DE102019216048A1

DE102019216048A1 - Verfahren und Elektrode zum Bearbeiten von Bauteilen durch elektrochemisches Abtragen

Info

Publication number: DE102019216048A1
Application number: DE102019216048.4A
Authority: DE
Inventors: Roland Huttner; Markus Zeis; Nicole Feiling
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-04-22
Also published as: US20240139843A1; WO2021073675A1; EP4045219A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) mit wenigstens einer Elektrode (30), welche eine erste Arbeitsfläche (31) mit einer äußeren Kontur (32) aufweist, die unter Ausbildung eines Spalts (33) komplementär zu einer durch die elektrochemische Bearbeitung herzustellenden Oberfläche (21) des Bauteils (20) geformt ist, und welche eine zweite Arbeitsfläche (36) aufweist, welche an einem Rand (24) der hergestellten Oberfläche (21) des Bauteils (20) anordenbar ist. Bei dem Verfahren wird zunächst das Bauteil (20) bereitgestellt, und die erste Arbeitsfläche (31) der Elektrode (30) in einer ersten Bearbeitungsposition gegenüber dem Bauteil (20) positioniert. Dann erfolgt das Bearbeiten des Bauteils (20) mit der ersten Arbeitsfläche (31) zum Herstellen der Oberfläche (21), bevor die der Bearbeitung des Bauteils (20) mit der ersten Arbeitsfläche (31), an einer vorbestimmten Position beendet wird. Danach wird das Bauteil (20) mit der zweiten Arbeitsfläche (36) der Elektrode (30) bearbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils mit wenigstens einer Elektrode, welche eine erste Arbeitsfläche mit einer äußeren Kontur aufweist, die unter Ausbildung eines Spalts komplementär zu einer durch die elektrochemische Bearbeitung herzustellenden Oberfläche des Bauteils geformt ist, und mit einer zweiten Arbeitsfläche zum Abtragen einer beim Herstellen der Oberfläche ausgebildeten Struktur.
Bei einem Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten (Elysieren) eines Bauteils, wie dem Elektrochemischen Abtragen (ECM: „Electrochemical Machining“) oder dem Präzisen Elektrochemischen Abtragen (PECM: „Precise Electrochemical Machining“), wird ein elektrisch leitfähiges Metall durch einen elektrochemischen Prozess entfernt. Dabei wird eine Kathode (Elektrode, Werkzeug) gegenüber einer Anode (Bauteil) verschoben und dabei „in“ bzw. „durch“ das Bauteil geführt. Gleichzeitig wird ein Elektrolyt in den zwischen der Kathode und der Anode verbleibenden Spalt geführt, welcher insbesondere auch zum Abtransport der entstehenden Prozessprodukte wie insbesondere von Metallhydroxid dient. Am Bauteil wird dabei die gewünschte, durch die Elektrode vorgegebene Oberfläche ausgebildet.
Das elektrochemische Bearbeiten ermöglicht das Herstellen präziser Bauteilgeometrien. Entsprechend weisen die Elektroden eine entsprechend der vorgesehenen Bearbeitung präzise Geometrie auf und werden entsprechend präzise gegenüber dem bearbeiteten Bauteil geführt. So entstehen bei der Bearbeitung an den Bauteilen exakte Bearbeitungsränder bzw. Bearbeitungsgrenzen und entsprechende Randstrukturen, welche sich am Bearbeitungsrand bilden, wie beispielsweise scharfe Kanten. Funktionsbedingt ist es häufig gewünscht, dass der Übergang von elektrochemisch bearbeiteten Flächen zu daran angrenzenden Flächen eines Bauteils keine harten oder herstellungsbedingt gebrochene oder geringfügig abgerundete, sondern stärker abgerundete Kanten aufweist. Zum Brechen oder zum Abrunden der Kanten bzw. der Übergänge ist üblicherweise ein zusätzlicher Fertigungsschritt erforderlich, oft in Form eines zusätzlichen spanabhebenden Verfahrensschritts.
Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils vorzuschlagen. Ferner soll eine Elektrode und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung gestellt werden. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils mit wenigstens einer Elektrode vorgeschlagen, welche eine erste Arbeitsfläche mit einer äußeren Kontur aufweist, die unter Ausbildung eines Spalts komplementär zu einer durch die elektrochemische Bearbeitung herzustellenden Oberfläche des Bauteils geformt ist. Die Elektrode weist ferner eine zweite Arbeitsfläche auf, welche an einem Rand der hergestellten Oberfläche des Bauteils anordenbar ist, um wenigstens eine beim Herstellen der Oberfläche an deren Rand ausgebildete Struktur abzutragen. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:

- Bereitstellen des Bauteils;
- Positionieren der ersten Arbeitsfläche der Elektrode in einer ersten Bearbeitungsposition gegenüber dem Bauteil;
- Bearbeiten des Bauteils mit der ersten Arbeitsfläche und mit einem ersten Satz von Bearbeitungsparametern zum Herstellen der Oberfläche;
- Beenden der Bearbeitung des Bauteils mit der ersten Arbeitsfläche,
- - an einer vorbestimmten Position und/ oder
- - Positionieren der zweiten Arbeitsfläche der Elektrode an einer vorbestimmten Position gegenüber dem Bauteil;
- Bearbeiten des Bauteils mit der zweiten Arbeitsfläche mit einem zweiten Satz von Bearbeitungsparametern zum Abtragen der Struktur.

