DE102011015932A1 - Elektrode für ein elektrochemisches Abtragverfahren - Google Patents

Elektrode für ein elektrochemisches Abtragverfahren Download PDF

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Abstract

Elektrode für ein elektrochemisches Abtragverfahren mit einer Struktur aus wenigstens zwei elektrisch leitenden Flächen, wobei die Elektrode gegenüber einem Werkstück angeordnet wird, um in einem elektrochemischen Abtragverfahren dem Werkstück Vertiefungen als ein Abbild der leitenden Flächen einzuprägen, wobei die Struktur geometrisch derart ausgestaltet ist und ein Abstand (d) zwischen Elektrode und Werkstück derart gewählt ist, dass sich das Abbild wenigstens zweier benachbarter leitender Flächen zu einer Vertiefung überlappt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Elektrode für ein elektrochemisches Abtragverfahren von elektrisch leitenden Werkstücken und ein Verfahren unter Verwendung dieser Elektrode sowie ein fluiddynamisches Lager, dessen Lagerstruktur unter Verwendung dieses Verfahrens erzeugt wurde.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Fluiddynamische Lager (Fluid Dynamic Bearings, FDB's) sind Präzisionslager, bei denen die zueinander rotierenden Lagerbauteile nicht in direktem Kontakt stehen, sondern durch ein Lagerfluid voneinander getrennt sind. Diese Lager weisen feinste Strukturen im Mikrometerbereich, sogenannte Lagerrillenstrukturen auf, welche durch eine Rotation der Lagerbauteile zueinander eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausüben und somit lokal eine Steifigkeit im Lager erzeugen. Die jeweiligen Lagerflächen stützen sich quasi auf diesen Bereichen ab. Solche FDB's werden vornehmlich in optischen und magnetischen Datenspeichern, wie zum Beispiel in Festplattenantrieben, verbaut und sind hinlänglich im Stand der Technik bekannt.
  • Es gibt mehrere Möglichkeiten, diese Lagerrillenstrukturen zu erzeugen. Eine davon ist das elektrochemische Maschinieren (ECM). Hierbei wird eine ECM-Elektrode, welche ein Negativ der Lagerrillenstruktur aufweist, in einem bestimmten Abstand zu der zu strukturierenden, leitfähigen Lageroberfläche in einem Elektrolyt, etwa bestehend aus einer Salzlösung, z. B. einer Kochsalzlösung, platziert. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen ECM-Elektrode (Kathode, Werkzeug) und Lageroberfläche (Anode, Werkstück) wird eine Redox-Reaktion ausgelöst. Dabei werden Metallatome der Lageroberfläche oxidiert und dadurch aus dem Metallgefüge getrennt; man spricht hierbei auch von einer anodischen Auflösung des Metalls. Das Metall gibt also Elektronen ab (Oxidation), die von den positiven Ionen der Salzlösung aufgenommen werden (Reduktion). Kathodenseitig gehen Elektroden von den negativen Ionen der Salzlösung auf die ECM-Elektrode über. Insgesamt kommt es so zu einem Stromfluss. Diese chemische Reaktion findet verstärkt entlang der Feldlinien an der Oberfläche statt. Die Feldlinien bilden sich zwischen der leitenden Oberfläche der ECM-Elektrode und der gegenüberliegenden Oberfläche des Lagerbauteils aus. Somit lassen sich Strukturen von der ECM-Elektrode auf das Lagerbauteil übertragen.
  • Die DE 10 2007 023 494 B4 , die DE 10 2007 022 483 A1 und die US20070144917A1 beschreiben derartige ECM-Elektroden. Die Elektrode besteht im Wesentlichen aus einem Grundkörper mit leitenden Bereichen, deren Zwischenräume mit einem elektrisch isolierenden Material versehen werden, so dass eine Ausbildung der Feldlinien nur von den Stirnflächen der leitenden Bereiche aus erfolgen kann.
