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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrochemischen
Bearbeiten von Werkstücken,
welche einen einfachen modularen Aufbau aufweisen.
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Vorrichtungen
zur elektrochemischen Bearbeitung (ECM-Vorrichtungen) sind aus dem
Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt.
Mittels ECM-Vorrichtungen
wird eine elektrochemische Bearbeitung von Metallwerkstücken durchgeführt, wobei
das Werkstück
als Anode und das Werkzeug als Kathode mit einer Spannungsquelle
verbunden werden. Zwischen Werkstück und Werkzeug wird eine Elektrolytlösung hindurchgeführt, welche
einen Ladungstransport im Arbeitsspalt zwischen dem Werkzeug und
dem Werkstück übernimmt.
Werkstück
und Werkzeug sind hierzu üblicherweise
in einer speziell angepassten Vorrichtung untergebracht. Üblicherweise
sind die bekannten ECM-Vorrichtungen derart ausgelegt, dass sie
lediglich einen Werkstücktyp
bearbeiten können.
Dabei werden für
verschiedene Werkstücke
jeweils separate ECM-Vorrichtungen konstruiert. Zur Steigerung einer
Ausbringungsmenge wurde ferner vorgeschlagen, gleichzeitig mehrere
Werkstücke
in einer Vorrichtung aufzuspannen. Dies erfordert jedoch einen großen maschinentechnischen
Aufwand, um sicherzustellen, dass alle Werkstücke mit gleicher Qualität bearbeitet
werden. Ferner fließt
bei den bekannten ECM-Vorrichtungen die Elektrolytlösung über eine Oberfläche des
unteren Teils der Maschine ab. Dadurch sind während der Prozessbearbeitung
Führungen,
Antriebe usw., der Maschine und Vorrichtung der Elektrolytlösung ausgesetzt,
was zu einem erhöhten
Verschleiß führen kann.
Zum Schutz der Führungen
usw. wurde daher vorgeschlagen, diese beispielsweise mittels Faltenbalgumhüllungen
gegen die Elektrolytlösung
zu schützen.
Dies ist jedoch aufwendig und verteuert derartige Maschinen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße ECM-Vorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass sie sehr einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine
sehr schnelle Umrüstung
für verschiedene
Werkstücke
ermöglicht. Die
erfindungsgemäße ECM-Vorrichtung
weist einen modularisierten und zum größten Teil standardisierten
Aufbau auf, um insbesondere auch eine schnelle Wechselbarkeit für eine Umrüstung auf
andere Werkstücke
zu ermöglichen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass die Vorrichtung eine Grundvorrichtung und eine austauschbare
Prozesszelle umfasst. Die Grundvorrichtung weist eine Spannungsversorgung,
eine Elektrolytversorgung und eine Zustelleinrichtung, welche eine
Zustellung einer Elektrode ausführt,
auf. Die austauschbare Prozesszelle ist zweiteilig mit einem Oberteil
und einem Unterteil ausgebildet, wobei im Unterteil eine Werkstückaufnahme
zur Aufnahme eines Werkstücks
und im Oberteil eine Elektrode angeordnet ist. Die Prozesszelle
umfasst ferner standardisierte Schnittstellen zur Grundvorrichtung
für die
Zustellung der Elektrode, die Elektrolytversorgung und einer Stromversorgung.
Die Elektrode ist z. B. über
eine Kupplung mit der Zustelleinrichtung in der Grundvorrichtung verbindbar.
Somit sind erfindungsgemäß zwischen der
Prozesszelle und der Grundvorrichtung standardisierte Schnittstellen
ausgebildet, so dass ein schneller und einfacher Wechsel der Prozesszelle möglich ist.
Dadurch kann die erfindungsgemäße ECM-Vorrichtung
schnell auf ein neues Werkstück umgerüstet werden.
Somit kann erfindungsgemäß die Grundvorrichtung
für mehrere
unterschiedliche Werkstücke
verwendet werden, wobei jeweils nur die Prozesszelle ausgetauscht
wird.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
umfasst die Zustelleinrichtung eine Lineareinheit, mit welcher eine
senkrechte und/oder waagrechte Zustellung der Elektrode erfolgt.
