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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines insbesondere flächig ausgebildeten Bauteils durch elektrochemisches Abtragen, wobei das Bauteil insbesondere aus vorhergehenden Fertigungsschritten resultierende Eigenspannungen aufweist, sowie eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen mittels elektrochemischem Abtragen.
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Beim elektrochemischem Abtragen an insbesondere flächig ausgebildeten Bauteilen, welche aus deren bisherigen Gestehung bzw. aus vorhergehenden Fertigungsschritten resultierende Eigenspannungen aufweisen, stellt sich häufig ein asymmetrischer Verzug des Bauteils ein. Ein solcher Verzug entsteht dabei insbesondere durch ein durch das Abtragen bedingtes Einwirken auf Spannungsverläufe im Bauteil, wobei im Bauteil bzw. zumindest in Bereichen des Bauteils wirkende Eigenspannungen durch eine Materialentnahme gelöst oder zumindest beeinflusst werden, woraus kleinste Ausgleichsbewegungen der entsprechenden Bauteilbereiche in eine den verbleibenden Spannungen gemäße Lage resultieren. Hieraus ergeben sich beispielsweise Toleranzabweichungen auch von bereits zuvor durchgeführten Fertigungsschritten oder Instabilitäten beim Schlichten der Bauteile.
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Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Bearbeiten eines insbesondere flächig ausgebildeten Bauteils durch elektrochemisches Abtragen vorzuschlagen, bei welchem Toleranzabweichungen von insbesondere Eigenspannungen aufweisenden Bauteilen vermieden werden. Ferner soll eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen mittels elektrochemischem Abtragen zur Verfügung gestellt werden. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines insbesondere flächig ausgebildeten Bauteils durch elektrochemisches Abtragen vorgeschlagen, wobei das Bauteil insbesondere aus vorhergehenden Fertigungsschritten resultierende Eigenspannungen aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- a) Bereitstellen des zu bearbeitenden Bauteils;
- b) Bereitstellen von wenigstens zwei Werkzeugen in Form von Elektroden;
- c) Bereitstellen eines Elektrolyten zwischen dem Bauteil und den wenigstens zwei Elektroden;
- d) Anlegen einer positiven Spannung an das Bauteil und Anlegen einer negativen Spannung an die wenigstens zwei Elektroden; und
- e) elektrochemisches Abtragen durch Bewegen der wenigstens zwei Elektroden entlang ihrer jeweiligen Bewegungsbahn gegenüber dem Bauteil, wobei der Spalt zwischen jeder Elektrode und dem Bauteil wenigstens zeitweise mit dem Elektrolyten gespült wird.
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Es wird vorgeschlagen, dass das elektrochemische Abtragen zeitlich parallel und örtlich voneinander beabstandet durch die wenigstens zwei am Bauteil verteilt angeordneten Elektroden erfolgt, deren jeweilige Bewegungsbahn wenigstens abschnittsweise parallel oder in einem Winkel zu einer sich in Richtung einer kurzen Erstreckung des Bauteils angeordneten Achse des Bauteils verläuft.
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Das Verfahren wird zum Bearbeiten von insbesondere flächig ausgebildeten Bauteilen vorgeschlagen, bei welchen im Rahmen von insbesondere Werkstoff abtragender Bearbeitung häufig ein asymmetrischer Verzug des Bauteils durch vorbestehende Eigenspannungen auftritt. Solche flächig ausgebildeten Bauteile weisen üblicherweise bezogen auf drei jeweils senkrecht zueinander angeordnete Raumrichtungen zwei Richtungen mit einer großen Erstreckung sowie eine Richtung mit einer gegenüber den anderen beiden Richtungen kurzen Erstreckung auf. Beispielsweise beträgt die kurze Erstreckung weniger als 50% und insbesondere weniger als 30% einer großen Erstreckung.
