bores and contours in components and on the other hand used for deburring difficult to access Bohrgraten. The material removal takes place on the workpiece by anodic dissolution the electrically conductive workpiece. For machining a circuit between the anode (workpiece) and Cathode (electrode) over an electrolyte solution, for example, a saline solution, closed. The ECM method usually works with a DC voltage between about 10 to 60 volts, wherein the intensity of the material removal on the Current density and time while derer the closed circuit to the point to be processed acts, is controlled.

Die Geometrie von ECM-Elektroden ist an die Geometrie der zu bearbeitenden Werkstücke sowie an die zu lösende Bearbeitungsaufgabe und die angestrebte Endkontur des Werkzeugs angepasst. ECM-Elektroden sind beispielsweise stabförmig zylindrisch, wobei die Größe und der Durchmesser für die Bearbeitung von Bauteilen, beispielsweise von Miniaturfluidlagern, etwa dem eines Streichholzes entspricht.The Geometry of ECM electrodes is related to the geometry of the machined workpieces as well as to be solved Machining task and the desired final contour of the tool customized. ECM electrodes are for example rod-shaped cylindrical, the size and the Diameter for the Machining of components, for example of miniature fluid bearings, about the equivalent of a match.

Hydrodynamische Fluidlager werden beispielsweise in Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenspeichern eingesetzt. Zum Aufbau eines hydrodynamischen Druckes im Lagerspalt sind die Lageroberflächen mit einer rillen- bzw. grabenförmigen Struktur versehen. In Folge einer rotatorischen Relativbewegung der beiden Lagerbauteile erzeugen diese Rillenstrukturen eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid und somit einen Druck im Lagerspalt.Hydrodynamic Fluid bearings are used, for example, in spindle motors for driving Hard disk storage used. To build a hydrodynamic Pressure in the bearing gap are the bearing surfaces with a grooved or trench-shaped structure Mistake. As a result of a rotational relative movement of the two Bearing components generate these groove structures on a pumping action the bearing fluid and thus a pressure in the bearing gap.

Es ist bekannt, die Rillenstrukturen der Lageroberflächen durch mechanisches Abtragen von Material oder durch plastisches Einformen auszubilden. Nachteil bei diesen mechanischen Bearbeitungsprozessen ist, dass es durch das Abtragen oder das Verdrängen des Materials zu Materialaufwerfungen kommen kann, die in einem Nachbearbeitungsprozess wieder entfernt werden müssen. Je kleiner die Lagerbauteile werden, desto schwieriger ist diese mechanische Bearbeitung. Das ECM-Verfahren arbeitet demgegenüber mit guter Präzision und bietet sich nun für die Einarbeitung der Rillenstrukturen in die Lageroberflächen an.It is known, the groove structures of the bearing surfaces by mechanical removal of material or by plastic molding train. Disadvantage of these mechanical machining processes is that it by removing or displacing the material to material ejections can come in a post-processing process again removed Need to become. The smaller the bearing components become, the more difficult is this mechanical one Processing. The ECM method works in contrast with good precision and is now available for the incorporation of the groove structures in the bearing surfaces.

Typischerweise umfasst ein hydrodynamisches Fluidlager Radiallagerbereiche, die in der Regel aus zwei einzelnen beabstandeten Radiallagern bestehen. Jedes Radiallager ist durch oben beschriebene Rillenstrukturen gekennzeichnet, die in der Regel in einem ECM-Prozess auf die Lagerfläche, meist die Lagerbuchse, aufgebracht werden. Dabei wird angestrebt, dass die Tiefe der Rillenstrukturen über die gesamte Länge des Lagers, also in beiden Lagerbereichen dieselbe ist, da dies bei der Entwicklung der Lagerbereiche festgelegt wird.typically, includes a hydrodynamic fluid bearing radial bearing areas, the usually consist of two individual spaced radial bearings. Each radial bearing is characterized by groove structures described above, usually in an ECM process on the storage area, usually the Bushing to be applied. The aim is that the Depth of the groove structures over the whole length of the warehouse, so in both storage areas is the same, since this is determined during the development of the storage areas.

In der Praxis jedoch weichen die durch ECM hergestellten Rillenstrukturen, insbesondere deren Tiefe, voneinander ab, insbesondere die Strukturen, die durch voneinander beabstandete Bereiche der Elektrode hergestellt wurden. Dies rührt daher, dass die Elektrode nur einseitig mit der Spannungsquelle verbunden ist, so dass die lokale Stromdichte über die Länge der Elektrode variiert. Dadurch hat der ECM-Prozess über die Länge der Elektrode einen unterschiedlichen Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad wird durch die über die Zeit integrierte Stromdichte bestimmt. Andere Gründe für die unterschiedliche Stromdichte entlang der Elektrode sind Bläschenbildungen im Elektrolyt bzw. eine Verschmutzung des Elektrolyts während des ECM-Prozesses. Ein Hauptgrund ist jedoch die durch die einseitige Spannungsversorgung der Elektrode hervorgerufene unterschiedliche Stromdichte in der Elektrode.In However, in practice, the groove structures made by ECM give way in particular their depth, from each other, in particular the structures that made by spaced apart regions of the electrode were. This is touching therefore, the electrode is only connected on one side to the voltage source is such that the local current density varies over the length of the electrode. This has over the ECM process the length the electrode has a different efficiency. The efficiency is through the over the time determines integrated current density. Other reasons for the different current density along the electrode are vesicles in the electrolyte or a contamination of the electrolyte during the ECM process. One main reason, however, is the one-sided Power supply of the electrode caused different Current density in the electrode.