Die Elektrode weist entsprechend eine erste Arbeitsfläche und eine zweite Arbeitsfläche auf, wobei die erste Arbeitsfläche zum Herstellen der vorgesehenen Oberfläche des Bauteils dient und die zweite Arbeitsfläche nachfolgend der Herstellung der vorgesehenen Oberfläche des Bauteils verwendet wird, um am Rand der hergestellten Oberfläche eine dort insbesondere durch den vorausgehenden Bearbeitungsschritt ausgebildete Struktur abzutragen. Abhängig von der Anwendung kann die Elektrode auch zwei oder mehr erste Arbeitsflächen zur Bearbeitung einer, zwei oder mehrerer herzustellender Oberflächen aufweisen, wobei eine Arbeitsfläche der Elektrode auch mehrteilig ausgeführt sein kann.
Die Elektrode weist ferner eine zweite Arbeitsfläche auf, welche an einem Rand der hergestellten Oberfläche des Bauteils anordenbar ist, um wenigstens eine beim Herstellen der Oberfläche an deren Rand ausgebildete Struktur abzutragen. Dabei handelt es sich insbesondere um solche Strukturen, die sich durch das Abtragen von benachbart zu der hergestellten Oberfläche angeordnetem Werkstoffs ausbilden, wie insbesondere scharfe Kanten oder Grate aufweisende Ränder. Abhängig von der Anwendung kann die Elektrode auch zwei oder mehr zweite Arbeitsflächen zur Bearbeitung von Randbereichen einer, zwei oder mehrerer hergestellter Oberflächen aufweisen, wobei auch eine zweite Arbeitsfläche der Elektrode mehrteilig ausgeführt sein kann.
Nach einem Bereitstellen des zu bearbeitenden Bauteils wird die Elektrode mit ihrer ersten Arbeitsfläche in einer ersten Bearbeitungsposition gegenüber dem Bauteil positioniert und dann mit der ersten Arbeitsfläche und unter Verwendung eines ersten Satzes von Bearbeitungsparametern gegenüber dem Bauteil insbesondere auf einer vorgegebenen Bearbeitungsbahn bewegt, um die vorgesehene Oberfläche herzustellen. Ein solcher erster Satz von Bearbeitungsparametern umfasst insbesondere die Vorschubgeschwindigkeit (beispielsweise konstant und/ oder oszillierend), die zwischen dem Bauteil (Anode) und der Elektrode (Kathode) angelegte Spannung, sowie insbesondere deren zeitlicher Verlauf (beispielsweise konstant, wechselnd bzw. oszillierend oder zu- oder abnehmend) und die Versorgung des zwischen der ersten Arbeitsfläche und der bearbeiteten Oberfläche des Bauteils verbleibenden Spalts mit Elektrolyt, welcher insbesondere auch mit pulsierender Strömung zugeführt werden kann.
Die Bearbeitung des Bauteils mit der ersten Arbeitsfläche der Elektrode wird nach dem Herstellen der Oberfläche beendet. Die Bearbeitung wird insbesondere an einer vorbestimmten Position beendet, an welche die Elektrode durch den Bearbeitungsvorschub bewegt wurde. Ebenso kann die Bearbeitung des Bauteils an einer Position beendet werden, welche in keinem örtlichen Zusammenhang mit einem folgenden Bearbeitungsschritt steht. Entsprechend kann die zweite Arbeitsfläche der Elektrode beim Beenden der Bearbeitung mit der ersten Arbeitsfläche und/ oder durch einen zusätzlichen Positionierschritt an der vorbestimmten Position gegenüber dem Bauteil positioniert werden. Die vorbestimmte Position entspricht dabei der (Start-) Bearbeitungsposition der zweiten Arbeitsfläche zum Abtragen einer am Rand der bereits hergestellten Oberfläche ausgebildeten Struktur.
