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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf zur lokalen nasschemischen Oberflächenbehandlung sowie eine Vorrichtung zur lokalen nasschemischen Behandlung, insbesondere Anodisierung.
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Das sogenannte Anodisieren stellt eine nasschemische Behandlung dar, bei welcher durch Elektrolyse ein Oxid auf einer Bauteiloberfläche abgeschieden wird. Bekannt ist beispielsweise das sogenannte Eloxalverfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium. Derartige Behandlungen werden bisweilen zumeist in galvanischen Bädern vorgenommen. Es besteht jedoch auch ein Bedarf für lediglich lokale Beha nd lungen.
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Die
EP 2 855 739 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur kleinflächigen elektrochemischen Behandlung mit einem handgehaltenen Werkzeug. Dieses weist einen handhaltbaren Schaft und ein nach unten offenes Gehäuse mit einem Vliesboden aus absorbierendem Material auf, welcher manuell entlang einer zu behandelnden Oberfläche geführt werden kann. Der Vliesboden ist mit einem Zulauf für ein Elektrolyt fluidisch verbunden. Ferner ist ein von dem Zulauf beabstandeter Ablauf mit dem Fließboden fluidisch verbunden. Sowohl am Zulauf als am Ablauf ist jeweils eine peristaltische Pumpe vorgesehen. Auf diese Weise wird der Fließboden kontinuierlich mit Elektrolyt versorgt und verteilt das Elektrolyt auf der zu behandelnden Oberfläche.
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US 6 099 715 A offenbart ein Verfahren zur elektrochemischen Behandlung, insbesondere zum Polieren von Werkstücken mit metallischen Oberflächen.
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US 2007 / 0 062 030 A1 beschreibt eine Maschine zur lokalen Reinigung mit einer elektrolytischen Zelle, insbesondere zur Reinigung von Metallteilen, bei denen sich durch vorige Verfahren Verunreinigungen auf den Metalloberflächen befinden.
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US 5 135 632 A betrifft eine Vorrichtung zum Elektropolieren von Oberflächen, die ein Gehäuse, eine Dichtung, eine in dem Gehäuse gehaltene Elektrode und an dem Gehäuse angebrachte Hilfsvorrichtungen umfasst.
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US 3 546 088 A bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Anodisieren aufeinanderfolgender Abschnitte eines anodisierbaren Metallwerkstücks.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur nasschemischen Behandlung, insbesondere Anodisierung, bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Werkzeugkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Ein Werkzeugkopf zur lokalen nasschemischen Oberflächenbehandlung, insbesondere Oberflächenanodisierung, insbesondere flächiger Bauteile, mit: einem Zulauf und einem Ablauf zur Elektrolytversorgung; einer Anwendungsseite, die zur Elektrolytführung entlang einer zu behandelnden Bauteiloberfläche ausgebildet ist; und einer Dichtungseinrichtung, welche zur Abdichtung einer Prozesszone umlaufend an der Anwendungsseite vorgesehen ist, so dass damit ein zur Elektrolytführung entlang der Bauteiloberfläche vorgesehenes Volumen umschlossen ist, wobei der Zulauf an einer ersten Seite und der Ablauf an einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Werkzeugkopfs vorgesehen ist und eine vorbestimmte Gleitrichtung des Werkzeugkopfs von der zweiten Seite zu der ersten Seite gerichtet ist, und wobei der Zulauf und der Ablauf mit dem von der Dichtungseinrichtung umschlossenen Volumen in Fluidverbindung stehen.
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Eine Vorrichtung zur lokalen nasschemischen Behandlung, insbesondere Anodisierung, mit: einer Elektrolytversorgungseinrichtung; einer Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung; einem Werkzeugkopf gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung zum Andrücken des Werkzeugkopfs an eine Bauteiloberfläche mit einer vorbestimmten Kraft ausgebildet ist.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, für den Elektrolytfluss zum lokalen nasschemischen behandeln, insbesondere Anodisieren, durch den Werkzeugkopf ein nach außen abgedichtetes Volumen direkt auf der Bauteiloberfläche bereitzustellen, durch welches der Elektrolyt strömen kann. Das Volumen wird erfindungsgemäß mittels einer an der Anwendungsseite vorgesehenen zum dichtenden Oberflächenkontakt mit der Bauteiloberfläche ausgebildeten umlaufenden Dichteinrichtung gegenüber der Umgebung abgedichtet. Somit wird vorteilhaft keinerlei absorbierendes Material benötigt.