WO 2003/099500 A2 , DE 10 2004 040217 A1 oder US 4 752 366 A offenbaren Elektroden zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücks, mit einem Elektrodenkörper aus einem elektrisch leitenden Material, dessen Oberfläche teilweise mit einem Isoliermaterial versehen ist, so dass nicht isolierte, freiliegende Bereiche des Elektrodenkörpers verbleiben, wobei das elektrisch leitende Material und/oder das Isoliermaterial derart ausgewählt und geformt sind, dass sich beim Betrieb der Elektrode unterschiedliche Stromdichten im Elektrodenkörper ergeben. WO 2003/099500 A2 . DE 10 2004 040217 A1 or US 4,752,366 A disclose electrodes for electrochemically machining a metallic workpiece, comprising an electrode body made of an electrically conductive material, the surface of which is partially provided with an insulating material so that uninsulated, exposed areas of the electrode body remain, wherein the electrically conductive material and / or the insulating material is selected and that different current densities in the electrode body result during operation of the electrode.

DE 102 37 324 B4 betrifft eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks und ein Verfahren zu deren Herstellung. Der Elektrodenkörper besteht aus einem elektrisch gut leitenden Material, das mit einer Isolationsschicht versehen ist. Durch partielles entfernen der Isolationsschicht wird der Elektrodenkörper freigelegt und es entsteht eine Grabenstruktur, die mit einem gut leitenden Material wieder aufgefüllt wird, um die Unebenheiten in der Mantelfläche zu schließen. DE 102 37 324 B4 relates to an electrode for the electrochemical machining of a workpiece and a method for the production thereof. The electrode body consists of a highly electrically conductive material, which is provided with an insulating layer. By partially removing the insulation layer of the electrode body is exposed and it creates a Trench structure, which is refilled with a highly conductive material to close the bumps in the lateral surface.

US 6 621 033 B2 beschreibt eine aus mehreren gut leitenden und weniger gut leitenden Schichten aufgebaute Elektrode zur Funkenerosion von Werkstücken. US Pat. No. 6,621,033 B2 describes a built-up of several well-conducting and less well-conductive layers electrode for EDM of workpieces.

US 6 767 438 B2 betrifft eine ECM Elektrode mit einem äußeren Mantelelement und einem inneren stabförmigen Element, die von einem Isolator voneinander getrennt sind. An jedes Element wird eine unterschiedliche Spannung angelegt. US Pat. No. 6,767,438 B2 relates to an ECM electrode having an outer sheath member and an inner rod-shaped member separated from each other by an insulator. Each element is applied a different voltage.

DE 696 02 349 T2 offenbart eine ECM Elektrode aus verschiedenen Segmenten, die elektrisch voneinander getrennt sind, wobei jedes Segment an eine separate Spannungsquelle angeschlossen ist. DE 696 02 349 T2 discloses an ECM electrode of various segments that are electrically isolated from each other, with each segment connected to a separate voltage source.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstückes anzugeben, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist, und insbesondere ein gleichmäßigeres Bearbeiten des Werkstückes über die gesamte Länge der Elektrode ermöglicht.It The object of the invention is an electrode for electrochemical To specify a machining of a metallic workpiece, which improved Efficiency, and in particular a more uniform Editing the workpiece over the whole length allows the electrode.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrode mit den in den unabhängigen Ansprüchen 1, 7 und 9 angegebenen Merkmalen gelöst.These The object is achieved by a Electrode with those in the independent claims 1, 7 and 9 specified characteristics solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous Embodiments and other preferred features of the invention are in the dependent claims specified.

Die erfindungsgemäße Elektrode zeichnet sich dadurch aus, dass das elektrisch leitende Material und/oder das Isoliermaterial derart ausgewählt und geformt sind, dass sich beim Betrieb der Elektrode zumindest in den freiliegenden Bereichen unterschiedliche Stromdichten ergeben.The electrode according to the invention is characterized by the fact that the electrically conductive material and / or the insulating material are selected and shaped such that during operation of the electrode at least in the exposed areas give different current densities.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung werden unterschiedliche Stromdichten in der Elektrode dadurch erreicht, dass der Elektrodenkörper aus mindestens zwei Materialen mit jeweils unterschiedlichen spezifischen elektrischen Widerständen besteht. Die beiden Materialien des Elektrodenkörpers sind voneinander elektrisch isoliert und jedes Material ist mit einer eigenen Spannungsquelle verbunden. Somit kann die Spannung und damit der Stromfluss durch die beiden Teile des Elektrodenkörpers voneinander unabhängig geregelt werden. Vorzugsweise sind die nicht mit dem Isoliermaterial versehenen Bereiche der Oberfläche, also die freiliegenden Bereiche, die direkt an das Werkstück angrenzen, teilweise aus einem ersten Material mit einem ersten spezifischen elektrischen Widerstand und teilweise aus einem zweiten Material mit einem zweiten spezifischen elektrischen Widerstand. Hierbei weist das erste Material vorzugsweise einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand auf als das zweite Material.According to one first embodiment of the invention are different current densities achieved in the electrode characterized in that the electrode body of at least two materials, each with different specific electrical resistances. The two materials of the electrode body are electrical from each other isolated and each material has its own voltage source connected. Thus, the voltage and thus the current flow through the two parts of the electrode body independent from each other be managed. Preferably, they are not with the insulating material provided areas of the surface, So the exposed areas that are directly adjacent to the workpiece, partly from a first material with a first specific one electrical resistance and partly of a second material with a second specific electrical resistance. in this connection Preferably, the first material has a higher specific electrical Resistance on as the second material.