Hierauf folgt das Bearbeiten des Bauteils mit der wenigstens einen zweiten Arbeitsfläche unter Verwendung eines zweiten Satzes von Bearbeitungsparametern zum Abtragen der Struktur. Auch ein solcher zweiter Satz von Bearbeitungsparametern umfasst insbesondere eine gegebenenfalls oszillierende Vorschubbewegung, die zwischen dem Bauteil (Anode) und der Elektrode (Kathode) angelegte Spannung sowie insbesondere deren zeitlicher Verlauf und die Versorgung des zwischen der zweiten Arbeitsfläche und der bearbeiteten Oberfläche des Bauteils verbleibenden Spalts mit Elektrolyt. Insbesondere ist die zweite Arbeitsfläche so an der Elektrode angeordnet, dass diese am Ende der Bearbeitungsbewegung der ersten Arbeitsfläche zur Herstellung der Oberfläche am Bauteil an der vorbestimmten Position gegenüber dem Bauteil positioniert ist, sodass die Bearbeitung zum Abtragen einer sich am Rand der Oberfläche gebildeten Struktur insbesondere ohne weitere oder zumindest ohne aufwendigere Positionierung der Elektrode gegenüber dem Bauteil möglich ist.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, scharfen Kanten oder ähnliche Strukturen an Rändern wie Übergängen von elektrochemisch bearbeiteten Flächen zu anderen Flächen eines Bauteils in einer Aufspannung und mit derselben Elektrode in einem insbesondere anschließendem bzw. zweiten elektrochemischen Bearbeitungsschritt abzutragen, insbesondere zu brechen oder abzurunden. Der Bearbeitungsablauf ist dabei ähnlich zu üblichen Verfahren zum Herstellen einer Oberfläche, wobei bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Vorschubeinrichtung der Elektrode an einer geeigneten Position gestoppt werden kann, und die Bearbeitung des Bauteils gegebenenfalls nach einer zusätzlichen Positionierung der Elektrode mit der zweiten Arbeitsfläche unter Verwendung insbesondere eines zweiten Parametersatzes fortgeführt wird. Ein möglicher Parameter des zweiten Parametersatzes ist beispielsweise ein leichtes lineares Oszillieren am Rand der vorausgehend hergestellten Oberfläche. Der erforderliche Elektrolyt kann beispielsweise im gesamten Bearbeitungsprozess im Gegenstromverfahren und damit gegen die Vorschubeinrichtung der Elektrode zugeführt werden.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Elektrode wenigstens eine dritte Arbeitsfläche auf, welche parallel zur zweiten Arbeitsfläche an einem weiteren Rand der hergestellten Oberfläche des Bauteils angeordnet wird und mit welcher wenigstens eine beim Herstellen der Oberfläche an deren weiteren Rand ausgebildete Struktur abtragbar ist, wobei das Bauteil gleichzeitig mit der zweiten Arbeitsfläche und der dritten Arbeitsfläche der Elektrode bearbeitet wird. Auf diese Weise kann wenigstens eine beim Herstellen der Oberfläche an deren weiteren Rand ausgebildete Struktur abgetragen werden. Entsprechend wird die dritte Arbeitsfläche parallel mit der zweiten Arbeitsfläche an einer vorbestimmten Position insbesondere am Rand der hergestellten Oberfläche angeordnet, so dass die Bearbeitung zum Abtragen einer sich an einem insbesondere weiteren Rand der Oberfläche gebildeten Struktur ohne zusätzliche Positionierung der Elektrode gegenüber dem Bauteil möglich ist. Insbesondere erfolgt die Bearbeitung des Bauteils mit der dritten Arbeitsfläche unter Verwendung eines dritten Parametersatzes, dessen Parameterwerte wenigsten bezüglich der Elektrodenbewegung mit dem zweiten Parametersatz übereinstimmt.
Bei einer Ausführungsform werden zur Durchführung des Verfahrens zwei Elektrolytversorgungskreise eingesetzt, wobei die Bearbeitung des Bauteils mit der ersten Arbeitsfläche der Elektrode vom ersten Elektrolytversorgungskreis mit Elektrolyt versorgt wird und die Bearbeitung des Bauteils mit der zweiten und/ oder dritten Arbeitsfläche der Elektrode vom zweiten Elektrolytversorgungskreis mit Elektrolyt versorgt wird. Bei dieser Ausführungsform wird der Elektrolyt zum Herstellen der Oberfläche mittels des ersten Elektrolytversorgungskreises insbesondere im Gegenstromverfahren zur ersten Arbeitsfläche und damit gegen die Vorschubeinrichtung der Elektrode zugeführt und zum Abtragen der sich am Rand der Oberfläche gebildeten Struktur(en) mittels des zweiten Elektrolytversorgungskreises dem zwischen dem Bauteil und der zweiten und/oder dritten Arbeitsfläche liegenden Spalt. Bei dieser Ausführung muss der Elektrolyt zur Versorgung der Bearbeitung mittels der zweiten und/ oder dritten Arbeitsfläche nicht durch den Bearbeitungsspalt der ersten Arbeitsfläche geführt werden, wo die Gefahr eines Anätzens der bereits hergestellten Oberfläche während der Bearbeitung durch die zweite und/ oder dritte Arbeitsfläche besteht. Der Elektrolyt des zweiten Elektrolytversorgungskreise kann bei dieser Ausführung folglich frei abfließen. Dabei ist es auch möglich, zur Durchführung des Verfahrens drei Elektrolytversorgungskreise vorzusehen, so dass die Bearbeitung des Bauteils mit der zweiten Arbeitsfläche der Elektrode von einem zweiten Elektrolytversorgungskreis mit Elektrolyt versorgt wird und die Bearbeitung des Bauteils mit der dritten Arbeitsfläche der Elektrode von einem dritten Elektrolytversorgungskreis versorgt wird.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Elektrode zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils vorgeschlagen, welche beispielsweise für ein Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils gemäß einem oder mehrerer Aspekte des vorausgehend beschriebenen Verfahrens einsetzbar ist. Die vorgeschlagene Elektrode weist eine erste Arbeitsfläche mit einer äußeren Kontur auf, die unter Ausbildung eines Spalts komplementär zu einer durch die elektrochemische Bearbeitung herzustellenden Oberfläche des Bauteils geformt ist. Ferner weist die Elektrode eine zweite Arbeitsfläche auf, die zum Anordnen an einem Rand der hergestellten Oberfläche des Bauteils vorgesehen ist, um wenigstens eine insbesondere beim Herstellen der Oberfläche an diesem Rand ausgebildete Struktur abzutragen.