  • Da sich das elektrische Feld mit zunehmendem Abstand von der ECM-Elektrode aufweitet, ist die Strukturierung der Lageroberfläche immer einer gewissen Abbildungsunschärfe unterworfen. Die Abtragung ist in denjenigen Bereichen des Lagerbauteils am größten, welche den geringsten Abstand zur ECM-Elektrode aufweisen. Die Strukturen verschwimmen an den Rändern in zunehmendem Maße, je tiefer die Strukturen maschiniert werden. Die Folge des beschriebenen Mechanismus der Abtragung ist ein Lagerrillenprofil, das im Querschnitt einer umgedrehten Gaußkurve, einem Glockenprofil gleicht.
  • Neben dem ECM-Verfahren sind im Stand der Technik weitere elektrische Abtragungsverfahren bekannt, wie z. B. das PECM (pulsed ECM = EMM), das EDM (electro deposit machining) oder das Hybridverfahren ECDM (electrochemical/-deposit machining). David J. Bak beschreibt in seinem Artikel „Grooved bearings boost scanner performance", erschienen am 22. Sept. 1997 in der „Design News" auf Seite 70, ein Verfahren zur Herstellung von Lagerrillenstrukturen mittels PECM.
  • Eine weitere Methode zur Herstellung von Lagerrillenstrukturen stellt das Strangziehen dar. Es findet hauptsächlich bei Mehrflächengleitlagern, so genannten Lobe-Lagern, Anwendung. Die DE 10 2005 044 310 A1 beschreibt ein Lager, welches auf diese Weise hergestellt wird. Durch das Verfahren ist man allerdings auf koaxial verlaufende Lagerrillenstrukturen beschränkt. Ein Vorteil bei diesem Verfahren ist jedoch, dass sich Lagerrillenstrukturen mit einem Querschnittsprofil erzeugen lassen, das nicht der Form eines Glockenprofils gleicht. Daher ist die Form der Querschnittsprofile bei diesen Lagertypen optimierbar, um Faktoren wie etwa der Drehrichtung des Lagers Rechnung zu tragen.
  • Eine weitere Methode zur Erzeugung der Lagerrillenstrukturen stellt das Pressen, bzw. Prägen dar, wobei ein Negativ formgebend ist. Eine Methode zum Pressen der Strukturen ist zum Beispiel in der US2006/0072242A1 beschrieben.
  • Die 5a zeigt das Querschnittprofil eines Mehrflächengleitlagers hergestellt durch Strangziehen. Es ist deutlich zu erkennen, dass diese Rillenform bereits für eine Drehrichtung optimiert ist (F = Flussrichtung des Lagerfluids). 5b zeigt die typische Glockenform einer Lagerrille hergestellt durch ein konventionelles ECM-Verfahren.
  • Die Anforderungen an fluiddynamische Lager wachsen zunehmend. Gerade bei Festplattenantrieben ergibt sich durch die stets steigenden Datendichten die Notwendigkeit einer erhöhten Steifigkeit des Lagers, damit die Amplitude möglicher Rundlaufabweichungen gering gehalten werden kann und der Lesekopf seine Spur nicht verliert.