Durch die Verwendung von zwei Materialien mit unterschiedlichen spezifischen elektrischen Widerständen zur Herstellung des Elektrodenkörpers, kann die lokale Stromdichte, welche während des ECM-Prozesses auf das Werkstück einwirkt, eingestellt und damit die abtragende Wirkung der Elektrode, die auf das Werkstück wirkt, über deren Länge gleichmäßiger werden. Als Materialen zur Herstellung der Elektrode kommen Metalle oder Metalllegierungen in Frage, beispielsweise Kupfer, Silber, Aluminium, Titan, Messing, Platin, Chrom, Nickel, Gold, Stahl oder deren Legierungen.By the use of two materials with different specifics electrical resistances for producing the electrode body, can the local current density, which during of the ECM process on the workpiece acts, adjusted and thus the erosive effect of the electrode, the on the workpiece works, over whose length become more uniform. As materials for the production of the electrode metals or Metal alloys in question, for example copper, silver, aluminum, Titanium, brass, platinum, chrome, nickel, gold, steel or their alloys.

Das Material des Kernbereichs und das umgebende Material können über die Länge des Elektrodenkörpers variierende Dicken aufweisen. Somit variiert der elektrische Widerstand über die Länge der Elektrode und im Betrieb der Elektrode stellen sich an den freiliegenden Bereichen des Elektrodenkörpers unterschiedliche Stromdichten ein.The Material of the core area and the surrounding material can over the Length of the electrode body have varying thicknesses. Thus, the electrical resistance varies over the Length of Electrode and in the operation of the electrode adjoin the exposed one Areas of the electrode body different current densities.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das elektrisch leitende Material durch eine Zwischenisolation in einen inneren Kernbereich und einen äußeren Mantelbereich geteilt sein. Der Kernbereich ist an einer Seite mit einer Spannungsquelle verbunden und an seiner anderen Seite durch eine Kontaktverbindung mit dem Mantelbereich verbunden. Dies entspricht prinzipiell der Zuführung der Spannung von der Spitze der Elektrode her, wobei sich folglich im Betrieb der Elektrode an den freiliegenden Bereichen, die der Spitze am nächsten liegen, eine höhere Stromdichte einstellt als in den Bereichen, die fernab von der Spitze nahe der Halterung liegen.In In another embodiment of the invention, the electrically conductive Material through an intermediate insulation in an inner core area and an outer jacket area be shared. The core area is connected to a voltage source on one side and on its other side by a contact connection with the Mantle area connected. This corresponds in principle to the supply of voltage from the tip of the electrode, and thus in operation the electrode at the exposed areas, the tip of the next lie, a higher Current density sets as in areas that are far from the top lie near the bracket.

Um die Stromdichte innerhalb der Elektrode lokal beeinflussen zu können, kann ferner in der Zwischenisolation mindestens ein Durchbruch vorgesehen sein, der den Kernbereich mit dem Mantelbereich unmittelbar elektrisch verbindet.Around can influence the current density within the electrode locally, can further provided in the intermediate insulation at least one breakthrough be directly electrically electrical, the core region with the cladding region combines.

Eine andere Möglichkeit zur Beeinflussung der Stromdichte in der Elektrode besteht erfindungsgemäß darin, das zwischen den freiliegenden Bereichen des Elektrodenkörpers angeordnete Isoliermaterial unterschiedlich dick auf dem Elektrodenkörper aufzubringen. Das elektrisch leitende Material bildet in den freiliegenden Bereichen Rippen zwischen dem Isoliermaterial aus, wobei der Querschnitt der Rippen in Richtung der Oberfläche des Elektrodenkörpers vorzugsweise kleiner wird.A different possibility for influencing the current density in the electrode according to the invention consists in disposed between the exposed portions of the electrode body Apply insulating material of different thickness on the electrode body. The electrically conductive material forms in the exposed areas Ridges between the insulating material, wherein the cross section of the Ribs towards the surface of the electrode body, preferably gets smaller.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus den Zeichnungen und ihren Beschreibungen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. It follows from the drawings and their descriptions, further features and advantages of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Elektrode in einer ersten Ausführung; 1 shows a schematic section through an electrode in a first embodiment;

2 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Elektrode in einer zweiten Ausgestaltung; 2 shows a schematic section through an electrode in a second embodiment;

3 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Elektrode nach dem Stand der Technik. 3 shows a schematic section through an electrode according to the prior art.

4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Elektrode. 4 shows a further embodiment of an electrode according to the invention.