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Beim elektrochemischem Abtragen wird während dem Bewegen einer Elektrode (Kathode, Werkzeug) entlang ihrer Bewegungsbahn eine der Elektrode zugewandte Oberfläche des Bauteils (Anode) durch einen elektrochemischem Prozess abgetragen und die abgetragenen Partikel durch den, die zwischen der Elektrode und dem Bauteil aufgebrachte Spannung übertragenden Elektrolyten aus dem zwischen der Elektrode und der Bauteiloberfläche angeordneten Zwischenraum gespült. Das vorgeschlagene Verfahren kann sowohl als ECM-(Electro Chemical Machining) Verfahren, als auch als PECM- (Precise Electro Chemical Machining) Verfahren ausgestaltet sein. Beim PECM-Verfahren handelt es sich um ein elektrochemisches Abtragverfahren, mit welchem eine höhere Präzision erzielt werden kann als bei einem klassischen ECM-Prozess. Beim PECM werden pulsierende Arbeitselektroden eingesetzt, wobei die Spaltmaße bis auf etwa 10 µm reduziert werden können. Das Abtragen des Bauteils sowie das Spülen des Spalts mit frischem Elektrolyt werden hintereinander durchgeführt, wobei das Abtragen bei engst möglichem Spalt stattfindet und das Spülen bei größtem Spalt.
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Dadurch, dass beim vorgeschlagenen Verfahren das elektrochemische Abtragen zeitlich parallel und örtlich voneinander beabstandet durch wenigstens zwei insbesondere gleichmäßig am Bauteil verteilt angeordnete Elektroden erfolgt, deren jeweilige Bewegungsbahn wenigstens abschnittsweise parallel oder in einem Winkel zu einer sich in Richtung einer kurzen Erstreckung des Bauteils angeordneten Achse des Bauteils verläuft, werden auch die im Bauteil wirkenden Eigenspannungen entsprechend zeitlich parallel und insbesondere gleichmäßig am Bauteil verteilt ausgeglichen bzw. aufgelöst oder zumindest verringert, wobei eine sich hieraus ergebende Ausgleichs- bzw. Lösungsbewegung ebenfalls zeitlich parallel und insbesondere gleichmäßig über das Bauteil verteilt erfolgt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass bei dem vorgeschlagenen Verfahren ein elektrochemisches Abtragen zeitlich parallel und örtlich voneinander beabstandet durch mehr als zwei, wie insbesondere drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr am Bauteil verteilt angeordnete Elektroden erfolgt. In gleicher Weise ist es möglich, dass eine Elektrode beispielsweise bei einer Vielzahl von über das Bauteil anzuordnenden Bearbeitungskonturen, wie beispielsweise einer Verzahnung oder dergleichen, auch die Gegenkontur von zwei, drei, vier oder mehr solcher Bearbeitungskonturen aufweist. Neben den vorteilhaften Effekten des vorgeschlagenen Verfahrens auf die Wirkungen von Eigenspannungen in einem Bauteil ermöglicht eine zeitlich parallele Bearbeitung an einem Bauteil durch mehrere Elektroden auch ein wirtschaftlicheres Herstellverfahren.