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Die Dichteinrichtung ist zum Abdichten kontrolliert mit einer vorbestimmten Kraft gegen die zu behandelnde Bauteiloberfläche drückbar, sodass eine Dichtwirkung unabhängig von der absoluten Ausrichtung des Werkzeugkopfes stets ermöglicht ist. Eine Vorrichtung zur nasschemischen Behandlung weist dazu eine Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung auf, welche zur Bereitstellung der vorbestimmten Kraft ausgebildet ist. Die Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung weist dazu geeignete Kraftsteuermittel auf. Beispielsweise kann dazu eine sensorische Kraftsteuerung, eine die aufgebrachte Kraft begrenzende Federaufhängung oder dergleichen vorgesehen sein.
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Die Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung ist insbesondere automatisiert beweglich ausgebildet, beispielsweise als Industrieroboter, Portalanlage oder dergleichen. Der Werkzeugkopf ist daran montiert vorgesehen und an seinem Zulauf und Ablauf mit Anschlüssen zu Elektrolytversorgung versehen.
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Auf diese Weise lässt sich ein sehr einfacher Aufbau der Vorrichtung realisieren, zumal lediglich eine fluidisch zwischen Elektrolytversorgung und Werkzeugkopf angeordnete Pumpe benötigt wird. Die Pumpe der Vorrichtung weist vorzugsweise ein verformungsfreies Arbeitsprinzip auf. Beispielsweise kann die Pumpe als Zahnradpumpe ausgebildet sein.
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Durch die mittels der Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung bereitgestellte Halterung und aufgebrachte vordefinierte Kraft ist ein vergleichsweise flacher Aufbau des Werkzeugkopfs ermöglicht. Insbesondere werden keinerlei Griffflächen wie bei manuellen Werkzeugen benötigt. Es genügen Montagebohrungen im Gehäuse des Werkzeugkopfes zur Halterung an einer Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung. Der flache Aufbau ermöglicht wiederum die einfache Integration von mit der Anwendungsseiten kontaktierten Sensoren, beispielsweise Thermoelementen, zur verbesserten Prozessüberwachung.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist somit eine flexible Erzeugung einer Nanostrukturierung der Oberfläche verschiedener Legierungen mittels eines lokalen Anodisierungsprozesses möglich. Ferner erlaubt eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine schnelle und effiziente Vorbehandlung von Bauteiloberflächen beispielsweise zur Verbesserung von Adhäsionseigenschaften.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere deren Werkzeugkopf, ist erfindungsgemäß skalierbar und somit sowohl für kleine also für große Flächen anpassbar und geeignet. Insbesondere wird somit eine lokale Oberflächenschutzbehandlung auch großflächiger metallischer Strukturen, beispielsweise über mehrere Quadratmeter, in der Produktion und Wartung von Luft-und Raumfahrtkomponenten ermöglicht. Insbesondere eignet sich die Vorrichtung zur lokalen Anodisierung im industriellen Umfeld bei der Fertigung von Flugzeugstrukturen, wie Rumpfhäuten oder dergleichen, zum automatisierten Beschichten ausgewählter Flächen, welche bereits von beschichteten und ausgerüsteten Strukturen umgeben sind.
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Sowohl bei großflächiger als auch bei kleinflächiger Behandlung werden erfindungsgemäß Eigenschaften der damit erzielbaren Oxidschichten erreicht, die mit konventionellen galvanischen Bädern vergleichbar sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere der erfindungsgemäße Werkzeugkopf, kann somit sowohl auf Einzelteilebene als auch auf Hauptkomponenten- oder Modulebene eingesetzt werden. Erfindungsgemäß sind somit ein Werkzeugkopf und eine Vorrichtung bereitgestellt, welche sich für automatische oder halbautomatische Bearbeitung eignen und an die zu bearbeitenden Dimensionen anpassbar sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich vor allem zur lokalen Behandlung von Oberflächen an Leichtmetalllegierungen, beispielsweise Aluminiumlegierungen. Sie eignet sich somit beispielsweise zum Korrosionsschutz von Schweißnähten, beispielsweise Rührreibschweißnähten, oder zur Verbesserung von Adhäsionseigenschaften für Anwendungen in der Luft-und Raumfahrtindustrie. Insbesondere sind Behandlungen im Umfeld bereits anderweitig behandelter benachbarter Oberflächen oder anderer benachbarter Komponenten ermöglicht, da der erfindungsgemäße Werkzeugkopf im Betrieb die Prozesszone nach außen abdichtet und somit lediglich lokal auf der Bauteiloberfläche begrenzt.