5 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung einer Elektrode gemäß 4. 5 shows a modified embodiment of an electrode according to 4 ,

6 zeigt mögliche Querschnitte der in den 4 und 5 dargestellten Rippen 322, 324. 6 shows possible cross sections of the in the 4 and 5 illustrated ribs 322 . 324 ,

7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode. 7 shows a further embodiment of the electrode according to the invention.

8 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung der Elektrode gemäß 7. 8th shows a modified embodiment of the electrode according to 7 ,

9 zeigt eine nochmals abgewandelte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Elektrode. 9 shows a further modified embodiment of an electrode according to the invention.

10 zeige eine abgewandelte Ausgestaltung der Elektrode gemäß 9. 10 show a modified embodiment of the electrode according to 9 ,

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der ErfindungDescription of the preferred Embodiments of the invention

3 zeigt eine ECM-Elektrode nach dem Stand der Technik. Die gezeigte Elektrode kann beispielsweise zur Bearbeitung von Lageroberflächen von fluiddynamischen Lagern verwendet werden. Die Elektrode 210 umfasst hierbei einen zylindrischen Elektrodenkörper 214, der an einer Seite in eine Halterung 212 aufgenommen werden kann. Die Elektrode 210 ist mit der Kathode einer Spannungsquelle 230 verbunden. Der Elektrodenkörper 214 ist im wesentlichen vollständig von einem Isoliermaterial 218 umschlossen, welches beispielsweise ein Kunststoffmaterial, ein Keramikmaterial oder keramikähnliches Material oder ein Kunststoff-Keramik-Komposit ist. Von der Isolierung 218 ausgenommen sind lediglich entsprechende freiliegende Bereiche 220 an denen das Material des Elektrodenkörpers bis an die Oberfläche reicht. Der Elektrodenkörper 214 besteht aus einem elektrisch leitenden Metall, beispielsweise aus Kupfer. 3 shows an ECM electrode according to the prior art. The electrode shown can be used, for example, for machining bearing surfaces of fluid dynamic bearings. The electrode 210 in this case comprises a cylindrical electrode body 214 standing on one side in a holder 212 can be included. The electrode 210 is with the cathode of a voltage source 230 connected. The electrode body 214 is essentially complete of an insulating material 218 enclosed, which is for example a plastic material, a ceramic material or ceramic-like material or a plastic-ceramic composite. From the insulation 218 only the corresponding exposed areas are excluded 220 where the material of the electrode body extends to the surface. The electrode body 214 consists of an electrically conductive metal, such as copper.

Aufgrund der einseitigen Zuführung der elektrischen Spannung zur Elektrode und dem spezifischen elektrischen Widerstand des Elektrodenmaterials nimmt die lokale Stromdichte in der Elektrode mit zunehmender Entfernung zur Spannungsquelle 230 ab.Due to the one-sided supply of the electrical voltage to the electrode and the electrical resistivity of the electrode material, the local current density in the electrode decreases with increasing distance to the voltage source 230 from.

1 zeigt nun eine verbesserte Elektrode 10 gemäß der Erfindung. Die Elektrode 10 umfasst wiederum einen Elektrodenkörper 14, der jedoch aus zwei unterschiedlichen Materialen besteht. Ein erster Teil des Elektrodenkörpers besteht aus einem ersten Material 14, beispielsweise aus Messing, während das andere Teil des Elektrodenkörpers aus einem zweiten Material 16, beispielsweise Kupfer, besteht. Der spezifische elektrische Widerstand von Messing ist größer als der spezifische elektrische Widerstand von Kupfer. Das Material 14 des Elektrodenkörpers 1 ist mit der Halterung 12 und mit einer Spannungsquelle 30 verbunden. Beide Materialien 14 und 16 des Elektrodenkörpers sind wiederum von einem Isoliermaterial 18 umgeben, wobei entsprechende freiliegende Bereiche 20 verbleiben, welche den eigentlichen elektrochemischen Effekt auf das zu bearbeitende Werkstück ausüben. Die freiliegenden Bereiche 20, die durch das erste Material 14 des Elektrodenkörpers gebildet werden, haben einen höheren elektrischen Widerstand und damit eine geringere Leitfähigkeit, als die anderen freiliegenden Bereiche 20, die durch das Material 16 des Elektrodenkörpers gebildet werden, da das Material 16 einen niedrigeren elektrischen Widerstand hat und damit eine höhere Stromdichte bei gleicher Spannung zulässt als vergleichsweise das Material 14 des Elektrodenkörpers. Durch Variation der beiden Materialien 14, 16 bzw. deren Geometrien des Elektrodenkörpers können die gewünschten Stromdichten im Elektrodenkörper eingestellt werden. 1 now shows an improved electrode 10 according to the invention. The electrode 10 again comprises an electrode body 14 , which consists of two different materials. A first part of the electrode body consists of a first material 14 For example, made of brass, while the other part of the electrode body made of a second material 16 , For example, copper exists. The specific electrical resistance of brass is greater than the specific electrical resistance of copper. The material 14 of the electrode body 1 is with the bracket 12 and with a voltage source 30 connected. Both materials 14 and 16 of the electrode body are in turn of an insulating material 18 surrounded, with corresponding exposed areas 20 remain, which exert the actual electrochemical effect on the workpiece to be machined. The exposed areas 20 that through the first material 14 of the electrode body have a higher electrical resistance and thus a lower conductivity than the other exposed areas 20 passing through the material 16 of the electrode body are formed, since the material 16 has a lower electrical resistance and thus allows a higher current density at the same voltage as comparatively the material 14 of the electrode body. By variation of the two materials 14 . 16 or their geometries of the electrode body, the desired current densities can be set in the electrode body.