Eine Kopplung zwischen der Lineareinheit und der Elektrode wird
vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssig ausgeführt.
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Weiter
bevorzugt bilden das Oberteil und das Unterteil für die Bearbeitung
des Werkstücks
eine geschlossene Prozesszelle. Dadurch kann die Prozesszelle für die Bearbeitung
des Werkstücks
verschlossen werden, so dass die ECM-Maschine außerhalb der Prozesszelle trocken
ist, d. h., nicht mit einer Elektrolytlösung in Kontakt kommt. Hierdurch
ergeben sich große
Vereinfachungen für
die Auslegung der Grundvorrichtung der ECM-Vorrichtung, da diese nicht
mit der Elektrolytlösung
in Kontakt kommt. Die Elektrolytlösung wird gezielt über ein
Leitungssystem zu- und abgeführt.
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Vorzugsweise
ist die Steuerung der Grundvorrichtung derart ausgelegt, um bei
einem Schließen
der Prozesszelle automatisch einen Prozessstart auszuführen und
bei einem Öffnen
der Prozesszelle automatisch einen Prozess zu beenden. Hierzu ist
vorzugsweise ein Schutzschalter mit einem ersten und zweiten Teil
vorgesehen, um einen Start der Maschine erst dann zu ermöglichen,
wenn ein Kontakt zwischen den beiden Teilen des Schutzschalters
hergestellt ist.
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Weiter
bevorzugt ist die Steuerung der Grundvorrichtung derart ausgelegt,
dass nach einem Ende eines Prozesses die Prozesszelle automatisch geöffnet wird.
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Um
eine besonders einfache Handhabung der ECM-Maschine sicherzustellen,
ist die Prozesszelle vorzugsweise in einem vorderen Bereich der ECM-Vorrichtung
angeordnet. Dadurch kann ein schneller Werkstückwechsel oder gegebenenfalls Austausch
einer aufgebrauchten Elektrode erreicht werden. Auch kann dadurch
ein Austausch einer Prozesszelle schnell und einfach gewährleistet
werden.
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Besonders
bevorzugt umfasst die Maschine eine Schutzabdeckung und/oder eine
Schutztür
mit einer Schutzscheibe, welche manuell oder automatisch geöffnet werden
kann. Die Schutzabdeckung bzw. die Schutztüre schützt einen Bediener vor einem
Eingriff in den Gefahrenbereich und die Steuerung kann ausgelegt
werden, dass der Prozess mit Schließen der Türe automatisch startet.
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Besonders
bevorzugt ist die Werkstückaufnahme
der Prozesszelle nur für
genau ein Werkstück ausgelegt.
Dadurch kann die erfindungsgemäße ECM-Vorrichtung
optimal auf ein Werkstück
ausgelegt werden. Insbesondere kann dann auch auf einen Toleranzausgleich
zwischen mehreren Elektroden, wie sie bei einer gleichzeitigen Bearbeitung
von mehreren Werkstücken
notwendig ist, verzichtet werden.
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Die
standardisierten Schnittstellenvorrichtungen zwischen der Grundvorrichtung
und der Prozesszelle sind vorzugsweise mittels Schnellkupplungen,
z. B. Bajonettverschlüssen
o. ä.,
versehen.
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Zeichnung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine
ECM-Vorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine
schematische, perspektivische Ansicht einer ECM-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung von vorne,
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2 eine
schematische, perspektivische Ansicht der ECM-Vorrichtung von hinten.
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Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine
ECM-Vorrichtung 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie
insbesondere aus 1 ersichtlich ist, umfasst die
ECM-Vorrichtung zwei wesentliche Baugruppen, nämlich eine Grundvorrichtung 2 und
eine Prozesszelle 3. Die Grundvorrichtung 2 umfasst
eine nicht gezeigte Spannungsversorgung und eine Elektrolytversorgung,
welche unter einer Schutzabdeckung 12 angeordnet sind.