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Ferner ist durch das erfindungsgemäße Dichtungsprinzip des Werkzeugkopfes auch eine der Behandlung nachgelagerte Spülung mit dem Werkzeugkopf ermöglicht. Dies ist insbesondere für Anodisierungsverfahren, bei welchen üblicherweise ätzende Chemikalien, beispielsweise Schwefelsäure, eingesetzt werden, äußerst vorteilhaft. Es bedarf damit keiner nachträglichen Säuberung mehr. Erfindungsgemäß können somit Vor- und Nachbehandlungsschritte miteinander in einem gemeinsamen Werkzeugkopf integriert werden. Somit sind insbesondere sogenannte Einzelpfadbearbeitungen möglich, bei welchem lediglich eine einzelne Überfahrt benötigt wird.
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Der erfindungsgemäße Werkzeugkopf und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind imstande, Oberflächen in jeglicher dreidimensionaler Ausrichtung lokal zu behandeln. An die jeweilige Einsatzsituation, insbesondere etwaige Oberflächenformen, angepasst können bei Bedarf spezifisch angepasste Dichteinrichtungen am Werkzeugkopf eingesetzt werden. Erfindungsgemäß sind somit flexibel einsetzbare nasschemische Behandlungen außerhalb chemischer Labore in herkömmlichen industriellen Umgebungen ermöglicht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer Weiterbildung weist der Werkzeugkopf ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse an der Anwendungsseite eine umlaufende Dichtungsaufnahmenut aufweist, in welcher die Dichtungseinrichtung gelagert ist. Auf diese Weise ist vorteilhaft eine integrierte Lagerung für die umlaufende Dichtungseinrichtung geschaffen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Dichtungseinrichtung als in der Dichtungsaufnahmenut aufgenommene Ringdichtung ausgebildet. Auf diese Weise kann die Dichtungseinrichtung durch ihre Eigenspannung selbsthaltend in der Dichtungsaufnahmenut befestigt werden. Beispielsweise handelt es sich um eine Dichtungsaufnahmenut mit einem Hinterschnitt an der Innenwand, in welchen die Ringdichtung eingreift.
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Gemäß einer Ausführungsform sind an einer der Anwendungsseite gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäuses Einstecköffnungen vorgesehen. Die Einstecköffnungen erstrecken sich durch das Gehäuse hindurch bis zu der Anwendungsseite. Auf diese Weise lassen sich darin Sensoren, beispielsweise Thermoelemente aufnehmen, welche mit der Anwendungsseite thermisch koppelbar sind. Somit ist vorteilhaft eine Überwachung und/oder Steuerung der Prozessparameter ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse von der Anwendungsseite aufbauend flach ausgebildet. Insbesondere wird kein Handgriff benötigt, was eine hohe Flexibilität bei der Dimensionierung erlaubt. Somit ist der Werkzeugkopf in seiner Größe nahezu frei skalierbar. Vorzugsweise weist das Gehäuse dabei eine Höhe auf, die kleiner als die Breite der Anwendungsseite ausgebildet ist. Somit ist ein im Verhältnis zur gleichzeitig behandelbaren Fläche kompakter Werkzeugkopf geschaffen, was die Anwendung auch in schwer zugänglichen Strukturen erleichtert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Dichtungseinrichtung eine reibungsreduzierte Oberfläche auf, die zum Gleiten des Werkzeugkopfs auf der Bauteiloberfläche ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Reibungsreduzierung mittels einer Teflonbeschichtung der Dichtungseinrichtung erreicht werden. Auf diese Weise kann der Werkzeugkopf leicht auf der Bauteiloberfläche gleitend geführt werden, was somit eine kontinuierliche Bearbeitung zusammenhängender Bauteilabschnitte ermöglicht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Zulauf an einer ersten Seite und der Ablauf an einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Werkzeugkopfs vorgesehen. In diesem Fall ist eine vorbestimmte Gleitrichtung des Werkzeugkopfs von der zweiten Seite zu der ersten Seite gerichtet. Eine das Bauteil zuerst überfahrende Seite des Werkzeugkopfes wird somit stets mit frischem Elektrolyt gespeist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Werkzeugkopf einen Zulauf und zwei Abläufe auf. Dies dient zum einen der Gegendruckreduzierung in den Ablaufleitungen. Zum anderen erlaubt dies aber auch eine erhöhte Flexibilität bei der Flussführung, welche auf diese Weise anpassbar ist.