2 zeigt eine andere Ausgestaltung einer Elektrode 110. Die Elektrode 110 umfasst einen Elektrodenkörper bestehend aus einem Kernteil aus einem ersten Material 114 mit einem ersten spezifischen elektrischen Widerstand. Dieses Kernmaterial 114 erstreckt sich über die gesamte Länge der Elektrode 110 bis hin zur Halterung 112, wobei die Elektrode an eine Spannungsquelle 130 angeschlossen wird. An der der Halterung 112 zugewandten Seite ist der Elektrodenkern 114 mit einer Hülse aus einem anderen Material 116 mit einem höheren elektrischen spezifischen Widerstand umgeben. Sowohl das Material 114 als auch das Material 116 bilden entsprechende freiliegende Bereiche 120 aus, die bis an die Oberfläche der Elektrode 110 reichen und den ECM-Prozess bewirken. Die übrige Oberfläche der Elektrode 110 ist mit einem Isoliermaterial 118 beschichtet. 2 shows another embodiment of an electrode 110 , The electrode 110 comprises an electrode body consisting of a core part made of a first material 114 with a first specific electrical resistance. This nuclear material 114 extends over the entire length of the electrode 110 up to the bracket 112 wherein the electrode is connected to a voltage source 130 is connected. At the holder 112 facing side is the electrode core 114 with a sleeve of a different material 116 surrounded by a higher electrical resistivity. Both the material 114 as well as the material 116 form corresponding exposed areas 120 out, reaching to the surface of the electrode 110 rich and effect the ECM process. The remaining surface of the electrode 110 is with an insulating material 118 coated.

Im Material 114 ergibt sich bei Anlegen einer Spannung durch den niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand eine höhere Stromdichte als vergleichsweise im Material 116, welches einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Das Material 114 kann beispielsweise Kupfer sein, während das Material 116 aus Messing besteht.In the material 114 arises when voltage is applied by the lower specific elec trical resistance a higher current density than comparatively in the material 116 , which has a higher electrical resistivity. The material 114 may be, for example, copper while the material 116 made of brass.

Durch Auswahl der Materialien 114 und 116 sowie deren Geometrien bzw. deren Querschnitt usw., kann in den beiden Bereichen der Elektrode 110 eine gewünschte Stromdichte eingestellt werden.By selecting the materials 114 and 116 as well as their geometries or their cross section, etc., can in the two areas of the electrode 110 a desired current density can be adjusted.

In 4 wird eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode 310 mit der zugehörigen Halterung 312 dargestellt. Von dem Elektrodenkörper selbst sind jeweils vergrößerte Darstellungen gezeigt. Der Elektrodenkörper besteht aus einem elektrisch leitenden Material 314, das über die Halterung 312 mit einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Das Material 314 des Elektrodenkörpers ist mit einem Isoliermaterial 318 umgeben. Erfindungsgemäß weist das Isoliermaterial 318 über die Länge der Elektrode gesehen keine konstante Dicke auf, sondern variiert in seiner Dicke. Insbesondere in den freiliegenden Bereichen 320 der Elektrode, wo die Materialbearbeitung stattfindet, ist die Dicke des Isoliermaterials 318 erheblich größer als in den übrigen Bereichen der Elektrode. Dadurch bildet das elektrisch leitende Material 314 in den freiliegenden Bereichen 320 Rippen 322 zwischen dem Isoliermaterial 318 aus, deren Querschnitt in Richtung der Oberfläche des Elektrodenkörpers kleiner wird. Diese Rippen sind je nach Dicke des Isoliermaterials 318 unterschiedlich lang, wobei sich im Betrieb der Elektrode in jeder Rippe eine individuelle Stromdichte einstellt. Durch die Querschnittsform der Rippen kann die Stromdichte ebenfalls beeinflusst werden. Somit werden die Lagerrillen eines oder mehrerer Radiallager mit einer definierten, beispielsweise identischen Tiefe und Kontur hergestellt. In 4 ist eine konische Querschnittsform der Rippen 322 dargestellt.In 4 is a further embodiment of the electrode according to the invention 310 with the associated bracket 312 shown. From the electrode body itself enlarged representations are shown in each case. The electrode body is made of an electrically conductive material 314 that over the bracket 312 is connected to a voltage source (not shown). The material 314 of the electrode body is provided with an insulating material 318 surround. According to the invention, the insulating material 318 seen over the length of the electrode is not a constant thickness, but varies in its thickness. Especially in the exposed areas 320 the electrode where material processing takes place is the thickness of the insulating material 318 considerably larger than in the other areas of the electrode. This forms the electrically conductive material 314 in the exposed areas 320 ribs 322 between the insulating material 318 from whose cross-section is smaller in the direction of the surface of the electrode body. These ribs are depending on the thickness of the insulating material 318 different lengths, with an individual current density setting in each rib during operation of the electrode. Due to the cross-sectional shape of the ribs, the current density can also be influenced. Thus, the bearing grooves of one or more radial bearings are made with a defined, for example, identical depth and contour. In 4 is a conical cross-sectional shape of the ribs 322 shown.