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Insbesondere bei einer am Umfang eines Bauteils erfolgenden Bearbeitung wird der Tangentialanteil von Eigenspannungen im Bauteil im Bereich der Bearbeitung verringert. Dadurch, dass die Bewegungsbahn der Elektroden wenigstens abschnittsweise parallel oder in einem Winkel zu einer sich in Richtung einer kurzen Erstreckung des Bauteils angeordneten Achse des Bauteils verläuft, bleibt ein sich ständig verkleinernder Anteil der Umfangsfläche, in welcher Tangentialspannungen verlaufen, bei einer Bearbeitung am Umfang des Bauteils buchstäblich bis zum Ende der Bearbeitung intakt. Durch die damit verbundene höhere Formbeständigkeit sind größere Bearbeitungsgenauigkeiten erreichbar als bei einer fortschreitenden Bearbeitung in einer im Wesentlichen senkrecht zur kurzen Erstreckung des Bauteils angeordneten Richtung. In Verbindung mit der vorgeschlagenen Verteilung der Bearbeitungspositionen am Bauteil resultiert damit ein Ausgleich von entspannten Bauteilbereichen nicht in einem Verzug des Bauteils, aus welchem Toleranzabweichungen und Instabilitäten resultieren.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Bearbeiten eines Bauteils erfolgt wenigstens ein weiterer Bearbeitungsschritt durch elektrochemisches Abtragen, zeitlich parallel und örtlich voneinander beabstandet durch wenigstens zwei insbesondere gleichmäßig am Umfang des Bauteils verteilt angeordnete Elektroden, deren jeweilige Bewegungsbahn parallel oder in einem Winkel zu einer in Richtung einer kurzen Erstreckung des Bauteils angeordneten Achse des Bauteils verläuft. Insbesondere kann ein solcher weiterer Bearbeitungsschritt analog zu einem vorherigen Bearbeitungsschritt insbesondere anders am Bauteil positioniert durchgeführt werden. Durch wenigstens eine weitere Bearbeitung durch elektrochemisches Abtragen mit am Bauteil insbesondere versetzt zu wenigstens einem vorhergehenden Bearbeitungsschritt angeordneten Elektroden kann beispielsweise nacheinander eine Vielzahl von Bearbeitungen am Bauteil durchgeführt werden, bei welchen die im Bauteil wirkenden Eigenspannungen zeitlich parallel und insbesondere gleichmäßig am Bauteil ausgeglichen bzw. verringert werden, so dass beispielsweise ein Spannungsausgleich von Bauteilbereichen nicht in einem Verzug des Bauteils resultiert.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Bearbeiten eines Bauteils ist das Bauteil im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und die Bewegungsbahnen der wenigstens zwei Elektroden verlaufen in einer koaxial zum Bauteil angeordneten Zylindermantelfläche. Auf diese Weise können beispielsweise an der Umfangsfläche axial oder geneigt ausgerichtete Bearbeitungskonturen wie eine Gerad- oder Schrägverzahnung, oder im Zusammenwirken mit einer aktiven Achse der Werkstückaufnahme auch beispielsweise spiralförmig am Umfang des Bauteils verlaufende Bearbeitungskonturen hergestellt werden. Wie bereits beschrieben bleibt dabei ein sich ständig verkleinernder Anteil der Umfangsfläche, in welcher Tangentialspannungen verlaufen, bei einer Bearbeitung am Umfang des Bauteils im Wesentlichen bis zum Ende der Bearbeitung intakt. So wird parallel zur Absenkung einer Elektrode der Tangentialanteil der Eigenspannungen im Bereich der Bearbeitung im Bauteil reduziert, wodurch hohe Bearbeitungsgenauigkeiten erreicht werden können.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Bearbeiten eines Bauteils ist das Bauteil im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und die Bewegungsbahnen der wenigstens zwei Elektroden verlaufen in einem koaxial zum Bauteil angeordneten Hohlzylinder. Durch diese Variante können zusätzlich zur vorher genannten Ausführungsform beispielsweise auch radial zur Umfangsfläche geneigt ausgebildete Bearbeitungskonturen vorgesehen werden. Auch hier ist selbstverständlich ein Zusammenwirken mit einer aktiven Achse der Werkstückaufnahme möglich, um beispielsweise dreidimensionale Freiformflächen an einem Bauteil anzuordnen.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Bearbeiten eines Bauteils wird der Elektrolyt integral durch die wenigstens eine Elektrode oder im Gegenstromverfahren durch eine zwischen Bauteil und Elektrode angeordnete Druckkammer geführt. Die Wahl der Zuführung des Elektrolyten zum Bearbeitungsort erfolgt abhängig von den geometrischen Eigenschaften und der Zugänglichkeit der Druckkammer. Dabei ist ein zuverlässiges Spülen der Druckkammer und damit ein zuverlässiges Abführen von Werkstoffrückständen hieraus zum Erreichen einer hohen Bearbeitungsqualität erforderlich.