  • Um die Lagersteifigkeit zu erhöhen, muss auch die Pumpwirkung der Lagerrillenstrukturen weiter erhöht werden. Engere Lagerspalte wären eine mögliche Lösung, jedoch stellen diese eine immense Herausforderung nicht nur an die Fertigung solcher Lager, sondern auch an die Eigenschaften des zu verwendenden Lageröls. Ferner steigt durch diese Maßnahme der Energiebedarf des Motors an. Die Pumpwirkung lässt sich aber auch durch eine Veränderung der Geometrie der Lagerrillenstruktur erhöhen. Allerdings ist man bei den beschriebenen Techniken unterschiedlichen Beschränkungen unterworfen. So ist bei den elektrochemischen Abtrageverfahren die Lagerrillenstruktur in Draufsicht, also in der Ebene variierbar, jedoch erhält man immer Querschnittsprofile in Glockenform, die jedoch unterschiedlich tief und breit sein können. Die 6a und 6b zeigen Simulationen verschiedener Querschnittsprofile, in Abhängigkeit von Elektroden-Abstand (d) und -breite (w) der leitenden Bereiche auf der Elektroden-Oberfläche. Im Stand der Technik wird die Pumpwirkung erhöht, indem die Länge, die Breite und die Tiefe der Lagerrillen verändert wird, oder deren Form und Anzahl. Durch die konventionellen Verfahren besteht eine Beschränkung auf Lagerrillenprofile in Glockenform oder im Falle des Strangziehens auf koaxial verlaufende Lagerrillen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung die oben genannten Beschränkungen zu überwinden und fluiddynamische Lagerrillenstrukturen herstellbar zu machen, die ein asymmetrisches Querschnittsprofil aufweisen, sowie Mehrflächengleitlager mit nicht koaxialen Lagerstrukturen mittels ECM-Verfahren erzeugen zu können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrode für ein elektrochemisches Abtragverfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungen.
  • Die erfindungsgemäße Elektrode umfasst eine Struktur aus wenigstens zwei elektrisch leitenden Flächen, wobei die Elektrode gegenüberliegend zu einem Werkstück angeordnet wird. Genauer besteht die Elektrode aus einem leitenden Grundkörper, von dem sich beispielsweise leitende Bereiche in Form von Erhebungen erstrecken, welche von einer Isolationsmasse umgeben sind, wobei die leitenden Bereiche frei bleiben. In einem elektrochemischen Abtragverfahren werden dem Werkstück Vertiefungen als ein Abbild der leitenden Bereiche eingeprägt. Die Struktur der Elektrode ist geometrisch derart ausgestaltet, dass wenigstens zwei benachbarte leitende Bereiche der Elektrode derart zueinander beabstandet sind, dass sich ihre Abbilder zu einer gemeinsamen Vertiefung im Werkstück überlagern. Der Vorteil der Erfindung entsteht also durch die besondere geometrische Anordnung der leitenden Bereiche. Diese sind so gelegen, dass sich die oben beschriebenen glockenförmigen Querschnittsprofile zu einem gemeinsamen Querschnittsprofil überlappen, welches von einer Glockenform abweichen kann. Je nach Überlappungsgrad und Ausbildung der leitenden Bereiche ist es damit möglich, Lagerrillen mit im Querschnitt asymmetrischem Profil herzustellen. Grundlage ist hierbei stets das additive Überlagern einzelner Glockenprofile.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper als Verbund aus mehreren Teilen bestehend hergestellt. Dadurch sind die Formgebung der Elektrode, bzw. derer Strukturen freier gestaltbar. Die Elektrode lässt sich zum Beispiel einfach in einem Schichtsystem aufbauen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen wenigstens zwei nebeneinander angeordnete, leitende Bereiche eine unterschiedliche Breite (w) auf, wobei die Breite der leitenden Bereiche parallel zu der Richtung gemessen wird, die den kürzesten Abstand zwischen diesen Bereichen definiert. Durch die unterschiedliche Breite der benachbarten leitenden Bereiche entsteht eine gemeinsame Vertiefung im Werkstück mit im Querschnitt asymmetrischem Profil. Über die Bereiche mit der geringeren Breite wird hierbei weniger Ladung transportiert, wodurch auch der Abtrag geringer ausfällt, was die Vertiefung in diesem Bereich flacher werden lässt. Eine geschickte Anordnung mehrerer solcher leitender Bereiche mit unterschiedlicher Breite, kann nahezu jegliche Profilform entstehen lassen, wobei Hinterschneidungen allerdings nicht möglich sind.