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Gemäß einer Weiterbildung ist ein erster Ablauf an einer ersten Seite und ein zweiter Ablauf an einer zweiten Seite sowie der Zulauf in der Mitte des Werkzeugkopfs vorgesehen. Eine erste vorbestimmte Gleitrichtung des Werkzeugkopfs ist somit von der Mitte zu der ersten Seite gerichtet. Eine zweite vorbestimmte Gleitrichtung ist ferner von der Mitte zu der zweiten Seite gerichtet. Auf diese Weise sind verschiedene Gleitrichtungen und somit vorteilhaft eine große Flexibilität bei der Anwendung bereitgestellt. Beispielsweise werden somit großflächige Anwendungen erleichtert, da ein Vor- und Zurückfahren des Werkezugkopfes ermöglicht ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Werkzeugkopf eine integrierte Spüleinrichtung zum Spülen der Bauteiloberfläche auf. Eine derartige integrierte Spüleinrichtung ist für nasschemische Verfahren, insbesondere für Anodisierungsverfahren, für welche üblicherweise ätzende Chemikalien wie Schwefelsäure als Elektrolyt eingesetzt werden, äußerst vorteilhaft, da die Bauteiloberfläche somit direkt wieder von dem ätzenden Elektrolyt gereinigt werden kann.
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Die Spüleinrichtung kann sich bei einer Ausführungsform an das zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumen anschließen. Denkbar wären aber auch Ausführungsformen, wobei das zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumen zunächst zur Elektrolytführung und anschließend zum Spülen gleichermaßen eingesetzt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Spüleinrichtung an der Anwendungsseite in Gleitrichtung nachgelagert dem zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumen angeordnet. Auf diese Weise lassen sich sogenannte „single pass“ bzw. „Einzelpfad“ Prozesse realisieren, wobei lediglich eine einzige Überfahrt mit dem Werkzeug benötigt wird und nachgelagerte Reinigungsschritte, die ansonsten notwendig wären, vermieden werden. Das Abspülen des Elektrolyts kann in diesem Fall in einem Arbeitsgang mit der Anodisierung vorgenommen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Spüleinrichtung einen Spülflüssigkeitszulauf, einen Spülflüssigkeitsablauf sowie eine an der Anwendungsseite vorgesehene Spüldichtung auf. Auf diese Weise ist, ähnlich wie zur Elektrolytführung, ein zur Spülflüssigkeitsführung entlang der zu behandelnden Bauteiloberfläche vorgesehenes Spülvolumen umschlossen, wobei der Spülflüssigkeitszulauf und der Spülflüssigkeitsablauf mit dem Spülvolumen in Fluidverbindung stehen. Es existieren somit mehrere Behandlungszonen, wobei in der ersten Behandlungszone der Elektrolyt geführt wird und in der zweiten Behandlungszone die Spülflüssigkeit geführt wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zwei nacheinander angeordnete Spüleinrichtungen vorgesehen und derart angeordnet, dass die Bauteiloberfläche nach dem Anodisieren mit einem ersten Spülgang und mit einem zweiten Spülgang spülbar ist. Vorzugsweise werden derartige Spülgänge mit vollentsalztem Wasser durchgeführt. Mit dem ersten und zweiten Spülgang wird eine vollständige Spülung auch für besonders stark ätzende Elektrolyte sichergestellt. Beispielsweise lassen sich so auch lange Schweißnähte in einem einzelnen Arbeitsgang durchgehend lokal Anodisieren, ohne dass Reinigungsnacharbeit nötig ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist eine zwischen Elektrolytversorgungseinrichtung und Werkzeugkopf geschaltete Pumpe zur Elektrolytförderung vorgesehen, wobei die mittels der Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung aufgebrachte vorbestimmte Kraft derart bemessen ist, dass sie einen Druck auf die Dichteinrichtung erzeugt, der größer als ein durch die Pumpe an der Anwendungsseite anlegbarer hydraulischer Druck ist. Auf diese Weise ist eine Dichtheit gegenüber der Bauteiloberfläche in jeglicher Ausrichtung des Werkzeugkopfs gewährleistet.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Merkmale des Werkzeugkopfes auf die Vorrichtung übertragbar. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
- 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Werkzeugkopfes;
- 2 eine Unteransicht des Werkzeugkopfs nach 1;
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfes mit Darstellung verdeckter Kanten gemäß einer noch weiteren Ausführungsform;
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfes gemäß einer noch weiteren Ausführungsform;
- 6 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfes mit Darstellung verdeckter Kanten gemäß einer noch weiteren Ausführungsform;
- 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Werkzeugkopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Werkzeugkopfes gemäß einer noch weiteren Ausführungsform;
- 9 eine Darstellung der Anwendungsseite eines Werkzeugkopfes gemäß 8; und
- 10 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur nasschemischen Behandlung.