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In einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen mittels elektrochemischem Abtragen vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist auf:
- - eine Bearbeitungsstation, in welcher ein zu bearbeitendes Bauteil fest aufnehmbar ist;
- - wenigstens zwei insbesondere gleichmäßig am Bauteil verteilt angeordnete Werkzeuge in Form von Elektroden, welche gegenüber einem in der Bearbeitungsstation aufgenommenen Bauteil bewegbar sind;
- - eine Frischelektrolytversorgungseinrichtung zum Bereitstellen und Zuführen eines Frischelektrolyten zwischen das Bauteil und die wenigstens zwei Elektroden während des Bearbeitungsvorgangs;
- - eine Altelektrolytentsorgungseinrichtung zum Abführen und Speichern eines Altelektrolyten vom Bauteil bzw. von den wenigstens zwei Elektroden während und nach dem Bearbeitungsvorgang;
- - eine Stromversorgungseinrichtung mit Steuereinrichtung zum Anlegen einer positiven Spannung an das Bauteil und zum Anlegen einer negativen Spannung an die wenigstens zwei Elektroden; und
- - wenigstens einen Zugang zur Bearbeitungsstation, durch welchen das Bauteil und/ oder die Bearbeitungsstation für Bedienpersonal und/ oder wenigstens eine Handlingsvorrichtung zugänglich ist.
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Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung ist die Frischelektrolytversorgungseinrichtung auf einer ersten und die Altelektrolytentsorgungseinrichtung auf einer zweiten Seite benachbart zur Bearbeitungsstation angeordnet und wenigstens ein Zugang zur Bearbeitungsstation ist zwischen der Frischelektrolytversorgungseinrichtung und der Altelektrolytentsorgungseinrichtung angeordnet.
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Die Vorrichtung eignet sich insbesondere auch zur Durchführung des vorausgehend beschriebenen Verfahrens zum Bearbeiten eines Bauteils. In einer Bearbeitungsstation der Vorrichtung ist ein zu bearbeitendes Bauteil fest aufnehmbar. Beispielsweise ist die Bearbeitungsstation so ausgeführt, dass flächige Bauteile dort in einer horizontalen Ausrichtung aufnehmbar sind, in welcher die wenigstens eine kürzere Erstreckung des Bauteils vertikal angeordnet ist. Die wenigstens zwei insbesondere gleichmäßig am Bauteil verteilt angeordneten Werkzeuge in Form von Elektroden sind gegenüber dem in der Bearbeitungsstation aufgenommenen Bauteil bewegbar. Hierzu weisen die Werkzeuge insbesondere im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Antriebseinrichtungen auf, welche einen kompakten Aufbau der Vorrichtung ermöglichen. Selbstverständlich ist auch eine Bauform der Vorrichtung möglich, bei welcher die Werkzeuge fest angeordnet sind und beim Bearbeiten das fest in der Bearbeitungsstation aufgenommene Bauteil gegenüber den Werkzeugen bewegt wird. Zusätzlich sind auch Bauformen der Werkzeugmaschine möglich, bei welchen die Bearbeitungsstation wenigstens eine aktive Achse, insbesondere Drehachse aufweist. Bei Ausführungsformen, welche Antriebseinrichtungen an den wenigstens zwei Werkzeugführungen und der Bearbeitungsstation aufweisen, sind die Bewegungen der Werkzeuge und des bearbeiteten Bauteils überlagerbar.
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Die Vorrichtung weist wenigstens zwei insbesondere gleichmäßig am Bauteil verteilt angeordnete Werkzeuge in Form von Elektroden auf, welche gegenüber einem in der Bearbeitungsstation aufgenommenen Bauteil bewegbar sind. Gleichfalls ist es möglich, eine Bearbeitung vorzusehen, bei welcher mehr als zwei am Bauteil verteilt angeordnete Werkzeuge zum Einsatz kommen, insbesondere drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr, so dass die Vorrichtung Antriebseinrichtungen für eine solche Zahl von Elektroden aufweisen kann. Dies ermöglicht ein zeitlich paralleles Bearbeiten an mehreren Positionen eines Bauteils aufgrund mehrerer Elektroden und damit ein wirtschaftlicheres Herstellverfahren.