  • Die Elektrode ist bevorzugt stabförmig, scheibenförmig oder hohlzylindrisch ausgestaltet, wodurch das Strukturieren von Bohrungen, Flächen und Wellen ermöglicht wird. Jedoch ist jede weitere Formgebung denkbar, die den Erfordernissen an die Oberfläche des Werkstücks gerecht wird.
  • Besonders bevorzugt jedoch ist die Elektrode derart ausgebildet, dass ihre Struktur für die Herstellung eines Lagerrillenprofils eines fluiddynamischen Lagers geeignet ist.
  • Je nach gewünschter Lagerrillenstruktur und je nach Art der Lagerfläche (axial oder radial) ist der Abstand l zwischen zwei benachbarten leitenden Bereichen variabel. Dieser Abstand liegt bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 230 μm.
  • Die Breite w der leitenden Bereiche liegt, um Lagerrillen von fluiddynamischen Lagern zu erzeugen, die bisher mit einer konventionellen ECM – Elektrode hergestellt wurden, bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 60 μm. Dies ist wiederum abhängig von der gewünschten Lagerrillenstruktur, respektive dem gewünschten Querschnittsprofil. Besonders bevorzugt liegt die Breite in einem Bereich von 10 bis 35 μm.
  • Die Breite w der leitenden Bereiche liegt, um Lagerrillen von Mehrflächengleitlager zu erzeugen, die bisher nicht im ECM – Verfahren hergestellt wurden, bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 150 μm. Dies ist wiederum abhängig von der gewünschten Lagerrillenstruktur, respektive dem gewünschten Querschnittsprofil. Besonders bevorzugt liegt die Breite in einem Bereich von 40 bis 100 μm.
  • Um eine hohe Lebensdauer und gute elektrische Eigenschaften gewährleisten zu können, ist der Grundkörper der Elektrode aus einem Metall gefertigt, bevorzugt einer Metalllegierung und besonders bevorzugt einer Kupferbronzelegierung.
  • Die erfindungsgemäße Elektrode eignet sich besonders für den Einsatz in einem elektrochemischen Abtragverfahren. Hierbei wird die Elektrode in einem ganz bestimmten Abstand (d) zu einer leitfähigen Oberfläche eines Werkstücks gebracht. Der Raum zwischen Elektrode und Werkstück ist hierbei mit einem Elektrolyt gefüllt. Die Elektrode fungiert als Kathode und das Werkstück als Anode und durch Anlegen einer Spannung wird ein Abbild der Struktur der Elektrode dem Werkstück eingeprägt, wobei am Werkstück eine Abtragung in Form einer anodischen Auflösung des Materials des Werkstücks stattfindet. Dadurch werden Vertiefungen in dem Werkstück erzeugt, wobei gegenüber eines leitenden Bereichs der Elektrode eine korrespondierende Vertiefung auf dem Werkstück entsteht, mit einem im Querschnitt glockenförmigen Profil. Die Besonderheit besteht nun in der geometrischen Anordnung der Struktur der Elektrode und der Elektrode zum Werkstück, wodurch sich das Abbild wenigstens zweier leitender Bereiche zu einer Vertiefung überlappt.
  • In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens eignet es sich besonders zur Erzeugung der Lagerrillenstruktur eines fluiddynamischen Lagers.
  • Der Abstand d zwischen den leitenden Bereichen der Elektrode und der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks liegt bevorzugt in einem Bereich von 25 bis 85 und besonders bevorzugt von 40 bis 55 μm.
  • In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens ist der Abstand d zwischen den leitenden Bereichen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstücks konstant. Dadurch wird ein gleich bleibender Stromfluss pro Flächeneinheit sichergestellt In einer alternativen Ausführung des Verfahrens allerdings variiert der Abstand d zwischen den leitenden Bereichen der Elektrode und der Oberfläche des Werkstücks, die leitenden Bereiche sind quasi schräg angestellt. Hierdurch variiert auch der Stromfluss pro Flächeneinheit und damit die Abtragungsrate. Somit ist die Formgebung des Lagerrillenprofils zusätzlich veränderbar.