Zur Versteifung der ECM-Vorrichtung umfasst die Grundvorrichtung 2 ferner
ein Gestänge 11.
Die Schutzabdeckung 12 ist, wie in 1 durch
den Pfeil A angedeutet, mittels einer Lineareinheit 10 linear
absenkbar bzw. anhebbar, um während
des Prozesses die Prozesszelle 3 zumindest teilweise abzudecken. 1 zeigt
dabei die geöffnete
Position der ECM-Vorrichtung, in welcher ein Werkstückwechsel
erfolgt, und 2 zeigt die geschlossene Position
der ECM-Vorrichtung, in welcher eine Bearbeitung des Werkstücks erfolgt.
Für eine
einfache Handhabung ist die Prozesszelle 3 dabei im vorderen
Bereich der Grundvorrichtung 2 angeordnet.
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In
der Grundvorrichtung 2 ist ferner eine Zustelleinrichtung
vorgesehen, welche eine Zustellung einer Elektrode relativ zum Werkzeug
ausführt.
Die Zustelleinrichtung kann dabei die gesamte Schutzabdeckung 12 mitsamt
den anderen darin angeordneten Bauteilen über die Lineareinheit 10 bewegen.
Alternativ kann die Zustelleinrichtung auch nur die Elektrode bewegen.
In 1 ist die Elektrode mit dem Bezugszeichen 8 versehen
und das Werkstück mit
dem Bezugszeichen 7.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, ist das Werkstück 7 in
einer Werkstückaufnahme 6 angeordnet. Die
Prozesszelle 3 ist dabei zweiteilig mit einem Oberteil 4 und
einem Unterteil 5 ausgebildet. Die Werkstückaufnahme 6 ist
im Unterteil 5 angeordnet und die Elektrode 8 im
Oberteil 4. Für
den Bearbeitungsprozess ist die Prozesszelle 3 geschlossen,
wobei das Oberteil 4 auf das Unterteil 5 abgesenkt
wird. Hierbei kann ein geschlossener Prozessraum erhalten werden,
so dass die Elektrolytlösung
nicht außerhalb
des Prozessraumes gelangt. Wie weiter aus 1 ersichtlich
ist, ist zwischen der Prozesszelle 3 und der Grundvorrichtung 2 eine
Schnellkupplung 9 angeordnet. Die Schnellkupplung 9 stellt
dabei eine Verbindung sowohl mechanisch als auch elektrisch für die Elektrode 8 bereit
und ferner eine Verbindung für
die Elektrolytlösung.
Zwischen dem Unterteil 5 und einem Bodenbereich 15 der
Grundvorrichtung ist ebenfalls eine nicht gezeigte Schnellkupplung
vorhanden, um den elektrischen Kreis zu schließen und eine Entsorgungsleitung
für die
Elektrolytlösung
anzuschließen.
Dadurch ist es möglich,
dass die Prozesszelle 3 schnell gewechselt werden kann.
Somit ist eine schnelle und problemlose Umrüstung der ECM-Vorrichtung beispielsweise
auf ein anderes Werkstück
oder zur Ausrüstung
mit einer anderen Elektrode möglich.
Ferner kann bei der Fertigung der ECM-Vorrichtung ein sehr hoher
Gleichteileanteil erreicht werden, da die Grundvorrichtung 2 für jede ECM-Vorrichtung gleich
ist und jeweils nur kundenspezifische Prozesszellen 3 hergestellt
werden müssen.
Da zwischen der Prozesszelle 3 und der Grundvorrichtung 2 jeweils
standardisierte Verbindungen vorgesehen sind, weist die ECM-Vorrichtung
einen modularen Aufbau auf, wodurch eine prinzipielle Bauweise der
erfindungsgemäßen ECM-Vorrichtung verbessert
wird. Ferner kann beispielsweise bei neuen Kundenanforderungen erreicht
werden, dass konstruktive Eingriffe in die ECM-Vorrichtung auf den Nahbereich um das
Werkstück
konzentriert sind und jeweils individuelle Prozesszellen konstruiert
werden.