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Die Vorrichtung weist ferner eine Frischelektrolytversorgungseinrichtung zum Bereitstellen und Zuführen eines Frischelektrolyten auf, der während des Bearbeitungsvorgangs insbesondere in die Druckkammer zwischen das Bauteil und die wenigstens zwei Elektroden zugeführt wird, um einerseits die Spannung zwischen Katode (Werkzeug) und Anode (Bauteil) zu übertragen und andererseits Rückstände des Bearbeitungsvorgangs aus der Druckkammer zu entfernen. Zum Abführen und Speichern des dann mit Bearbeitungsrückständen, insbesondere abgetragenen Werkstoffpartikeln versehenen Altelektrolyten vom Bauteil bzw. den wenigstens zwei Elektroden während und nach dem Bearbeitungsvorgang weist die Vorrichtung eine Altelektrolytentsorgungseinrichtung auf.
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Zusätzlich ist an der Vorrichtung eine Stromversorgungseinrichtung mit Steuereinrichtung zum Anlegen einer positiven Spannung an das Bauteil und zum Anlegen einer negativen Spannung an die wenigstens zwei Elektroden vorgesehen. Dabei ist vorgesehen, dass die zulässige Strombelastung am Bauteil durch Wahl der Parameter und/ oder Anzahl der im Eingriff befindlichen Elektroden bestimmt werden kann, so dass Störungen genau der verursachenden Elektrode zuordenbar sind.
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Ferner weist die Vorrichtung wenigstens ein Zugang zur Bearbeitungsstation auf, durch welchen das Bauteil und/ oder die Bearbeitungsstation für Bedienpersonal und/ oder wenigstens eine Handlingsvorrichtung zugänglich ist.
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Um einen kompakten Aufbau der Vorrichtung zu ermöglichen, welcher zusätzlich eine gute Zugänglichkeit zur Bearbeitungsstation aufweist, wird vorgeschlagen, die Frischelektrolytversorgungseinrichtung auf einer ersten und die Altelektrolytentsorgungseinrichtung auf einer zweiten Seite ebenfalls benachbart zur Bearbeitungsstation anzuordnen, wobei die Frischelektrolytversorgungseinrichtung insbesondere räumlich beabstandet von der Altelektrolytentsorgungseinrichtung angeordnet ist. Die erste Seite mit der Frischelektrolytversorgungseinrichtung ist dabei insbesondere bezüglich der Bearbeitungsstation gegenüberliegend zur zweiten Seite mit der Altelektrolytentsorgungseinrichtung angeordnet. So kann eine klare örtliche Trennung von Frischelektrolytversorgungseinrichtung und Altelektrolytentsorgungseinrichtung erfolgen, wodurch die Versorgung und Wartung der beiden Einrichtungen vereinfacht wird.
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Dabei ist wenigstens ein Zugang zur Bearbeitungsstation zwischen der Frischelektrolytversorgungseinrichtung und der Altelektrolytentsorgungseinrichtung angeordnet. Da die Elektrolytversorgungseinrichtungen aufgrund der erforderlichen Elektrolytmenge und der mit deren Speicherung und Führung verbundenen Einrichtungen einen relativ großen Platzbedarf aufweisen und die Bearbeitungsstation möglichst gut zugänglich sein sollte wird vorgeschlagen, wenigstens einen Zugang zur Bearbeitungsstation der Vorrichtung zwischen den beiden Elektrolytversorgungseinrichtungen anzuordnen. Auf diese Weise ist wenigstens ein Zugang zur Bearbeitungsstation frei von Versorgungseinrichtungen für den Elektrolyten.
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Grundsätzlich ist die Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen mittels elektrochemischem Abtragen geeignet, das vorausgehend beschriebene Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils auszuführen. Die in der vorausgehenden Beschreibung genannten Merkmale des Verfahrens sind daher mit wenigstens einer Ausführung bzw. Einrichtungen der vorgeschlagenen Vorrichtung verwirklichbar.