  • Der verwendete Elektrolyt enthält bevorzugt Natriumchlorid oder Natriumnitrat. Allerdings sind auch andere Salzlösungen möglich.
  • Bestandteil der Erfindung ist ein fluiddynamisches Lager, dessen Lagerrillenstruktur mit der erfindungsgemäßen Elektrode in dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wird. Das fluiddynamische Lager umfasst relativ zueinander bewegliche Lagerflächen, zwischen denen ein Lagerspalt gebildet ist, der mit einem Lagerfluid gefüllt ist. Ein solches fluiddynamisches Lager zeichnet sich besonders durch eine gesteigerte Lagersteifigkeit aus, die dadurch erreicht wird, dass eine Lagerrillenstruktur auf wenigstens einer Lagerfläche durch das genannte Verfahren erzeugt wurde.
  • Besonders bevorzugt ist wenigstens eine Lagerrille im Querschnittsprofil asymmetrisch.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmen. In den Zeichnungen zeigt:
  • 1 Eine schematische Darstellung eines Schnittes durch die Struktur einer erfindungsgemäßen Elektrode und des resultierenden Querschnittsprofils,
  • 2a eine Elektrode zur Erzeugung von Radiallagerstrukturen eines Mehrflächengleitlagers,
  • 2b eine Schnittansicht einer Elektrode zur Erzeugung von Radiallagerstrukturen eines Mehrflächengleitlagers,
  • 2c eine Draufsicht einer Elektrode zur Erzeugung von Axiallagerstrukturen eines Mehrflächengleitlagers,
  • 3a eine Draufsicht eines Radiallagers eines Mehrflächengleitlagers, hergestellt durch die Elektrode nach 2a,
  • 3b eine Draufsicht eines Axiallagers eines Mehrflächengleitlagers, hergestellt durch die Elektrode nach 2c,
  • 4 einen Längsschnitt durch ein Mehrflächengleitlager für den Einsatz in einem Festplattenantrieb mit den Lagerstrukturen nach 5a und 5b,
  • 5a ein Querschnittsprofil einer Lagerrille, hergestellt durch ein ECM-Verfahren nach dem Stand der Technik,
  • 5b ein Querschnittsprofil einer Lagerrille eines Mehrflächengleitlagers (Lobelager) nach dem Stand der Technik,
  • 6a eine Simulation verschiedener Querschnittsprofile in Abhängigkeit Von der Strukturbreite (w) der ECM-Elektrode bei einem konstanten Abstand (d) zwischen Elektrode und Werkstück,
  • 6b eine Simulation verschiedener Querschnittsprofile analog zur 6a, jedoch bei vierfachem Abstand (4d).
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode und ein resultierendes asymmetrisches Querschnittsprofil. Dabei ist im Einzelnen eine Elektrode 10 zu sehen, bestehend aus einem Grundkörper 12 mit leitenden Bereichen 14, die von einer elektrischen Isolation 16 umgeben sind, wobei die leitenden Bereiche 14 in einem Abstand d von der Oberfläche des Werkstücks 18 entfernt sind.
  • Die einzelnen leitenden Bereiche 14 weisen in Querschnittrichtung unterschiedliche Breiten w1, w2, w3, w4 auf und sind in diesem Ausführungsbeispiel in einem gleichen Abstand l1, l2, l3 voneinander beabstandet. Im ECM-Verfahren fließt ein Strom zwischen den leitenden Bereichen 14 und der zu bearbeitenden Lageroberfläche 18. Durch die besondere Anordnung der leitenden Bereiche 14 und deren unterschiedliche Breite entsteht in der Lageroberfläche ein asymmetrisches Rillenprofil 20. Je nach gewünschtem resultierendem Rillenprofil sind der Abstand d, die Breiten w der leitenden Bereiche w und deren Abstand l zueinander variabel.