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Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Längsschnittansicht eines Werkzeugkopfes 1.
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Der Werkzeugkopf 1 ist zur lokalen Oberflächenanodisierung flächiger Bauteile ausgebildet und in der dargestellten Ausführungsform auf einer metallischen Bauteiloberfläche 5 aufgesetzt.
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Der Werkzeugkopf 1 ist mit seiner Anwendungsseite 4 auf der Bauteiloberfläche 5 aufgesetzt und weist einen Zulauf 2 und einen Ablauf 3 zur Elektrolytversorgung auf. Die Anwendungsseite 4 ist zur Elektrolytführung entlang der zu anodisierenden Bauteiloberfläche 5 ausgebildet ist und weist dazu eine Dichtungseinrichtung 6 auf, welche zur Abdichtung einer Prozesszone 7 umlaufend an der Anwendungsseite 4 vorgesehen ist. Auf diese Weise ist ein zur Elektrolytführung entlang der Bauteiloberfläche 5 vorgesehenes Volumen 8 umschlossen, wobei der Zulauf 2 und der Ablauf 3 mit dem Volumen 8 in Fluidverbindung stehen und dieses im Betrieb ständig mit frischem Elektrolyt versorgen, wie mit den eingezeichneten Pfeilen symbolisiert.
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Zur Anodisierung wird die metallische Bauteiloberfläche auf diese Weise mit einem Elektrolyt, beispielsweise Schwefel-, Oxal- oder Chromsäure, geflutet, ein schematisch eingezeichnetes Potenzial angelegt und somit eine Elektrolyse durchgeführt, wobei das Bauteil als Pluspol bzw. Anode dient. Durch den elektrischen Strom bildet sich auf der Bauteiloberfläche eine Oxidschicht, während an der mit dem Werkzeugkopf gebildeten Kathode eine Reduktion stattfindet, beispielsweise von Wasser zu Wasserstoff.
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2 zeigt eine Unteransicht des Werkzeugkopfs 1 nach 1.
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In dieser Ansicht ist die umlaufende Ausbildung der Dichtungseinrichtung 6 als Ringdichtung erkennbar. Beispielsweise handelt es sich hier um eine O-Ringdichtung, welche an der Anwendungsseite 4 des Werkzeugkopfes 1 in einer Dichtungsaufnahmenut 10 aufgenommen ist und somit das zur Elektrolytführung vorgesehene Volumen 8 umschließt.
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Die Anwendungsseite 4 weist hier rein beispielhaft eine rechteckige Grundform mit gerundeten Ecken auf. Andere Grundformen sind selbstverständlich möglich.
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Das Volumen 8 wird über den Zulauf 2, welcher hier rein beispielhaft als Bohrung dargestellt ist, und den Ablauf 3, welcher ebenfalls rein beispielhaft als Bohrung dargestellt ist, mit Elektrolyt versorgt. Der Zulauf 2 und der Ablauf 3 können bei weiteren Ausführungsformen vielfältige Formen und/oder Arten von Ausnehmungen aufweisen. Insbesondere können zusätzliche in den Werkzeugkopf 1 integrierte Kanäle zur gleichmäßigen Verteilung des Elektrolyts vorgesehen sein.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfes 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Der Werkzeugkopf 1 weist ein Gehäuse 9 auf, welches im Wesentlichen quaderförmig mit zwei kurzen Seiten und zwei langen Seiten sowie gerundeten Seitenkanten ausgebildet ist.
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Der Zulauf 2 ist bei dieser Ausführungsform als Schlauchanschluss ausgebildet und von einer der Anwendungsseite 4 gegenüber liegenden Oberfläche 11 des Gehäuses 9 abstehend im Bereich einer ersten kurzen Seite 13 angeordnet. Es sind ferner zwei Abläufe 3, 3' vorgesehen, welche an einer der ersten kurzen Seite 13 gegenüberliegenden zweiten kurzen Seite 14 angeordnet sind und seitlich davon abstehen.
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An der Oberfläche 11 des Gehäuses 9 sind Einstecköffnungen 12 vorgesehen, welche durch das Gehäuse 9 hindurch bis zu der Anwendungsseite 4 reichen. In diese Einstecköffnungen 12 können optional Thermoelemente eingebracht werden, welche auf diese Weise direkt mit der Anwendungsseite 4 thermisch koppelbar sind. Somit erlaubt der erfindungsgemäße Werkzeugkopf eine Überwachung von Prozessparametern direkt in der Prozesszone 7.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfes 1 mit Darstellung verdeckter Kanten gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
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Bei dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 9 nochmals flacher ausgebildet. Ferner sind sowohl der Zulauf 2 als auch die Abläufe 3, 3' hier an der oberen Oberfläche 11 des Gehäuses 9 vorgesehen, welche der Anwendungsseite 4 gegenüber liegt.