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Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen mittels elektrochemischem Abtragen verläuft die jeweilige Bewegungsbahn der gegenüber dem in der Bearbeitungsstation aufgenommenen Bauteil bewegbaren Elektroden wenigstens abschnittsweise parallel oder in einem Winkel zur Vertikalen. Solche Antriebe bzw. Führungseinrichtungen zum Führen von im Wesentlichen vertikalen oder in einem Winkel zur Vertikalen verlaufenden Bewegungen von Elektroden weisen eine geringe horizontale Erstreckung auf. Damit ermöglicht eine solche Ausführung eine kompakte Gestaltung der Vorrichtung.
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Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen mittels elektrochemischem Abtragen weist die Bearbeitungsstation eine aktive Drehachse auf. Mithilfe einer aktiven Drehachse der Bearbeitungsstation sind insbesondere im Zusammenwirken mit wenigstens einer auf einer Bewegungsbahn gegenüber dem Bauteil geführten Elektrode eine Vielzahl von Bearbeitungsgeometrien am Bauteil umsetzbar.
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Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung weist diese zwei an der Bearbeitungsstation gegenüberliegend angeordnete Zugänge auf, welche jeweils zwischen der Frischelektrolytversorgungseinrichtung und der Altelektrolytentsorgungseinrichtung angeordnet sind. Zwei gegenüberliegend angeordnete Zugänge zur Bearbeitungsstation ermöglichen eine gute Zugänglichkeit zum Bauteil und zu den Werkzeugen. Insbesondere bei einer Mehrfachbearbeitung durch mehr als zwei, wie insbesondere drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr am Bauteil angeordnete Elektroden ist eine gute Zugänglichkeit zu möglichst jeder der Elektroden erforderlich. Eine Vorrichtung mit zwei gegenüberliegend angeordneten Zugängen zur Bearbeitungsstation ermöglicht einen guten Zugang von zwei Seiten her zu den Bearbeitungspositionen und den Werkzeugen.
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Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen sind Elemente der Stromversorgungseinrichtung so benachbart zur Frischelektrolytversorgungseinrichtung und/ oder benachbart zur Altelektrolytentsorgungseinrichtung angeordnet, dass der wenigstens eine Zugang zur Bearbeitungsstation zwischen der Frischelektrolytversorgungseinrichtung und der Altelektrolytentsorgungseinrichtung frei bleibt. Diese Ausführung ermöglicht einen weiter kompakten Aufbau der Vorrichtung, indem die Stromversorgungseinrichtungen so angeordnet sind, dass der Zugang zur Bearbeitungsstation durch diese nicht eingeschränkt wird.
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Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen erstreckt sich der wenigstens eine Zugang zur Bearbeitungsstation im Wesentlichen über die Breite der Bearbeitungsstation. Eine derartige Ausführung verbessert weiter einen guten Zugang zur Bearbeitungsstation, insbesondere zum dort aufgenommenen Bauteil und den Werkzeugen.