  • In 2a und 2b ist eine Elektrode 110 abgebildet, die sich für die Herstellung von Radiallagerrillenstrukturen eines Mehrflächengleitlagers eignet. Auf der Mantelfläche eines zylindrischen Grundkörpers 112 sind leitende Bereiche 114 ausgebildet, die von einer elektrischen Isolation 116 umgeben sind. Der Verlauf der leitenden Bereiche 114 in axialer Richtung ist nicht linear sondern ändert einmal seine Richtung. Es ist auch denkbar, einen gekrümmten Verlauf zu erzeugen oder zwei oder mehrere verschiedene Radiallagerbereiche mit gegebenenfalls unterschiedlichen Verläufen und Strukturen. Die Elektrode 110 wird zum Beispiel in eine Lagerbuchse eingeführt, wobei ein Spalt zwischen einander gegenüberliegenden Flächen verbleibt, durch den ein Elektrolyt während des ECM-Verfahrens fließt. Ein Querschnitt (2b) der Elektrode zeigt die Lageroberfläche 118 vor der Bearbeitung und das durch das ECM-Verfahren entstehende Rillenprofil 120. Die Asymmetrie des Rillenprofils 120 begünstigt die Verwendung des Lagerrillenstruktur für eine bestimmte Drehrichtung (F = Flussrichtung des Lagerfluids).
  • In 2c ist eine Elektrode 210 gezeigt, die zur Erzeugung von Axiallagerstrukturen eines Mehrflächengleitlagers geeignet ist. Im Wesentlichen hat die gezeigte Elektrode 210 die Form einer runden Scheibe, wobei die leitenden Bereiche 214 auf einer Stirnseite der Scheibe ausgebildet sind, umgeben von einer elektrischen Isolation 216. Die leitenden Bereiche 214 erstrecken sich von einem bestimmten Radius ab nach außen.
  • In 3a ist eine Lagerbuchse 32 eines Mehrflächengleitlagers dargestellt. Diese Lagerbuchse 32 enthält Lagerstrukturen eines Radiallagers RB. Vorteil der Erfindung ist, dass die Gestaltung der Lagerrillenstrukturen nicht mehr durch das Herstellungsverfahren auf koaxial verlaufende Lagerrillenstrukturen begrenzt ist. Mit der erfindungsgemäßen Elektrode können nicht nur optimierte Querschnittsprofile erzeugt werden, wie in der 5a dargestellt ist, sondern auch unterschiedliche Verläufe der Lagerrille in der Ebene der Lageroberfläche betrachtet. So ist die Radiallagerstruktur RB in axialer Richtung nicht linear, sondern geknickt ausgeführt. Eine weitere Optimierungsmöglichkeit besteht darin, die beiden Äste einer geknickten Rille zum Beispiel in unterschiedlichen Winkeln (α1 ≠ α2) zur Achse auszuführen. Dadurch kann eine axial gerichtete Pumprichtung auf das Lagerfluid wirken und dieses effektiv in das Lager hineindrücken, wodurch der Druck im Lager erhöht wird. Die Lagerbuchse 32 der 3b kann ebenfalls drehrichtungs-optimierte Rillenstrukturen eines Axiallagers TB mit einem Profil entsprechend der 5a aufweisen.
