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Es wird eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks vorgeschlagen, das einer verbesserten Vermeidung von Streufeldern dient. Die Vorrichtung umfasst ein Werkzeug, das einen ersten Anschluss zur Verbindung mit einem ersten Potenzial zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen Werkstück und Werkzeug umfasst. Das Werkzeug liegt in einem ersten Bereich zur Bearbeitung des Werkstücks frei. Das Werkzeug umfasst in einem zweiten Bereich eine Abschirmung, die die Ausbildung von elektrischen Feldlinien zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verhindert.
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Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.
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Aus der
deutschen Auslegeschrift 20 51 710 ist bereits eine Maschine für die elektrochemische Metallbearbeitung mit mehreren Bearbeitungsstellen bekannt. Dabei ist die Arbeitselektrode in Sandwich-Form aufgebaut und zwar derart, dass nur an denjenigen Stellen elektrisch leitendes Material außen liegt, an denen an der Anode (Werkstück) ein elektrochemischer Abtrag zu erfolgen hat, während an den übrigen Stellen isolierendes Material zwischen dem elektrisch leitenden Material angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Werkzeug in einem ersten Bereich zur Bearbeitung des Werkstücks freiliegt, und dass das Werkzeug in einem zweiten Bereich, der vom ersten Bereich verschieden ist, eine elektrisch leitende Abschirmung umfasst, die die Ausbildung von elektrischen Feldlinien zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück verhindert. Auf diese Weise werden Streufelder zwischen Werkzeug und Werkstück noch weiter reduziert und sichergestellt, dass nur im ersten Bereich ein Abtrag von Material am Werkstück stattfindet. Damit sind feinere Bearbeitungen des Werkstücks ohne störende Artefakte möglich. Das elektrochemische Abtragen von Material des Werkstücks wird somit auf den ersten Bereich ohne Streufelder begrenzt. Außerhalb des ersten Bereichs kann ein unerwünschter Materialabtrag des Werkstücks weitestgehend vermieden werden. Das zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück zur chemischen Bearbeitung des Werkstücks ausgebildete elektrische Feld erhält somit einen für die gewünschte Bearbeitung des Werkstücks optimierten Verlauf.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der angegebenen Vorrichtung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abschirmung einen zweiten Anschluss zur Verbindung mit einem zweiten Potenzial, das vom ersten Potenzial verschieden ist, oder mit dem Werkstück, umfasst. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Abschirmung im zweiten Bereich das von dem Werkzeug ausgehende elektrische Feld begrenzt, so dass im zweiten Bereich und damit außerhalb des ersten Bereichs keine Streufelder zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück gebildet werden können.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn das Werkstück und die Abschirmung bei der elektrochemischen Bearbeitung eine Anode bilden und das Werkzeug bei der elektrochemischen Bearbeitung eine Kathode bildet. Auf diese Weise enden die vom Werkzeug ausgehenden Feldlinien im ersten Bereich am zu bearbeitenden Werkstück und im zweiten Bereich an der Abschirmung, so dass im zweiten Bereich und damit außerhalb des ersten Bereichs vom Werkzeug keine störenden elektrischen Feldlinien bzw. kein störendes elektrisches Streufeld zum Werkstück gelangen können und eine unerwünschte Bearbeitung des Werkstücks im zweiten Bereich weitestgehend verhindert werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Werkzeug im zweiten Bereich auf seiner dem Werkstück zugewandten Seite einen elektrisch nicht leitenden Überzug umfasst. Auf diese Weise wird im zweiten Bereich zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück eine Isolierung realisiert, die die Ausbildung von elektrischen Feldlinien zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück im zweiten Bereich zusätzlich behindert. Somit wird die Ausbildung der unerwünschten elektrischen Streufelder noch wirkungsvoller unterdrückt.
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Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Abschirmung auf den elektrisch nicht leitenden Überzug aufgebracht ist. Damit ergänzen sich die Abschirmung und der nicht leitende Überzug in ihrer die Ausbildung von unerwünschten Störfeldern hemmenden Wirkung optimal.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Abschirmung in den elektrisch nicht leitenden Überzug eingebettet ist. Auf diese Weise lässt sich die Abschirmung durch den elektrisch nicht leitenden Überzug auch noch vor dem für die elektrochemische Bearbeitung verwendeten Elektrolyten schützen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abschirmung vollständig von einer Isolierschicht, vorzugsweise von einer Lackschicht umgeben ist. Die Isolierschicht unterstützt dabei zum Einen die Unterdrückung der unerwünschten elektrischen Streufelder im zweiten Bereich und schützt die Abschirmung zum Zweiten vor dem für die elektrochemische Bearbeitung verwendeten Elektrolyten.