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Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen ist jeweils zwischen benachbart zur Frischelektrolytversorgungseinrichtung und/ oder benachbart zur Altelektrolytentsorgungseinrichtung angeordneten Elementen der Stromversorgungseinrichtung ein Zugang zur Frischelektrolytversorgungseinrichtung und/ oder zur Altelektrolytentsorgungseinrichtung angeordnet. Diese Ausführung ermöglicht einen weiter kompakten Aufbau der Vorrichtung, indem die Stromversorgungseinrichtungen so angeordnet sind, dass der Zugang zu den Elektrolytversorgungseinrichtungen durch diese nicht eingeschränkt wird.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt
- 1a eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten von Bauteilen mittels elektrochemischem Abtragen in einer Draufsicht;
- 1b eine schematische dreidimensionale Darstellung der beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1a; und
- 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1a zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Bearbeiten von Bauteilen mittels elektrochemischem Abtragen. Die Vorrichtung weist eine Bearbeitungsstation 5 auf, in welcher ein zu bearbeitendes Bauteil 3 fest aufnehmbar ist und vier beispielhaft gleichmäßig am Bauteil 3 verteilt angeordnete Werkzeuge in Form von Elektroden 8, welche gegenüber einem in der Bearbeitungsstation 5 aufgenommenen Bauteil 3 bewegbar sind. Das in der Bearbeitungsstation 5 aufgenommene Bauteil 3 ist scheibenförmig ausgebildet, so dass die Bauteilachse A in Richtung der kurzen Erstreckung des Bauteils 3 verläuft. In 1 ist links neben der Bearbeitungsstation 5 eine Frischelektrolytversorgungseinrichtung 11 angeordnet, welche zum Bereitstellen und Zuführen eines Frischelektrolyten zwischen das Bauteil 3 und die Elektroden 8 während des Bearbeitungsvorgangs dient. Die beispielhafte Vorrichtung 10 weist dabei vier Frischelektrolytpumpen auf, so dass jede Elektrode 8 von einer separaten Frischelektrolytpumpe versorgbar ist. Eine Altelektrolytentsorgungseinrichtung 12, welche zum Abführen und Speichern von Altelektrolyt vom Bauteil 3 bzw. den Elektroden 8 während und nach dem Bearbeitungsvorgang dient, ist rechts neben der Bearbeitungsstation 5 angeordnet und weist nur eine Altelektrolytpumpe auf, welche den verwendeten Elektrolyt rückfördert.
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An der beispielhaften Vorrichtung 10 sind zwei gegenüberliegend angeordnete Zugänge 15 zur Bearbeitungsstation 5 angeordnet, durch welchen das Bauteil 3 bzw. die Bearbeitungsstation 5 für Bedienpersonal 2 (1b) und/ oder mit wenigstens einer Handlingsvorrichtung wie einem Kran oder einem Feeder zugänglich ist. Die Frischelektrolytversorgungseinrichtung 11 ist bei der beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 auf einer ersten und die Altelektrolytentsorgungseinrichtung 12 auf einer zweiten Seite benachbart zur Bearbeitungsstation 5 angeordnet. Ferner sind die beiden Zugänge 15 zur Bearbeitungsstation 5 zwischen der Frischelektrolytversorgungseinrichtung 11 und der Altelektrolytentsorgungseinrichtung 12 angeordnet und erstrecken sich im Wesentlichen über die Breite der Bearbeitungsstation 5.
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Die Vorrichtung 10 weist ferner eine verteilt an der Vorrichtung angeordnete Stromversorgungseinrichtung 14 auf, welche eine Steuereinrichtung und die erforderlichen Einrichtungen zum Anlegen einer positiven Spannung an das Bauteil 3 und zum Anlegen einer negativen Spannung an die Elektroden 8 aufweist. Die Elemente der Stromversorgungseinrichtung 14 sind dabei benachbart zur Frischelektrolytversorgungseinrichtung 11 und Altelektrolytentsorgungseinrichtung 12 angeordnet, wodurch die Zugänge 15 zur Bearbeitungsstation 5 zwischen der Frischelektrolytversorgungseinrichtung 11 und der Altelektrolytentsorgungseinrichtung 12 frei bleiben. Zusätzlich bleibt zwischen benachbart zur Frischelektrolytversorgungseinrichtung 11 angeordneten Elementen der Stromversorgungseinrichtung 14 ein Zugang 16 zur Frischelektrolytversorgungseinrichtung 11 und in gleicher Weise zwischen benachbart zur Altelektrolytentsorgungseinrichtung 12 angeordneten Elementen der Stromversorgungseinrichtung 14 ein Zugang 17 zur Altelektrolytentsorgungseinrichtung 12 frei.