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Ferner ist der Zulauf 2 auch hier im Bereich einer ersten kurzen Seite 13 und die Abläufe 3, 3' im Bereich einer zweiten kurzen Seite 14 des Gehäuses 9 angeordnet. Im Unterschied zu 3 sind die Abläufe 3, 3' hier jedoch ebenfalls an der Oberfläche 11 nach oben abstehend vorgesehen.
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Der Werkzeugkopf 1 weist an der Anwendungsseite 4 eine umlaufende Dichtungsaufnahmenut 10 auf, in welcher die hier beispielhaft als O-Ringdichtung ausgebildete Dichtungseinrichtung 6 gelagert ist. Die Dichtungsaufnahmenut 10 ist zur selbsttätigen Befestigung der O-Ringdichtung ausgebildet. Sie kann dazu beispielsweise an ihrer Innenwand einen Hinterschnitt oder einen oder mehrere Vorsprünge aufweisen, welche die O-Ringdichtung in der Nut halten.
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Die Dichtungseinrichtung 6 weist zudem eine reibungsreduzierte, beispielsweise teflonbeschichtete Oberfläche auf, die zum Gleiten des Werkzeugkopfs 1 auf der Bauteiloberfläche 5 ausgebildet ist. Durch die Anordnung des Zulaufs 2 an der ersten Seite 13 und der Abläufe 3, 3' an der zweiten Seite 14 ergibt sich eine vorbestimmte Gleitrichtung 15 des Werkzeugkopfs 1, die von der zweiten Seite 14 zu der ersten Seite 13 gerichtet und hier mit einem Pfeil entsprechend eingezeichnet ist.
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Durch die Darstellung der verdeckten Kanten sind ferner dem Zulauf 2 zugeordnete Kanäle 25 erkennbar, welche zur Verteilung des Elektrolyts über die von der Dichtungseinrichtung 6 umschlossene Breite des zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumens 8 dienen. In gleicher Weise sind auch zur Aufnahme des verbrauchten Elektrolyts an den Abläufen 3, 3' über die Breite verteilte Kanäle 26 vorgesehen.
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An den langen Seiten weist das Gehäuse 9 Montagebohrungen 27 auf. Diese dienen zur Halterung des Werkzeugkopfes 1 an einer Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung.
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Ferner sind durch die Darstellung verdeckter Kanten die von der Oberfläche 11 durch das Gehäuse 9 hindurch bis an die Anwendungsseite 4 reichen den Einstecköffnungen 12 erkennbar. Darüber hinaus ist eine zusätzliche mit der Anwendungsseite 4 verbundene Einstecköffnung 12' vorgesehen, welche beispielsweise für einen Stromanschluss zur Anlegung des elektrischen Potenzials für die Elektrolyse dient.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfes 1 gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von 3 dahingehend, dass hier der Zulauf 2 mittig an der oberen Oberfläche 11 des Gehäuses 9 vorgesehen ist.
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Ferner sind auch bei dieser Ausführungsform zwei seitlich abstehende Abläufe 3, 3' vorgesehen, welche hier jedoch an verschiedenen Seiten 13, 14 angeordnet sind. Demnach ist hier an der ersten kurzen Seite 13 der erste Ablauf 3 und an der gegenüberliegenden zweiten kurzen Seite 14 der zweite Ablauf 3' angeordnet. Es ergibt sich somit an der Anwendungsseite 4 ein im Vergleich zu 3 anderer Elektrolytfluss mit zwei Strömungsrichtungen, die jeweils ausgehend von dem mittigen Zulauf 2 zu den beiden einander gegenüberliegenden Abläufen 3, 3' gerichtet sind.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfes 1 mit Darstellung verdeckter Kanten gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
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Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine Abwandlung der Ausführungsform nach 4 mit der in Bezug auf 5 erläuterten Anordnung von Zu- und Abläufen 2, 3, 3'.
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Auch hier ist das Gehäuse 9 von der Anwendungsseite 4 aufbauend flach ausgebildet. Es weist entsprechen eine Höhe H auf, die kleiner als die Breite B der Anwendungsseite 4 ausgebildet ist.
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Der mittig angeordnete Zulauf 2 verfügt um eine Vielzahl von Kanälen 25, welche hier dazu dienen, den Elektrolyt ausgehend von der Mitte gleichmäßig in alle Richtungen an der Anwendungsseite 4 zu verteilen. Die an den gegenüberliegenden kurzen Seiten 13 und 14 angeordneten Auslässe 3, 3' nehmen verbrauchten Elektrolyt an beiden Seiten 13, 14 auf.