Die Elektrode weist wenigstens eine erste Arbeitsfläche und wenigstens eine zweite Arbeitsfläche auf, wobei eine erste Arbeitsfläche zum Herstellen einer vorgesehenen Oberfläche des Bauteils vorgesehen ist und eine zweite Arbeitsfläche insbesondere nach dem Herstellen der vorgesehenen Oberfläche des Bauteils verwendet wird, um am Rand der hergestellten Oberfläche eine dort ausgebildete Struktur abzutragen. Abhängig von der Anwendung kann die Elektrode auch zwei oder mehr erste Arbeitsflächen zur Bearbeitung einer, zwei oder mehr herzustellender Oberflächen aufweisen, wobei eine Arbeitsfläche der Elektrode auch mehrteilig ausgeführt sein kann. Ferner weist die Elektrode wenigstens eine zweite Arbeitsfläche auf, welche an einem Rand der hergestellten Oberfläche des Bauteils anordenbar ist, um wenigstens eine beim Herstellen der Oberfläche an deren Rand ausgebildete Struktur abzutragen. Dabei handelt es sich insbesondere um solche Strukturen, die sich durch das Abtragen von benachbart zu der hergestellten Oberfläche angeordnetem Werkstoffs ausbilden, wie insbesondere scharfe Kanten oder Grate aufweisende Ränder. Abhängig von der Anwendung kann die Elektrode auch zwei oder mehr zweite Arbeitsflächen zur Bearbeitung von Randbereichen einer, zwei oder mehrerer hergestellter Oberflächen aufweisen, wobei auch eine zweite Arbeitsfläche der Elektrode mehrteilig ausgeführt sein kann.
Bei einer Ausführungsform der Elektrode weist diese wenigstens eine dritte Arbeitsfläche auf, die zum Anordnen an einem weiteren Rand der hergestellten Oberfläche des Bauteils vorgesehen ist, um wenigstens eine insbesondere beim Herstellen der Oberfläche an diesem weiteren Rand ausgebildete weitere Struktur abzutragen. Auf diese Weise ist es möglich, mit der Elektrode auch weitere insbesondere am Rand der hergestellten Oberfläche ausgebildete Strukturen des Bauteils zu bearbeiten.
Bei einer Ausführungsform der Elektrode zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils sind die zweite Arbeitsfläche und die dritte Arbeitsfläche entsprechend einem Abstand zwischen dem Rand und einem weiteren Rand voneinander beabstandet angeordnet, so dass dort ausgebildete Strukturen mit der Elektrode parallel bearbeitbar sind. Insbesondere ist die dritte Arbeitsfläche so an der Elektrode angeordnet, dass diese parallel mit zweiten Arbeitsfläche an jeweils einer vorbestimmten Position am Rand der hergestellten Oberfläche positionierbar ist, so dass eine Bearbeitung des Bauteils an insbesondere wenigsten zwei Rändern der hergestellten Oberfläche ohne zusätzliche weitere Positionierung der Elektrode gegenüber dem Bauteil möglich ist.
Bei einer Ausführungsform der Elektrode erstreckt sich zwischen der zweiten Arbeitsfläche und der dritten Arbeitsfläche ein elektrisch nicht leitfähiger, insbesondere schutzanodischer Bereich. Ein solcher elektrisch nicht leitfähiger Bereich kann beispielsweise von einer nichtleitenden Beschichtung der Elektrode, einer Schutzanode oder beispielsweise von einem aus einem nichtleitenden Werkstoff hergestellten und an der Elektrode angeordneten Element gebildet sein. Entsprechend kann zwischen diesem elektrisch nicht leitfähigen Bereich der Elektrode und dem Bauteil kein Strom fließen. Während der elektrochemischen Bearbeitung findet daher an einem Bauteil gegenüber einem elektrisch nicht leitfähigen Bereich der Elektrode kein Abtrag von Werkstoff statt. Entsprechend ist es möglich, mittels eines elektrisch nicht leitfähigen Bereichs die elektrochemisch bearbeitete Fläche eines Bauteils abzugrenzen bzw. zu definieren.
Bei einer Ausführungsform der Elektrode entspricht ein Abstand zwischen der zweiten Arbeitsfläche und der dritten Arbeitsfläche der Erstreckung der Bearbeitung durch die erste Arbeitsfläche. Mit einer solchen Elektrode können gleichzeitig die Ränder an zwei Seiten der vorhergehenden Bearbeitung durch die erste Arbeitsfläche bearbeitet werden, wodurch insbesondere Zeit und Kosten eingespart werden können.
Bei einer Ausführungsform sind in der Elektrode Elektrolytzuführungskanäle ausgebildet, durch welche Elektrolyt zur zweiten Arbeitsfläche und/ oder dritten Arbeitsfläche zuführbar ist. Mittels innerhalb einer Elektrode geführter Elektrolytzuführungskanäle kann der für die Bearbeitung erforderliche Elektrolyt unmittelbar zu einer oder mehreren an der Elektrode angeordneten Arbeitsflächen geführt werden, sodass der Elektrolyt zuverlässig an die bearbeiteten Stellen am Bauteil geführt wird. Ferner kann so auch die Strömungsführung für Elektrolyt außerhalb der Elektrode vereinfacht werden.
In einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils vorgeschlagen, die zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem oder mehrerer Aspekte des vorausgehend beschriebenen Verfahren einsetzbar ist. Ferner weist die Anordnung eine Elektrode wenigstens ein oder mehrere der Merkmale der vorausgehend beschriebenen Elektrode auf. Die Anordnung weist ferner eine Bearbeitungsaufnahme auf, in welcher wenigstens ein zu bearbeitender Bereich des Bauteils wenigstens teilweise anordenbar ist und welche eine Spülkammer und eine mit einem Elektrolytkreis verbindbare Elektrolytzuführung zum Zuführen von Elektrolyt an die erste Arbeitsfläche der Elektrode aufweist.