  • Die Ansicht eines Motors mit fluiddynamischem Lager 30 ist in 4 dargestellt. Eine Lagerbuchse 32 ist mit einer Basisplatte 31 verbunden. Die Lagerbuchse ist in diesem Fall zweiteilig 32a, 32b ausgeführt, um die Vorteile verschiedener Materialien miteinander kombinieren zu können. In der Lagerbuchse 32 ist eine Welle 33 drehgelagert und gegen Herausfallen an einem Ende durch eine Stopperplatte 34 abgesichert. An ihrem anderen Ende ist die Welle 33 mit einer Nabe 36 verbunden. Die Lagerbuchse 32 ist an ihrem unteren Ende durch eine Abdeckplatte 35 verschlossen. Zwischen gegenüberliegenden Flächen von Lagerbuchse 32 und Abdeckplatte 35 einerseits sowie Stopperplatte 34, Welle 33 und Nabe 36 andererseits ist ein mit Lagerfluid gefüllter Lagerspalt ausgebildet. An gegenüberliegenden Flächen von Welle 33 und Lagerbuchse 32 ist wenigstens ein Radiallager RB gebildet und an gegenüberliegenden Flächen von Lagerbuchse 32 und Nabe 36 ist wenigstens ein Axiallager TB gebildet. Das elektrische Antriebssystem besteht aus einer Statoranordnung 38, die mit der Basisplatte 31 verbunden ist und einem Rotormagneten 37, der fest mit der Nabe 36 verbunden ist.
  • Letztlich wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung nicht auf die genannten Ausführungen beschränkt ist. Insbesondere können unterschiedliche Formen von Lagerrillen, wie etwa Fischgrätmuster, Zick-Zack-Muster, Spiralmuster, etc. und eine unterschiedliche Anzahl von Lagerrillen verwendet werden. Ferner kann die fluiddynamische Lagerung beispielsweise eine stehende oder eine drehende Welle aufweisen.
  • Alternativ ist es jedoch auch denkbar, asymmetrische Querschnittsprofile mit konventionellen ECM-Elektroden zu erzeugen. Dazu wird der ECM – Prozess mehrfach ausgeführt, wobei sich die Elektrode relativ in einer Richtung quer zur Lagerrille bewegt.
  • Bezugszeichenliste
  • 10, 110, 210
    Elektrode
    12, 112
    Elektrodengrundkörper
    14, 114, 214
    leitende Bereiche
    16, 116, 216
    elektrische Isolation
    18, 118
    Lagerfläche vor der Bearbeitung
    20, 120
    Rillenprofil
    d
    Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück
    l
    Abstand zweier leitender Bereiche in Querschnittsrichtung
    w
    Breite eines einzelnen leitenden Bereichs in Querschnittsrichtung
    F
    Flussrichtung des Lagerfluids
    30
    Fluiddynamisches Lager
    31
    Basisplatte
    32
    Lagerbuchse
    33
    Welle
    34
    Stopperplatte
    35
    Abdeckplatte
    36
    Nabe
    37
    Rotormagnet
    38
    Statoranordnung
    TB
    Axiallager
    RB
    Radiallager
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007023494 B4 [0004]
    • DE 102007022483 A1 [0004]
    • US 20070144917 A1 [0004]
    • DE 102005044310 A1 [0007]
    • US 2006/0072242 A1 [0008]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • David J. Bak beschreibt in seinem Artikel „Grooved bearings boost scanner performance”, erschienen am 22. Sept. 1997 in der „Design News” auf Seite 70 [0006]

Claims (17)

  1. Elektrode (10, 110, 210) für ein elektrochemisches Abtragverfahren mit aus wenigstens zwei elektrisch leitenden Bereichen (14, 114, 214), die durch eine elektrische Isolation (16, 116, 216) voneinander getrennt sind, wobei die Elektrode gegenüberliegend zu einem Werkstück (18, 118) angeordnet wird, um in einem elektrochemischen Abtragverfahren dem Werkstück Vertiefungen (20, 120) als ein Abbild der leitenden Bereiche einzuprägen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei benachbarte leitende Bereiche derart zueinander beabstandet sind, dass sich ihre Abbilder zu einer gemeinsamen Vertiefung im Werkstück überlagern.
  2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10, 110) einen Grundkörper (12, 112) aufweist, wobei der Grundkörper als Verbund mehrerer Teile hergestellt ist.