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Auf diese Weise sind hier verschiedene Gleitrichtungen zur Fortbewegung des Werkzeugkopfes 1 auf einer Bauteiloberfläche 5 möglich. Eine erste Gleitrichtung 15A ist ausgehend von der Mitte zu der ersten Seite 13 und eine zweite Gleitrichtung 15B ausgehend von der Mitte zu der zweiten Seite 14 gerichtet, wie mit einem eingezeichneten Doppelpfeil illustriert.
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7 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Werkzeugkopfes 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Gemäß dieser Ausführungsform weist der Werkzeugkopf 1 eine integrierte Spüleinrichtung 16 zum Spülen der Bauteiloberfläche 5 auf. Die Darstellung ist lediglich schematischer Natur und illustriert unterschiedliche Behandlungszonen des Werkzeugkopfes 1 zum Anodisieren und zum Spülen. In der Darstellung rechts ist schematisch die Ausdehnung des zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumens 8 schematisch eingezeichnet. In der Darstellung links ist die Ausdehnung eines zum Spülen vorgesehenen Spülvolumens 19 schematisch eingezeichnet.
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Der Werkzeugkopf 1 wird bei dieser Ausführungsform in der Regel derart über eine Bauteiloberfläche 5 geführt, dass die Bauteiloberfläche 5 zunächst mit dem zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumen 8 und anschließend mit dem Spülvolumen 19 überfahren wird. Die Spüleinrichtung 16 ist somit an der Anwendungsseite 4 in Gleitrichtung 15 dem zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumen 8 nachgelagert angeordnet. Auf diese Weise wird der zur nasschemischen Behandlung eingesetzte Elektrolyt im gleichen Arbeitsgang wieder von der Bauteiloberfläche 5 abgespült.
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8 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Werkzeugkopfes gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
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Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine Weiterbildung der Ausführungsform nach 7. Der Werkzeugkopf weist hier zwei nacheinander angeordnete Spüleinrichtungen 16, 16' auf. Die Spüleinrichtungen 16, 16' sind derart angeordnet, dass die Bauteiloberfläche 5 nach der Behandlung bzw. dem Anodisieren mit einem ersten Spülgang und mit einem zweiten Spülgang spülbar ist. Die Bauteiloberfläche 5 wird somit zunächst mit dem zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumen 8, anschließend mit dem ersten Spülvolumen 19 und abschließend mit dem zweiten Spülvolumen 19' überfahren.
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9 zeigt eine Darstellung der Anwendungsseite 4 eines Werkzeugkopfes 1 gemäß 8.
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Das zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumen 8 ist dabei in gleicher Weise wie in Bezug auf 2 erläutert vorgesehen. Das daneben bzw. in Gleitrichtung 15 nachlaufend angeordnete Spülvolumen 19 der Spüleinrichtung 16 ist fluidisch mit einem Spülflüssigkeitszulauf 17 und einem Spülflüssigkeitsablauf 18 gekoppelt. An der Anwendungsseite 4 ist in gleicher Weise wie bei dem zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumen 8 eine Spüldichtung 20 vorgesehen, so dass das Spülvolumen 19 damit zur lokalen Spülflüssigkeitsführung entlang der zu behandelnden Bauteiloberfläche 5 ausgebildet ist.
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Die zweite Spüleinrichtung 16' ist in gleicher Weise wie die erste Spüleinrichtung 16 ausgebildet und in Gleitrichtung 15 nachgelagert an der Anwendungsseite 4 des Werkzeugkopfes 1 angeordnet.
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10 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung 21 zur nasschemischen Behandlung.
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Die Vorrichtung 21 ist zur Anodisierung einer Bauteiloberfläche 5 ausgebildet und weist dazu eine Elektrolytversorgungseinrichtung 22, eine Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung 23 sowie einen Werkzeugkopf 1 auf, wie er in Bezug auf die vorangehenden Figuren beschrieben ist.
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Der Werkzeugkopf 1 ist auf eine Bauteiloberfläche 5 aufgesetzt. Eine Prozesszone 7 befindet sich somit zwischen dem Werkzeugkopf 1 und der zu behandelnden Bauteiloberfläche 5.