5 zeigt eine im wesentlichen gleiche Ausführungsform der Elektrode wie 4, mit dem Unterschied, dass die Rippen 324 einen polygonen Querschnitt aufweisen und im Bereich der Oberfläche der Elektrode sehr schmal sind, so dass sich im Vergleich zu 4 hier geringere Stromdichten an der Oberfläche der Elektrode ergeben. 5 shows a substantially same embodiment of the electrode as 4 , with the difference that the ribs 324 have a polygonal cross section and are very narrow in the region of the surface of the electrode, so that in comparison to 4 give lower current densities at the surface of the electrode.

6 zeigt Beispiele von möglichen Querschnitten der Rippen 322 und 324 gemäß den 4 und 5. Es sind zylindrische Polygone oder auch Querschnitte mit gekrümmten Mantellinien denkbar. 6 shows examples of possible cross sections of the ribs 322 and 324 according to the 4 and 5 , There are cylindrical polygons or cross sections with curved generatrices conceivable.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 7 und 8 gezeigt. Diese Figuren unterscheiden sich nur minimal, so dass die nachfolgende Beschreibung grundsätzlich für beide Figuren gilt. Es ist wiederum die Elektrode 410 gezeigt, die in einer Halterung 412 befestigt ist. Der innere Elektrodenkörper besteht aus einem ersten elektrisch leitenden Material 414, das mit der Kathode einer Spannungsquelle 430 verbunden ist. Die Außenoberfläche des Kernmaterials 414 folgt einer bestimmten Konturlinie 436, das heißt das Kernmaterial 414 ist nicht überall gleich dick. Auf dieses Kernmaterial ist ein weiteres elektrisch leitfähiges Material 416 aufgebracht, das eine zylindrische Außenoberfläche hat, die durch ein Isolationsmaterial 418 abgedeckt ist. In dem Isolationsmaterial 418 ergeben sich freiliegende Bereiche 420, an denen das Material 416 bis zur Oberfläche des Elektrodenkörpers tritt. Durch die Konturlinie 436, die den Übergang zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Material 414 mit vorzugsweise einem niedrigen spezifischen Widerstand und dem zweiten elektrisch leitfähigen Material 416 mit vorzugsweise einem höheren elektrischen Widerstand definiert, stellen sich an den freiliegenden Bereichen 420 beim Betrieb der Elektrode unterschiedliche Stromdichten ein. Je weiter außen die Kontur 436 verläuft, das heißt je dünner das äußere Material 416 ist, desto besser ist die Leitfähigkeit in diesem Bereich und desto größer ist die erreichbare Stromdichte.Another embodiment of the invention is in the 7 and 8th shown. These figures differ only minimally, so that the following description basically applies to both figures. It is the electrode again 410 shown in a holder 412 is attached. The inner electrode body is made of a first electrically conductive material 414 connected to the cathode of a voltage source 430 connected is. The outer surface of the core material 414 follows a certain contour line 436 that is the core material 414 is not the same everywhere. On this core material is another electrically conductive material 416 applied, which has a cylindrical outer surface, by an insulating material 418 is covered. In the insulation material 418 arise exposed areas 420 on which the material 416 to the surface of the electrode body occurs. Through the contour line 436 that make the transition between the first electrically conductive material 414 preferably having a low resistivity and the second electrically conductive material 416 preferably defined with a higher electrical resistance, arise at the exposed areas 420 during operation of the electrode different current densities. The further out the contour 436 runs, that is, the thinner the outer material 416 is, the better the conductivity in this area and the greater the achievable current density.

Im Gegensatz zu 7 zeigt 8 eine Elektrode 410, die eine von 7 abweichende Konturlinie 438 zwischen den beiden elektrisch leitenden Materialen 414 und 416 aufweist.In contrast to 7 shows 8th an electrode 410 that one of 7 deviating contour line 438 between the two electrically conductive materials 414 and 416 having.