Die Ausführung der Elektrode und deren optionale Merkmale entsprechen der vorausgehend detailliert beschriebenen Elektrode. An der Bearbeitungsaufnahme ist wenigstens ein zu bearbeitender Bereich des Bauteils wenigstens teilweise anordenbar. Insbesondere ist ein solcher zu bearbeitender Bereich des Bauteils in einer Spülkammer der Bearbeitungsaufnahme anordenbar. Eine mit einem Elektrolytkreis verbindbare Elektrolytzuführung führt Elektrolyt an die erste Arbeitsfläche der Elektrode, insbesondere in einen zwischen dem zu bearbeitenden Bauteil und der Elektrode angeordneten Spalt. Die Spülkammer der Bearbeitungsaufnahme umgibt dabei wenigstens teilweise den zwischen dem zu bearbeitenden Bauteil und der Elektrode angeordneten Spalt. Insbesondere ist die Elektrolytzuführung so ausgebildet, dass die Elektrolytzuführungskanäle Elektrolyt zur Spülkammer führen und dort in den Bearbeitungsspalt, wo dieser beim Durchströmen des Spalt neben seiner elektrischen Leitfähigkeit insbesondere auch den Abtransport der entstehenden Prozessprodukte unterstützt. Die Spülkammer ist insbesondere ausgebildet, die Strömung des verbrauchten Elektrolyten auch nach der Bearbeitung zu führen, insbesondere um diesen von der Bearbeitungsaufnahme weg und beispielsweise einer Altelektrolyt-Entsorgung zuzuführen.
In einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils vorgeschlagen, welche insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem oder mehrerer Aspekte des vorausgehend beschriebenen Verfahren einsetzbar ist. Die vorgeschlagene Vorrichtung weist auf:

- wenigstens eine Bauteilaufnahme zum Aufnehmen eines zu bearbeitenden Bauteils in der Vorrichtung;
- eine Elektrode mit wenigstens einer daran angeordneten Arbeitsfläche zum Bearbeiten eines Bauteils;
- eine Antriebseinrichtung zum Bewegen wenigstens einer Elektrode gegenüber dem zu bearbeitenden Bauteil;
- eine Versorgungseinrichtung zum Versorgen der Elektrode mit Energie und zum Versorgen wenigstens eines Spalts zwischen der Elektrode und dem Bauteil mit Elektrolyt; und
- eine Steuereinrichtung zum Steuern der Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils.

Dabei weist die vorgeschlagene Vorrichtung eine Elektrode auf, welche gemäß einem oder mehreren der Merkmale der vorausgehend beschriebenen Elektrode ausgebildet ist und/ oder die Vorrichtung weist eine Elektrodenanordnung auf, wie sie vorausgehend beschrieben ist.
Mit einer erfindungsgemäß ausgeführten Vorrichtung kann so das vorgeschlagene Verfahren ausgeführt werden und entsprechend scharfen Kanten oder ähnliche Strukturen an Rändern wie Übergängen von elektrochemisch bearbeiteten Flächen zu anderen Flächen eines Bauteils in einer Aufspannung und mit derselben Elektrode in einem insbesondere anschließendem bzw. zweiten elektrochemischen Bearbeitungsschritt abzutragen, insbesondere zu brechen oder abzurunden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Anordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektrochemischem Bearbeiten eines Bauteils in einer teilweisen Schnittdarstellung;
2 die schematische Darstellung der beispielhaften erfindungsgemäßen Anordnung aus 1 in einer teilweisen Schnittdarstellung beim Durchführen eines weiteren Verfahrensschritts;
2a ein Detail der Darstellung aus 2;
3 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Anordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektrochemischem Bearbeiten eines Bauteils in einer teilweisen Schnittdarstellung; und
4 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektrochemischem Bearbeiten eines in einer Spannvorrichtung 19 angeordneten Bauteils 20 in einer teilweisen Schnittdarstellung. Die Darstellung zeigt die Anordnung 10 dabei bereits nach dem Herstellen der Oberfläche 21 durch elektrochemisches Abtragen. Die Anordnung 10 weist eine Elektrode 30 auf, mit einer ersten Arbeitsfläche 31 mit einer äußeren Kontur 32, die unter Ausbildung eines Spalts 33 (vgl. 3) komplementär zu einer mit der Elektrode 30 durch eine elektrochemische Bearbeitung herstellbare Oberfläche 21 des Bauteils 20 geformt ist. Die in der Oberfläche 21 und der ersten Arbeitsfläche 31 dargestellten Lichtkanten dienen zur Veranschaulichung der dreidimensionalen Erstreckung der ersten Arbeitsfläche 31 bzw. der hergestellten Oberfläche 21.
Ferner weist die Elektrode 30 eine zweite Arbeitsfläche 36 auf, die zum Anordnen an einem Rand 24 der hergestellten Oberfläche 21 des Bauteils 20 vorgesehen ist, um wenigstens eine insbesondere beim Herstellen der Oberfläche 21 an einem Rand 24 ausgebildete Struktur 27 abzutragen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Struktur 27 eine am Rand 24 der elektrochemisch hergestellten Oberfläche 21 ausgebildete Kante, welche verrundet werden soll.