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Die Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung 23 ist beispielsweise als Industrieroboter ausgebildet und zum Andrücken des Werkzeugkopfs 1 an eine Bauteiloberfläche 5 mit einer vorbestimmten Kraft F ausgelegt. Dazu kann beispielsweise eine mit den Montagebohrungen 27 gekoppelte Federaufhängung für den Werkzeugkopfs 1 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Steuerung oder Regelung der Kraft F mittels eines Kraftsensors vorgesehen sein. Selbstverständlich sind weitere Ausführungsformen von Kraftsteuermitteln zum Aufbringen der vorbestimmten Kraft F möglich.
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Zwischen der Elektrolytversorgungseinrichtung 22 und dem Werkzeugkopf 1 ist eine Pumpe 24 geschaltet. Es handelt sich dabei vorzugsweise um eine Pumpe mit einem verformungsfreien Arbeitsprinzip, beispielsweise eine Zahnradpumpe.
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Die vorbestimmte Kraft F, mit welcher der Werkzeugkopf an der Bauteilfläche angedrückt wird, ist derart bemessen, dass sie die Dichtheit der Dichteinrichtung 6 gewährleistet, auch wenn über die Pumpe 24 ein Druck an der Anwendungsseite 4 aufgebaut wird. Insbesondere erzeugt die Kraft F dazu einen Druck auf die Dichteinrichtung 6, der größer als ein durch die Pumpe 24 an der Anwendungsseite 4 anlegbarer hydraulischer Druck ist, sodass das zur Elektrolytführung vorgesehenen Volumen 8 gegenüber der Umgebung abgedichtet bleibt.
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Auf diese Weise ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine lokale Anodisierung flächiger Bauteile in einem industriellen Umfeld, beispielsweise einer Fertigung oder einem Reparaturbetrieb, ermöglicht.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Beispielsweise ist die in den Ausführungsbeispielen gezeigte quaderförmige Ausgestaltung des Werkzeugkopfes 1, insbesondere die rechteckige Ausgestaltung der Anwendungsseite 4, nicht einschränkend zu verstehen. Zwar können diese Formen zur Montage des Werkzeugkopfes an einer Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung und zur gleichmäßigen Behandlung einer Bauteiloberfläche 5 vorteilhaft sein, selbstverständlich können bei weiteren Ausführungsformen aber auch andere Formen, beispielsweise mit einer runden Grundform, vorgesehen sein.
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Darüber hinaus erstreckt sich das Gehäuse 9 bei den dargestellten Ausführungsformen von der Anwendungsseite 4 ausgehend beispielhaft zylindrisch in die Höhe, wobei aber selbstverständlich auch andere nicht zylindrische Formen möglich sind.
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Statt Montagebohrungen 27 sind andere Arten von Koppelelementen an dem Werkzeugkopf 1 vorsehbar. Insbesondere ist es denkbar, Schnellkupplungen an dem Werkzeugkopf 1 vorzusehen, um einen schnellen Wechsel zu ermöglichen.
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Anstatt eines Industrieroboters kann jegliche andere automatisierte oder halbautomatisierte Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung 23 in der Vorrichtung 21 vorgesehen werden. Darüber hinaus wäre es auch denkbar, einen Handgriff als Werkzeugkopfaufnahmeeinrichtung 23 vorzusehen und die vorbestimmte Kraft F händisch aufzubringen.
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Statt eine O-Ringdichtung sind vielfältige andersartige oder anders geformte Dichteinrichtungen 6 denkbar. Beispielsweise kann es sich auch um eine Ringdichtung mit anderem Profil, beispielsweise in Form einer Dichtlippe, oder um eine mehrteilige Dichteinrichtung 6 handeln. Somit sind auch dazu korrespondierende anders geformte Dichtungsaufnahmenuten 10 möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeugkopf
- 2
- Zulauf
- 3, 3'
- Ablauf
- 4
- Anwendungsseite
- 5
- Bauteiloberfläche
- 6
- Dichtungseinrichtung
- 7
- Prozesszone
- 8
- Volumen
- 9
- Gehäuse
- 10
- Dichtungsaufnahmenut
- 11
- Oberfläche
- 12, 12'
- Einstecköffnungen
- 13
- erste Seite
- 14
- zweite Seite
- 15
- Gleitrichtung
- 16, 16'
- Spüleinrichtung
- 17
- Spülflüssigkeitszulauf
- 18
- Spülflüssigkeitsablauf
- 19
- Spülvolumen
- 20
- Spüldichtung
- 21
- Vorrichtung
- 22
- Elektrolytversorgungseinrichtung
- 23
- Werkzeug kopfaufnahmeeinrichtung
- 24
- Pumpe
- 25
- Kanäle
- 26
- Kanäle
- 27
- Montagebohrung
- B
- Breite
- F
- Kraft
- H
- Höhe