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Die Abschirmung kann in besonders einfacher und wenig aufwändiger Weise durch eine Metallfolie gebildet sein.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks gemäß dem Stand der Technik und
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2 eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks gemäß der Erfindung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 1 eine Vorrichtung zu elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks 5. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Werkzeug 10, das einen ersten Anschluss 15 aufweist. Der erste Anschluss 15 des Werkzeugs 10 ist beim elektrochemischen Bearbeiten des Werkstücks 5 an ein erstes Potenzial 20 einer Spannungsquelle 70 angeschlossen. Das Werkstück 5 ist beim elektrochemischen Bearbeiten an ein zweites Potenzial 55 der Spannungsquelle 70 angeschlossen, das vom ersten Potenzial 20 verschieden ist. Das erste Potenzial 20 der Spannungsquelle 70 bildet dabei die Kathode und das zweite Potenzial 55 der Spannungsquelle 70 die Anode der Spannungsquelle 70. Das Werkzeug 10 weist damit das erste Potenzial 20 und das Werkstück 5 das zweite Potenzial 55 auf. Das Werkzeug 10 stellt somit eine erste Elektrode in Form der Kathode und das Werkstück 5 eine zweite Elektrode in Form der Anode dar.
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Beim Anschluss des Werkzeugs 10 an das erste Potenzial 20 und des Werkstücks 5 an das zweite Potenzial 55 der Spannungsquelle 70 bildet sich somit ein elektrisches Feld 25 zwischen dem Werkzeug 10 und dem Werkstück 5 aus, dessen Feldlinien in 1 durch das Bezugszeichen 45 gekennzeichnet sind.
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In 1 ist ein erster Bereich des Werkzeugs 10 mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Außerhalb des ersten Bereichs 30 liegt ein zweiter Bereich 35 des Werkzeugs 10 vor. Das Werkstück 5 bildet gegenüber dem ersten Bereich 30 des Werkzeugs 10 im Beispiel nach 1 eine Spitze oder einen Grat 75, der durch das elektrochemische Bearbeiten verrundet werden soll. Eine Bearbeitung des Werkstücks 5 soll dabei nur im ersten Bereich 30 des Werkzeugs 10 erfolgen. Außerhalb des ersten Bereichs 30 des Werkzeugs 10, also im zweiten Bereich 35 soll keine Bearbeitung des Werkstücks 5 erfolgen.
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Zur elektrochemischen Bearbeitung ist weiterhin ein Elektrolytfluss zwischen dem Werkzeug 10 und dem Werkstück 5 erforderlich, der in 1 nicht dargestellt ist und in dem Fachmann bekannter Weise ausgeführt ist. Das Werkzeug 10 und das Werkstück 5 sind metallisch ausgebildet. Im Bereich des elektrischen Feldes 25 verbinden sich Metallionen in der Oberfläche des Werkstücks 5 mit dem Elektrolyt und werden anschließend ausgewaschen. Auf diese Weise wird ein Materialabtrag am Werkstück 5 bewirkt und die Spitze 75 verrundet.
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Wie in 1 erkennbar, bilden sich die elektrischen Feldlinien 45 nicht nur im ersten Bereich 30, sondern auch im zweiten Bereich 35 des Werkzeugs 10 aus. Dies hat zur Folge, dass das Werkstück 5 auch außerhalb des ersten Bereichs 30 einen Materialabtrag erfährt, der unerwünscht ist. Zu diesem Zweck ist es bereits aus dem zitierten Stand der Technik bekannt, im zweiten Bereich 35 des Werkzeugs 10 einen elektrisch nicht leitenden Überzug 60 auf der dem Werkstück 5 zugewandten Seite des Werkzeugs 10 anzubringen. Auf diese Weise wird das elektrische Feld 25 im zweiten Bereich 35 abgeschwächt, so dass der unerwünschte Materialabtrag des Werkstücks 5 in diesem Bereich reduziert wird. Zwar ist der elektrische Widerstand der durch den elektrisch nicht leitenden Überzug 60 gebildeten Isolierung sehr hoch, allerdings werden die elektrischen Feldlinien 45 dadurch nur gering geschwächt und die außerhalb der gewünschten Bearbeitungsstelle im zweiten Bereich 35 vorliegenden Feldlinienkonzentrationen führen an der Oberfläche des Werkstücks 5 zu unerwünschten Streufeldartefakten.