In 9 ist ein Schnitt einer weiteren Ausgestaltung einer Elektrode 510 gezeigt. Die Elektrode ist in einer Halterung 512 aufgenommen. In dieser Halterung befindet sich ebenfalls ein Anschluss für die Zuführung einer Elektrolytflüssigkeit 534 die im Bereich zwischen Elektrode 510 und Halterung 512 in Längsrichtung der Elektrode austritt. Der Elektrodenkörper umfasst einen durchgehenden Kern aus einem elektrisch leitenden Material 514, das von einer Zwischenisolation 526 umgeben ist. Dieser Kernbereich 514 ist mit der Kathode einer Spannungsquelle 530 verbunden. Die Zwischenisolation 526 trennt den inneren Kernbereich von einem äußeren Mantelbereich 514', der beispielsweise aus demselben elektrisch leitenden Material besteht, wie der innere Kernbereich 514. Das Material des äußeren Mantelbereichs 514' ist von einem Isoliermaterial 518 umgeben, wobei sich freiliegende Bereiche 520 ergeben, an denen das elektrisch leitende Material 514' an die Oberfläche tritt. Der innere Kernbereich 514 ist also von dem äußeren Mantelbereich 514' durch die Zwischenisolierung 526 isoliert. Um eine Verbindung zwischen den beiden elektrisch leitenden Materialen des inneren Kernbereiches 514 und des Mantelbereiches 514' herzustellen, ist an dem freien Ende der Elektrode eine Kontaktverbindung 528 vorgesehen, beispielsweise eine Lötstelle, an der der innere Kernbereich 514 mit dem äußeren Mantelbereich 514' verlötet ist.In 9 is a section of another embodiment of an electrode 510 shown. The electrode is in a holder 512 added. In this holder is also a connection for the supply of an electrolyte fluid 534 in the area between electrode 510 and bracket 512 emerges in the longitudinal direction of the electrode. The electrode body comprises a continuous core of an electrically conductive material 514 that of an intermediate isolation 526 is surrounded. This core area 514 is with the cathode of a voltage source 530 connected. The intermediate insulation 526 separates the inner core region from an outer cladding region 514 ' For example, which consists of the same electrically conductive material as the inner core region 514 , The material of the outer jacket area 514 ' is from an insulating material 518 surrounded, with exposed areas 520 yield, where the electrically conductive material 514 ' comes to the surface. The inner core area 514 So it is from the outer jacket area 514 ' through the intermediate insulation 526 isolated. To a connection between the two electrically conductive materials of the inner core region 514 and the jacket area 514 ' is a contact connection at the free end of the electrode 528 provided, for example, a solder joint, at which the inner core area 514 with the outer jacket area 514 ' is soldered.

Der durch die Spannungsquelle 530 eingespeiste elektrische Strom durchläuft den inneren Kernbereich und gelangt über die Kontaktverbindung 528 zum äußeren Mantelbereich. Das ist gleichbedeutend mit einer Stromzuführung von dem freien Ende der Elektrode, wobei sich im Betrieb der Elektrode an den freiliegenden Bereichen 520, die der Spitze am nächsten liegen, eine höhere Stromdichte einstellt, als in den Bereichen, die fernab von der Spitze nahe der Halterung 512 liegen.The one by the voltage source 530 fed electrical current passes through the inner core region and passes through the contact connection 528 to the outer jacket area. This is equivalent to a power supply from the free end of the electrode, which is in operation of the electrode at the exposed areas 520 closest to the tip sets a higher current density than in those areas far from the tip near the mount 512 lie.

10 zeigt im wesentlichen dieselbe Ausbildung der Elektrode wie 9, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Im Unterschied zu 9 sind hier jedoch in der Zwischenisolierung 526 Durchbrüche 532 vorgesehen, die eine lokale Beeinflussung der Stromdichte innerhalb der Elektrode ermöglichen. Im Bereich dieser Durchbrüche ist der Kernbereich mit dem Mantelbereich elektrisch leitend verbunden, so dass ein Teil des Stromes über diese Durchbrüche 532 zu den freiliegenden Bereichen 520 gelangt. 10 shows substantially the same configuration of the electrode as 9 , wherein like parts are designated by like reference numerals. In contrast to 9 here are however in the intermediate isolation 526 breakthroughs 532 provided that allow a local influence on the current density within the electrode. In the region of these openings, the core region is electrically conductively connected to the jacket region, so that part of the current flows through these openings 532 to the exposed areas 520 arrives.

Vorzugsweise werden zum Betrieb der in den 9 und 10 dargestellten ECM-Elektroden zwei separate Spannungsquellen 530, 536 verwendet, wobei der innere Kernbereich 514 mit der ersten Spannungsquelle 530 und der äußere Mantelbereich 514' mit der zweiten Spannungsquelle 536 elektrisch leitend verbunden ist. Durch eine Variation der Spannungen werden die gewünschten Ströme an den jeweiligen Bereichen eingestellt, und somit die Tiefe und Breite der im Werkstück abgetragenen Lagerrillenstrukturen beeinflusst.Preferably, for operation in the 9 and 10 shown ECM electrodes two separate voltage sources 530 . 536 used, with the inner core area 514 with the first voltage source 530 and the outer jacket area 514 ' with the second voltage source 536 is electrically connected. By varying the voltages, the desired currents are set at the respective areas, thus influencing the depth and width of the bearing groove structures worn away in the workpiece.