  3. Elektrode nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei nebeneinander angeordnete, leitende Bereiche (14, 114, 214) eine unterschiedliche Breite (w), gemessen in Richtung ihrer Anordnung zueinander, aufweisen, um eine gemeinsame Vertiefung im Werkstück mit im Querschnitt asymmetrischem Profil zu erzeugen.
  4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (10, 110, 210) im Wesentlichen stabförmig oder scheibenförmig oder hohlzylindrisch ausgestaltet ist.
  5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Elektrode (10, 110, 210) zur Erzeugung eines Lagerrillenprofils (20, 120) eines fluiddynamischen Lagers (30) geeignet ist.
  6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (l) zwischen zwei benachbarten leitenden Flächen (14, 114, 214) 5 bis 230 μm beträgt.
  7. Elektrode nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (w) der leitenden Flächen (14, 114, 214) in einem Bereich von 5 bis 60 μm liegt.
  8. Elektrode nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (w) der leitenden Flächen (14, 114, 214) in einem Bereich von 20 bis 150 μm liegt.
  9. Elektrochemisches Abtragverfahren, mit einer Elektrode (10, 110, 210) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Elektrode in einem Abstand (d) zu einer leitfähigen Oberfläche (18, 118) eines Werkstücks angeordnet wird, die Elektrode als Kathode und das Werkstück als Anode fungiert und indem durch Anlegen einer Spannung zwischen Kathode und Anode ein Abbild der leitenden Bereiche (14, 114, 214) der Elektrode dem Werkstück durch eine Abtragung eingeprägt wird und dadurch Vertiefungen (20, 120) in dem Werkstück erzeugt werden, wobei gegenüberliegend zu einem leitenden Bereich (14, 114, 214) der Elektrode eine korrespondierende Vertiefung (20, 120) auf dem Werkstück entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Bereiche (14, 114, 214) geometrisch derart ausgestaltet sind und ein Abstand (d) zwischen Elektrode und Werkstück derart gewählt ist, dass sich das Abbild wenigstens zweier leitender Bereiche (14, 114, 214) zu einer einzigen Vertiefung überlappt.
  10. Elektrochemisches Abtragverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (20, 220) eine Lagerstruktur (20, 120) eines fluiddynamischen Lagers (30) darstellen.
  11. Elektrochemisches Abtragverfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen den leitenden Bereichen (14, 114, 214) der Elektrode und der Oberfläche (18, 118) des zu bearbeitenden Werkstücks in einem Bereich von 25 bis 85 μm liegt.
  12. Elektrochemisches Abtragverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen den leitenden Bereichen (14, 114, 214) der Elektrode und der Oberfläche (18, 118) des Werkstücks konstant ist.
  13. Elektrochemisches Abtragverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen den leitenden Bereichen (14, 114, 214) der Elektrode und der Oberfläche (18, 118) des Werkstücks variiert.
  14. Elektrochemisches Abtragverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen den leitenden Bereichen (14, 114, 214) der Elektrode und der Oberfläche (18, 118) des zu bearbeitenden Werkstücks in einem Bereich von 40 bis 55 μm liegt.
  15. Elektrochemisches Abtragverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Raum zwischen der Elektrode (10, 110, 210) und dem Werkstück (18, 118) mit einem Elektrolyt gefüllt ist und das Elektrolyt Natriumchlorid oder Natriumnitrat enthält.
  16. Fluiddynamisches Lager mit relativ zueinander beweglichen Lagerflächen (TB, RB), zwischen denen ein Lagerspalt gebildet ist, wobei der Lagerspalt mit einem Lagerfluid gefüllt ist und wenigstens eine Lagerfläche eine Lagerstruktur (20, 120), bestehend aus Vertiefungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstruktur in einem elektrochemischen Abtragverfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15 gefertigt wurde.
  17. Fluiddynamisches Lager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lagerrille (20, 120) im Querschnitt asymmetrisch ist.
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