Die Anordnung weist ferner eine Bearbeitungsaufnahme 11 auf, in welcher der zu bearbeitende Bereich des Bauteils 20 anordenbar ist. An der Bearbeitungsaufnahme 11 sind außerdem eine Spülkammer 12 und eine mit einem ersten Elektrolytversorgungskreis 14 verbindbare Elektrolytzuführung 15 mit einem Elektrolytzuführkanal 16 zum Zuführen von Elektrolyt an die erste und zweite Arbeitsfläche 31, 36 der Elektrode 30 vorgesehen.
Eine Vorrichtung 5 zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils 20 weist außerdem eine Antriebseinrichtung 6 zum Bewegen der Elektrode 30 gegenüber dem zu bearbeitenden Bauteil 20 auf. Weiter weist die Vorrichtung 5 eine Versorgungseinrichtung 7 zum Versorgen der Elektrode 30 mit Energie und wenigstens eines Spalts 33 zwischen der Elektrode 30 und dem Bauteil 20 mit Elektrolyt auf und eine Steuereinrichtung 9 zum Steuern der Vorrichtung 5 zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils 20. Bei der Bearbeitung des Bauteils 20 durch die erste Arbeitsfläche 31 bewegt die Antriebseinrichtung 6 die Elektrode 30 in Richtung des Pfeils 29 gegenüber dem Bauteil 20.
2 zeigt die schematische Darstellung der beispielhaften erfindungsgemäßen Anordnung 10 aus 1 in einer teilweisen Schnittdarstellung beim Durchführen eines weiteren, wahlweisen Verfahrensschritts. Hierbei weist die Elektrode 30 eine optionale dritte Arbeitsfläche 38 auf, die zum Anordnen an einem weiteren Rand 26 der hergestellten Oberfläche 21 (verdeckt durch die Elektrode 30) des Bauteils 20 vorgesehen ist, um wenigstens eine insbesondere beim Herstellen der Oberfläche 21 an diesem weiteren Rand 26 ausgebildete weitere Struktur 28 abzutragen. So kann das Bauteil 20 gleichzeitig mit der zweiten Arbeitsfläche 36 und der dritten Arbeitsfläche 38 der Elektrode 30 bearbeitet werden.
Die zweite Arbeitsfläche 36 und die dritte Arbeitsfläche 38 sind entsprechend einem Abstand A (in 1 dargestellt) zwischen dem Rand 24 und einem weiteren Rand 26 voneinander beabstandet angeordnet. Auf diese Weise sind die beim Ausführungsbeispiel in Form von Kanten dort ausgebildeten Strukturen 27, 28 durch die Elektrode 30 parallel bearbeitbar. Zwischen der zweiten Arbeitsfläche 36 und der dritten Arbeitsfläche 38 erstreckt sich ein elektrisch nicht leitfähiger Bereich 34, welcher alternativ auch als Schutzanode ausgebildet sein kann. Aufgrund des elektrisch nicht leitfähigen Bereichs 34, der zwischen den Arbeitsflächen 36 und 38 angeordnet ist, wird im Zuge der Bearbeitung der Ränder 24, 26 kein Werkstoff der hergestellten Oberfläche 21 des Bauteils 20 elektrochemisch abgetragen. Der Abstand A zwischen der zweiten Arbeitsfläche 36 und der dritten Arbeitsfläche 38 entspricht bei der beispielhaften Ausführung der Erstreckung der Bearbeitung durch die erste Arbeitsfläche 31 der Elektrode 30. Abhängig von der gewünschten Abrundung kann der Abstand A aber auch größer oder kleiner gewählt werden.
In der Elektrode 20 sind ferner Elektrolytzuführungskanäle 37 ausgebildet, durch welche Elektrolyt zur zweiten Arbeitsfläche 36 und - sofern vorhanden - zur dritten Arbeitsfläche 38 zuführbar ist. Hierbei sind die Elektrolytzuführungskanäle 37 mit einer mit einem zweiten Elektrolytversorgungskreis 18 verbindbaren Elektrolytzuführung 39 verbunden, um Elektrolyt an die zweite Arbeitsfläche 36 und die im Ausführungsbeispiel vorgesehene dritte Arbeitsfläche 38 der Elektrode 30 zu führen.