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2 zeigt ausgehend von 1 eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung des Werkstücks 5 gemäß der Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen wie in 1. Im Unterschied zur 1 ist bei der Vorrichtung 1 nach 2 auf den elektrisch nicht leitenden Überzug 60 eine elektrisch leitende Abschirmung 40, beispielsweise in Form einer Metallfolie aufgebracht. Der elektrisch nicht leitende Überzug 60 mit der aufgebrachten Abschirmung 40 erstreckt sich dabei weiterhin nur über den zweiten Bereich 35, so dass der erste Bereich 30 des Werkzeugs 10 weiterhin frei bleibt und mit seiner metallischen Oberfläche direkt dem Werkstück 5 gegenüberliegt. Die Abschirmung 40 weist einen zweiten Anschluss 50 auf, der mit dem zweiten Potenzial 55 der Spannungsquelle 70 verbunden ist, so dass die Abschirmung 40 zusammen mit dem Werkstück 5 die Anode bildet. Dadurch ergibt sich eine gegenüber 1 veränderte Ausbildung des elektrischen Feldes 25 zwischen dem Werkzeug 10 und dem Werkstück 5. Der Grund dafür liegt darin, dass im zweiten Bereich 35 des Werkzeugs 10 die vom Werkzeug 10 ausgehenden Feldlinien bereits an der Abschirmung 40 enden und somit nicht mehr bis zum Werkstück 5 gelangen können. Das auf diese Weise zwischen dem Werkzeug 10 und der Abschirmung 40 gebildete elektrische Feld ist in 2 mit dem Bezugszeichen 80 gekennzeichnet. Somit können nur noch im ersten Bereich 30 die vom Werkzeug 10 ausgehenden Feldlinien 45 des elektrischen Feldes 25 das Werkstück 5 erreichen und dort einen entsprechenden gewünschten Materialabtrag bewirken.
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Zum Schutz der Abschirmung 40 vor dem verwendeten Elektrolyt ist auf die Abschirmung 40 eine weitere Isolierschicht 65, beispielsweise in Form einer Lackschicht aufgebracht. Auf diese Weise ist die Abschirmung 40 an ihrer dem Werkzeug 10 zugewandten Seite durch den elektrisch nicht leitenden Überzug 60 und an ihrer dem Werkstück 5 zugewandten Seite durch die Isolierschicht 65 vollständig durch elektrisch nicht leitendes Material umgeben, und somit wirksam vor dem verwendeten Elektrolyt geschützt.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der elektrisch nicht leitende Überzug 60 aus dem gleichen Material wie die Isolierschicht 65 gebildet sein, so dass die Abschirmung 40 vollständig von der Isolierschicht 65 umgeben ist.
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Dem kommt es gleich, wenn gemäß einer alternativen Ausführungsform die Abschirmung 40 in den elektrisch nicht leitenden Überzug eingebettet und damit vollständig vom elektrisch nicht leitenden Überzug umgeben ist.
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Als elektrische Versorgung der Vorrichtung 1 wird im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Spannungsquelle 70 als Gleichspannungsquelle ausgeführt. Alternativ kann eine Gleichstromquelle oder eine gepulste Bestromung verwendet werden.
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Durch die elektrochemische Bearbeitung erfolgt wie beschrieben eine Verrundung des Werkstücks 5 im Bereich seiner Spitze 75. Es können aber auch komplexere Geometrien in das Werkstück 5 durch die elektrochemische Bearbeitung eingebracht werden, indem die Position des ersten Bereichs 30 des Werkzeugs 10 gegenüber dem Werkstück 5 zur Einstellung der gewünschten Geometrie bei der elektrochemischen Bearbeitung verschoben wird.
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Als Werkstück kommen beliebige metallische Bauteile in Frage, beispielsweise Bauteile für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Pumpenelemente, Injektorelemente, Rohrleitungselemente, Ventilelemente oder Speicherelemente.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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