1010: Elektrodeelectrode
1212: Halterungbracket
1414: erstes Material des Elektrodenkörpersfirst Material of the electrode body
1616: zweites Material des Elektrodenkörperssecond Material of the electrode body
1818: Isoliermaterialinsulating material
2020: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)exposed Areas (ie electrode body)
3030: Spannungsquellevoltage source
110110: Elektrodeelectrode
112112: Halterungbracket
114114: erstes Material des Elektrodenkörpersfirst Material of the electrode body
116116: zweites Material des Elektrodenkörperssecond Material of the electrode body
118118: Isoliermaterialinsulating material
120120: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)exposed Areas (ie electrode body)
130130: Spannungsquellevoltage source
210210: Elektrodeelectrode
212212: Halterungbracket
214214: Material (Elektrodenkörper)material (Lead body)
218218: Isoliermaterialinsulating material
220220: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)exposed Areas (ie electrode body)
230230: Spannungsquellevoltage source
310310: Elektrodeelectrode
312312: Halterungbracket
314314: Material (Elektrodenkörper)material (Lead body)
318318: Isoliermaterialinsulating material
320320: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)exposed Areas (ie electrode body)
322322: Rippenribs
324324: Rippenribs
410410: Elektrodeelectrode
412412: Halterungbracket
414414: erstes Material des Elektrodenkörpersfirst Material of the electrode body
416416: zweite Materialien des Elektrodenkörperssecond Materials of the electrode body
418418: Isoliermaterialinsulating material
420420: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)exposed Areas (ie electrode body)
430430: Spannungsquellevoltage source
436436: Konturcontour
438438: Konturcontour
510510: Elektrodeelectrode
512512: Halterungbracket
514514: Material des Elektrodenkörpers (innerer Kernbereich)material of the electrode body (inner core area)
514'514 ': Mantelbereich des Elektrodenkörperscladding region of the electrode body
518518: Isoliermaterialinsulating material
520520: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)exposed Areas (ie electrode body)
526526: Zwischenisolierungintermediate isolation
528528: KontaktverbindungContact connection
530530: 1. Spannungsquelle1. voltage source
532532: Durchbruchbreakthrough
534534: Anschluss für Elektrolytflüssigkeitconnection for electrolyte fluid
536536: 2. SpannungsquelleSecond voltage source

Claims

Electrode ( 10 ; 110 ; 410 ) for the electrochemical machining of a metallic workpiece, with an electrode body of an electrically conductive material ( 14 . 16 ; 114 . 116 ; 414 . 416 ), whose surface partially with an insulating material ( 18 ; 118 ; 418 ), so that uninsulated, exposed areas ( 20 ; 120 ; 420 ) of the electrode body, wherein the electrically conductive material ( 14 . 16 ; 114 . 116 ; 414 . 416 ) and / or the insulating material is selected ( 18 ; 118 ; 418 ) and are shaped such that different current densities result in the electrode body during operation of the electrode, characterized in that the electrode body consists of at least one first and one second electrically conductive material ( 14 . 16 ; 114 . 116 ; 414 . 416 ) each having different resistivities, the different materials ( 14 . 16 ; 114 . 116 ) of the electrode body are insulated from each other, and each material is connected to means for connection to a separate voltage source.

Electrode according to Claim 1, characterized in that the exposed areas ( 20 ; 120 ) of the electrode body partially made of the first material ( 14 . 114 ) having a first resistivity and partly of the second material ( 16 ; 116 ) with a second electrical resistivity.

Electrode according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first material ( 14 ; 114 ) has a higher electrical resistivity than the second material ( 16 ; 116 ).

Electrode according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the material having the low electrical resistivity is partly formed by the material ( 114 ; 416 ) is surrounded by the higher electrical resistivity.

Electrode according to Claim 4, characterized in that the two materials ( 114 . 116 ) vary in thickness over the length of the electrode body.

Electrode ( 510 ) for the electrochemical machining of a metallic workpiece, with an electrode body of an electrically conductive material ( 514 ), whose surface partially with an insulating material ( 518 ), so that uninsulated, exposed areas ( 520 ) of the electrode body, wherein the electrically conductive material ( 514 ) and / or the insulating material is selected ( 518 ) and are shaped such that different current densities result in the electrode body during operation of the electrode, characterized in that the electrically conductive material ( 514 ) by an intermediate isolation ( 526 ) into an inner core region ( 514 ) and an outer cladding region ( 514 ' ), wherein the core area on one side with a voltage source ( 530 ) and on the other side by a contact connection ( 528 ) is connected to the jacket area.

Electrode according to Claim 7, characterized in that in the intermediate insulation ( 526 ) at least one breakthrough ( 532 ) is provided, which electrically connects the core region with the cladding region.

Electrode ( 310 ) for the electrochemical machining of a metallic workpiece, with an electrode body of an electrically conductive material ( 314 ), whose surface partially with an insulating material ( 318 ), so that uninsulated, exposed areas ( 320 ) of the electrode body, wherein the electrically conductive material ( 314 ) and / or the insulating material is selected ( 318 ) and are shaped such that during operation of the electrode different current densities result in the electrode body, characterized in that between the exposed areas ( 320 ) of the electrode body arranged insulating material ( 318 ) has a different thickness, wherein the electrically conductive material ( 314 ) in the exposed areas ( 320 ) Ribs ( 322 ; 324 ) between the insulating material ( 318 ) whose cross section decreases in the direction of the surface of the electrode body.

Electrode according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the electrically conductive materials ( 14 . 16 ; 114 . 116 ; 314 ; 414 . 416 ; 514 ) consist of a metal or a metal alloy.

Electrode according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the electrically conductive materials ( 14 . 16 ; 114 . 116 ; 314 ; 414 . 416 ; 514 ) of the following group of metals: copper, silver, aluminum, titanium, brass, platinum, chromium, nickel, gold, steel, or their alloys.

Electrode according to one of Claims 1 to 10, characterized that the workpiece is a component of a fluid dynamic bearing.

Tool for machining the bearing surfaces of a fluid dynamic bearing, characterized by an electrode ( 10 ; 110 ) according to one of claims 1 to 11.

Method for applying groove structures to the bearing surfaces of a fluid dynamic bearing, characterized by the use of an electrode ( 10 ; 110 ) according to one of claims 1 to 11.