2a zeigt ein Detail der Darstellung aus 2 im Bereich der Bearbeitung einer am Rand 24 ausgebildeten Struktur 27 der hergestellten Oberfläche 21 am Bauteil 20. Zwischen der zweiten Arbeitsfläche 36 (Kathode) und der hergestellten Oberfläche 21 des Bauteils 20 (Anode) ist eine Spannung angelegt. Durch den dargestellten Elektrolytzuführungskanal 37 wird ein Elektrolyt zum Bearbeitungsspalt 33 geführt, so dass am Rand 24 des Bauteils 20 Werkstoff abgetragen wird. Bei der dargestellten beispielhaften Gestaltung erfolgt ein Verrunden der Struktur 27 in Form einer Bearbeitungskante am Rand 24.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektrochemischem Bearbeiten eines Bauteils 20 in einer teilweisen Schnittdarstellung. Die Elemente der Anordnung 10 zum elektrochemischen Bearbeiten in 3 unterscheiden sich dadurch von den Elementen der Anordnung 10 zum elektrochemischen Bearbeiten in den vorausgehenden Figuren darin, dass die Vorschubbewegung der Elektrode 30 einen Winkel α gegenüber der Vertikalen aufweist und die Bearbeitung damit in einem Winkel α zu einem vertikal ausgerichteten Bauteil 20 erfolgt.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens zum elektrochemischem Bearbeiten eines Bauteils 20. Zum Durchführen des Verfahrens ist wenigstens einer Elektrode 30 vorgesehen, welche eine erste Arbeitsfläche 31 mit einer äußeren Kontur 32 aufweist, die unter Ausbildung eines Spalts 33 komplementär zu einer durch die elektrochemische Bearbeitung herzustellenden Oberfläche 21 des Bauteils 20 geformt ist. Die Elektrode 30 weist ferner eine zweite Arbeitsfläche 36 auf, welche an einem Rand 24 der hergestellten Oberfläche 21 des Bauteils 20 anordenbar ist, um wenigstens eine beim Herstellen der Oberfläche 21 an deren Rand 24 ausgebildete Struktur 27 abzutragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf: In einem ersten Schritt a) wird das Bauteil 20 bereitgestellt. Im zweiten Schritt b) erfolgt dann ein Positionieren der ersten Arbeitsfläche 31 der Elektrode 30 in einer ersten Bearbeitungsposition gegenüber dem Bauteil 20. Im dritten Schritt c) wird dann das Bauteil mit der ersten Arbeitsfläche 31 und mit einem ersten Satz von Bearbeitungsparametern zum Herstellen der Oberfläche 21 bearbeitet. Im vierten Schritt d) wird das Bearbeiten des Bauteils 20 mit der ersten Arbeitsfläche 31 beendet. Dies kann an einer vorbestimmten Position der Elektrode 30 gegenüber dem Bauteil 20 erfolgen. Zudem kann die zweite Arbeitsfläche 36 der Elektrode 30 in diesem Schritt an einer vorbestimmten Position gegenüber dem Bauteil 20 positioniert werden. Ist die Elektrode 30 an einer vorbestimmten Position gegenüber dem Bauteil 20 positioniert, wird dann im fünften Schritt e) das Bauteil 20 mit der zweiten Arbeitsfläche 36 mit einem zweiten Satz von Bearbeitungsparametern zum Abtragen der am Rand 24 der Oberfläche 21 ausgebildeten Struktur 27 bearbeitet.
Optional können bei dem vorgeschlagenen Verfahren zwei weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden. Dabei kann die Elektrode 30 beispielsweise eine dritte Arbeitsfläche 38 aufweisen, welche parallel zur zweiten Arbeitsfläche 36 an einem weiteren Rand 26 der hergestellten Oberfläche 21 des Bauteils 20 angeordnet wird und mit welcher wenigstens eine beim Herstellen der Oberfläche 20 an deren weiteren Rand 26 ausgebildete Struktur 28 abtragbar ist, wobei das Bauteil 20 in dem weiteren optionalen, sechsten Verfahrensschritt f) gleichzeitig mit der zweiten Arbeitsfläche 36 und der dritten Arbeitsfläche 38 der Elektrode 30 bearbeitet werden kann.
In einem weiteren, ebenfalls optionalen siebten Verfahrensschritt g) weist die Anordnung 10 zwei Elektrolytversorgungskreise 14, 18 auf, wobei die Bearbeitung des Bauteils 20 mit der ersten Arbeitsfläche 31 der Elektrode 30 vom ersten Elektrolytversorgungskreis 14 mit Elektrolyt versorgt wird und die Bearbeitung des Bauteils 20 mit der zweiten Arbeitsfläche 36 und/ oder mit der dritten Arbeitsfläche 38 der Elektrode 30 vom zweiten Elektrolytversorgungskreis 18 mit Elektrolyt versorgt wird.
Bezugszeichenliste

5: Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten
6: Antriebseinrichtung
7: Versorgungseinrichtung
10: Anordnung zum elektrochemischen Bearbeiten
11: Bearbeitungsaufnahme
12: Spülkammer
14: erster Elektrolytversorgungskreis
15: Elektrolytzuführung
16: Elektrolytzuführkanal
18: zweiter Elektrolytversorgungskreis
19: Spannvorrichtung
20: Bauteil
21: Oberfläche
24: Rand
26: Rand
27: Struktur
28: Struktur
29: Pfeil
30: Elektrode
31: erste Arbeitsfläche
32: Kontur
33: Spalt
34: elektrisch nicht leitfähiger Bereich
36: zweite Arbeitsfläche
37: Elektrolytzuführungskanal
38: dritte Arbeitsfläche
39: Elektrolytzuführung
A: Abstand
α: Winkel

Claims

Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) mit wenigstens einer Elektrode (30), welche eine erste Arbeitsfläche (31) mit einer äußeren Kontur (32) aufweist, die unter Ausbildung eines Spalts (33) komplementär zu einer durch die elektrochemische Bearbeitung herzustellenden Oberfläche (21) des Bauteils (20) geformt ist, und welche eine zweite Arbeitsfläche (36) aufweist, welche an einem Rand (24) der hergestellten Oberfläche (21) des Bauteils (20) anordenbar ist, um wenigstens eine beim Herstellen der Oberfläche (21) an deren Rand (24) ausgebildete Struktur (27) abzutragen, mit folgenden Verfahrensschritten: - Bereitstellen des Bauteils (20); - Positionieren der ersten Arbeitsfläche (31) der Elektrode (30) in einer ersten Bearbeitungsposition gegenüber dem Bauteil (20); - Bearbeiten des Bauteils (20) mit der ersten Arbeitsfläche (31) und mit einem ersten Satz von Bearbeitungsparametern zum Herstellen der Oberfläche (21); - Beenden der Bearbeitung des Bauteils (20) mit der ersten Arbeitsfläche (31), an einer vorbestimmten Position und/ oder Positionieren der zweiten Arbeitsfläche (36) der Elektrode (30) an einer vorbestimmten Position gegenüber dem Bauteil (21); - Bearbeiten des Bauteils (20) mit der zweiten Arbeitsfläche (36) mit einem zweiten Satz von Bearbeitungsparametern zum Abtragen der Struktur (27).
Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (30) wenigstens eine dritte Arbeitsfläche (38) aufweist, welche parallel zur zweiten Arbeitsfläche (36) an einem weiteren Rand (26) der hergestellten Oberfläche (21) des Bauteils (20) angeordnet wird und mit welcher wenigstens eine beim Herstellen der Oberfläche (21) an deren weiteren Rand (26) ausgebildete Struktur (28) abtragbar ist, wobei das Bauteil (20) gleichzeitig mit der zweiten Arbeitsfläche (36) und der dritten Arbeitsfläche (38) der Elektrode (30) bearbeitet wird.
Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Elektrolytversorgungskreise (14, 18), wobei die Bearbeitung des Bauteils (20) mit der ersten Arbeitsfläche (31) der Elektrode (30) vom ersten Elektrolytversorgungskreis (14) mit Elektrolyt versorgt wird und die Bearbeitung des Bauteils (20) mit der zweiten und/ oder dritten Arbeitsfläche (36, 38) der Elektrode (30) vom zweiten Elektrolytversorgungskreis (18) mit Elektrolyt versorgt wird.
Elektrode zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) insbesondere mit einem Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Arbeitsfläche (31) mit einer äußeren Kontur (32), die unter Ausbildung eines Spalts (33) komplementär zu einer durch die elektrochemische Bearbeitung herzustellenden Oberfläche (21) des Bauteils (20) geformt ist, und mit einer zweiten Arbeitsfläche (36), die zum Anordnen an einem Rand (24) der hergestellten Oberfläche (21) des Bauteils (20) vorgesehen ist, um wenigstens eine insbesondere beim Herstellen der Oberfläche (21) an diesem Rand (24) ausgebildete Struktur (27) abzutragen.
Elektrode zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens eine dritte Arbeitsfläche (38) die zum Anordnen an einem weiteren Rand (26) der hergestellten Oberfläche (21) des Bauteils (20) vorgesehen ist, um wenigstens eine insbesondere beim Herstellen der Oberfläche (21) an diesem weiteren Rand (26) ausgebildete weitere Struktur (28) abzutragen.
Elektrode zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Arbeitsfläche (36) und die dritte Arbeitsfläche (38) entsprechend einem Abstand (A) zwischen dem Rand (24) und einem weiteren Rand (26) voneinander beabstandet angeordnet sind, so dass dort ausgebildete Strukturen (27, 28) parallel mit der Elektrode (30) bearbeitbar sind.
Elektrode zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der zweiten Arbeitsfläche (36) und der dritten Arbeitsfläche (38) ein elektrisch nicht leitfähiger, insbesondere schutzanodischer Bereich (34) erstreckt.
Elektrode zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) nach Anspruch 5 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (A) zwischen der zweiten Arbeitsfläche (36) und der dritten Arbeitsfläche (38) der Erstreckung der Bearbeitung durch die erste Arbeitsfläche (31) entspricht.
Elektrode zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) nach Anspruch 4 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektrode (30) Elektrolytzuführungskanäle (37) ausgebildet sind, durch welche Elektrolyt zur zweiten Arbeitsfläche (36) und/ oder dritten Arbeitsfläche (38) zuführbar ist.
Anordnung zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) insbesondere mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Elektrode (30) nach einem der Ansprüche 4 bis 9 und mit einer Bearbeitungsaufnahme (11), in welcher wenigstens ein zu bearbeitender Bereich des Bauteils (20) wenigstens teilweise anordenbar ist und welche eine Spülkammer (12) und eine mit einem Elektrolytkreis (14) verbindbare Elektrolytzuführung (15) zum Zuführen von Elektrolyt an die erste Arbeitsfläche (31) der Elektrode (30) aufweist.
Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20) insbesondere mit dem Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, mit: - wenigstens einer Bauteilaufnahme (11) zum Aufnehmen eines zu bearbeitenden Bauteils (20) in der Vorrichtung (5); - einer Elektrode (30) mit wenigstens einer daran angeordneten Arbeitsfläche (31) zum Bearbeiten eines Bauteils (20); - einer Antriebseinrichtung (6) zum Bewegen wenigstens einer Elektrode (30) gegenüber dem zu bearbeitenden Bauteil (20); - einer Versorgungseinrichtung (7) zum Versorgen der Elektrode (30) mit Energie und wenigstens eines Spalts (33) zwischen der Elektrode (30) und dem Bauteil (20) mit Elektrolyt; und - einer Steuereinrichtung (9) zum Steuern der Vorrichtung (5) zum elektrochemischen Bearbeiten eines Bauteils (20); gekennzeichnet durch eine Elektrode (30) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 9 und/ oder durch eine Anordnung (10) gemäß Anspruch 10.