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Die
in 1 und 2 gezeigte ECM-Maschine 1 weist
dabei eine senkrechte Zustellung auf, welche in die Grundvorrichtung 2 integriert
ist. Die senkrechte Zustellung kann über einen standardisierten
Schieber und die Schnellkupplung 9 auf die Elektrode 8 übertragen
werden.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist das Gestänge 11 ferner
mit einer Versteifungsplatte 13 versteift. Das Gestänge 11 ist
fest auf der Grundplatte 15 montiert und das Gestänge 11 stützt insbesondere
Führungen 10a, 10b der
Lineareinheit 10 ab.
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Wie
ferner aus 2 ersichtlich ist, ist am hinteren
Teil der ECM-Vorrichtung ein Schutzschalter 14 mit einem
ersten Teil 14a und einem zweiten Teil 14b vorgesehen.
Der erste Teil 14a ist dabei an der Schutzabdeckung 12 befestigt
und der zweite Teil 14b ist an dem Gestänge 11 befestigt.
Erst wenn ein Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Teil 14a, 14b des
Schutzschalters 14 hergestellt ist, ist es möglich, eine
Bearbeitung in der Prozesszelle 3 zu beginnen. Somit kann
mittels des Schutzschalters 14 ein Prozessstart der ECM-Vorrichtung 1 definiert werden.
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1 zeigt
schematisch eine Schutzabdeckung 12. Hierbei sei angemerkt,
dass die ECM-Vorrichtung 1 alternativ auch eine Türe mit einer
integrierten Schutzscheibe aufweisen kann, welche von einer Bedienperson
erst geschlossen werden muss, bevor der Prozess gestartet werden
kann. Die Schutzscheibe schützt
die Bedienperson dabei vor einem Eingriff in den Gefahrenbereich
der Prozesszelle 3.
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Wenn
die Bearbeitung des Werkstücks 7 in der
Prozesszelle 3 beendet ist, kann die Steuerung bestimmen,
dass die Schutzabdeckung 12 automatisch hochgefahren wird
und gleichzeitig auch das Oberteil 4 hochgefahren wird.
Dadurch erkennt eine Bedienperson, dass eine Bearbeitung des Werkstücks beendet
ist und kann das Werkstück
wechseln.
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Da
die Grundvorrichtung 2 und die Prozesszelle 3 inklusive
der Elektrode 8 und der Werkstückaufnahme 6 eine
mechanisch autarke Einheit darstellen, ist es erfindungsgemäß möglich, dass
diese Einheit außerhalb
einer ECM-Anlage eingestellt und vorgerüstet wird. Nach Einbau der
Einheit in eine ECM-Anlage sind dann keinerlei Anpassungen mehr erforderlich.
Hierdurch kann insbesondere die Rüst- und Einstellzeit signifikant
reduziert werden. Während
dabei eine Einheit außerhalb
der ECM-Anlage vorbereitet wird, kann eine Bearbeitung eines Werkstücks mit
einer anderen, in die ECM-Anlage eingebauten, Einheit erfolgen.
Ein weiterer, großer
Vorteil ist, dass die erfindungsgemäße ECM-Maschine außerhalb
der Prozesszelle 3 trocken ist, da keine Elektrolytlösung über die
Oberflächen
der Grundvorrichtung 2 abfließt. Die verwendete Elektrolytlösung wird über ein
im unteren Bereich der Grundvorrichtung 2 integriertes
Leitungssystem (nicht gezeigt) gezielt abgeführt. Somit kann ein Nachteil
der im Stand der Technik verwendeten offenen Bauweise vermieden werden,
da insbesondere Führungen
und Antriebe nicht der Elektrolytlösung ausgesetzt sind. Insbesondere
kann erfindungsgemäß auch verhindert
werden, dass aufwendige Faltenbalglösungen zur Abdeckungen von
Führungen
usw. verwendet werden, welche derartige Anlagen sehr teuer machen.