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Die Elektroden 8 der Vorrichtung 10 sind senkrecht zur Zeichnungsebene der 1 verfahrbar, so dass deren Bewegungsbahn gegenüber dem in der Bearbeitungsstation 5 aufgenommenen Bauteil 5 in vertikaler Richtung verläuft. Zusätzlich weist die Bearbeitungsstation 5 eine die Bauteilachse A überlagernde aktive Drehachse D auf, wodurch neben achsparallelen oder schräg zur Achse („windschief“) hierzu ausgebildeten Ausnehmungen beispielsweise auch eine spiralförmige Bearbeitung am Umfang eines rotationssymmetrischen Bauteils 5 erzeugt werden kann.
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1b zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung der beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1a, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Zusätzlich ist in 1b eine Bedienperson 2 der Vorrichtung 10 dargestellt sowie eine Bedienerschnittstelle 14a der Steuereinrichtung der Stromversorgungseinrichtung 14.
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In 2 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bearbeiten eines insbesondere flächig ausgebildeten Bauteils 3 durch elektrochemisches Abtragen, wobei das Bauteil 3 insbesondere aus vorhergehenden Fertigungsschritten resultierende Eigenspannungen aufweist, schematisch dargestellt. Das Verfahren kann beispielsweise mit einer Vorrichtung 10 durchgeführt werden, wie sie beispielhaft in den 1a und 1b dargestellt und beschrieben ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- In einem ersten Schritt a) erfolgt ein Bereitstellen des zu bearbeitenden Bauteils 3. Danach werden im Schritt b) wenigstens zwei Werkzeuge in Form von Elektroden 8 und im Schritt c) ein Elektrolyt zwischen dem Bauteil 3 und den wenigstens zwei Elektroden 8 bereitgestellt. Im Schritt d) wird eine positive Spannung an das Bauteil 3 und eine negative Spannung an die wenigstens zwei Elektroden 8 angelegt. Damit kann im Schritt e) durch Bewegen der wenigstens zwei Elektroden 8 entlang ihrer jeweiligen Bewegungsbahn gegenüber dem Bauteil 3 ein elektrochemisches Abtragen erfolgen; dabei wird der Spalt zwischen jeder Elektrode 8 und dem Bauteil 3 wenigstens zeitweise mit dem Elektrolyten gespült. Das elektrochemische Abtragen erfolgt dabei zeitlich parallel und örtlich voneinander beabstandet durch die wenigstens zwei am Bauteil 3 verteilt angeordneten Elektroden 8, deren jeweilige Bewegungsbahn wenigstens abschnittsweise parallel oder in einem Winkel zu einer sich in Richtung einer kurzen Erstreckung des Bauteils 3 angeordneten Bauteilachse A verläuft.
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Wahlweise kann in einem weiteren Bearbeitungsschritt e) ein weiteres elektrochemisches Abtragen durchgeführt werden, das ebenfalls zeitlich parallel und örtlich voneinander beabstandet durch wenigstens zwei am Umfang des Bauteils 3 verteilt angeordnete Elektroden 8 erfolgt. Die jeweilige Bewegungsbahn der wenigstens zwei Elektroden 8 verläuft dabei ebenfalls parallel oder in einem Winkel zu einer in Richtung einer kurzen Erstreckung des Bauteils 3 angeordneten Achse A des Bauteils 3. Die Achse A des Bauteils 3 ist vertikal angeordnet und entspricht bei der in den 1a und 1b dargestellten Vorrichtung der aktiven Drehachse D der Bearbeitungsstation 5.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Bedienperson
- 3
- Bauteil
- 5
- Bearbeitungsstation
- 8
- Elektrode
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Frischelektrolytversorgungseinrichtung
- 12
- Altelektrolytentsorgungseinrichtung
- 14
- Stromversorgungseinrichtung
- 14a
- Bedienerschnittstelle der Steuereinrichtung der Stromversorgungseinrichtung
- 15
- Zugang zur Bearbeitungsstation
- 16
- Zugang zur Frischelektrolytversorgungseinrichtung
- 17
- Zugang zur Altelektrolytentsorgungseinrichtung
- A
- Bauteilachse
- D
- Aktive Drehachse
