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BEZUGNAHME
AUF ZUGEHÖRIGE
ANMELDUNGEN
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Die
vorliegende Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung
Nr. 2004-272505, die am 17.09.2004 angemeldet wurde, sowie auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-207881, die am 15.07.2005 angemeldet
wurde. Die vorliegende Anmeldung umfasst diese Anmeldungen und nimmt hierauf
Bezug. genommen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die elektrochemische Bearbeitung
(ECM) und speziell auf ein elektrochemisches Bearbeitungswerkzeug sowie
auf ein Bearbeitungsverfahren unter Verwendung des elektrochemischem
Bearbeitungswerkzeugs, um ein hoch qualitatives Produkts, wie eine Lagerbuchse,
zu niedrigen Kosten herzustellen.
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Herkömmliche
Vorrichtungen für
die elektrochemische Entgratung, wie z.B. in der ungeprüften japanischen
Patentanmeldung H10-277842 beschrieben, umfassen Elektroden und
eine Impulsstromversorgung mit Gleichstromversorgung sowie eine
Steuereinrichtung zum Anlegen des Impulsstroms an ein Werkstück und an
die Elektroden. Die Elektroden umfassen Bearbeitungselektroden zum Entgraten
des Werkstückes
und Elektroden zur Erkennung der Werkstückposition. Zwischen dem Werkstück und den
Elektroden wird ein Elektrolyt zugeführt. Das Werkstück wird
in einer bestimmten Position zu den Elektroden ausgerichtet.
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Was
die Gleichstromversorgung betrifft, ist die positive (+) Anschlussklemme
mit dem Werkstück verbunden
und die negative (–)
Anschlussklemme mit den Elektroden zur Werkstückbearbeitung sowie mit den
Elektroden zur Erkennung der Werkstückposition mittels der Steuereinrichtung
verbunden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das oben erwähnte Dokument
die zur Bearbeitung des Werkstücks
bestimmten Entgratelektroden und die Impulsstromversorgung als Allgemeinkonzepte
beschreiben, die vom Fachmann nicht leicht umzusetzen sind.
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Es
ist auch bekannt, wie z.B. in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung
2000-198042 beschrieben, dass bei der elektrochemischen Bearbeitung
Ultraschallschwingungen mit ungefähr gleichmäßiger Intensität an die
Innenwandfläche
der zu bearbeitenden Bohrung des Werkstücks mithilfe eines Honelektrodenwerkzeugs,
das eine sowohl als Honwerkzeug für die Ultraschallbearbeitung
als auch als Elektrodenwerkzeug für die elektrochemische Bearbeitung
dienende Struktur aufweist, ausgestrahlt werden können. Gleichzeitig
wird ein elektrochemischer Effekt, basierend auf die elektrochemische
Bearbeitung auf der Innenwandfläche
der zu bearbeitenden Bohrung des Werkstücks, eingesetzt. Dadurch werden
Teile mit Nischen, die von herkömmlichen
Bürsten
nicht erreicht werden, dank der Wirkung der Ultraschallschwingungen
und des elektrochemischen Effekts besser gereinigt. Metallsplitter und
Grate, wie Feinpartikeln und Späne,
können
effektiv entfernt werden.
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Es
ist ferner bekannt, dass bei der herkömmlichen elektrochemischen
Bearbeitung – einschließlich elektrochemischer
Verfahren zum Entgraten und Polieren – entweder je ein Verfahren
zum Entgraten oder Polieren einzeln oder beide gleichzeitig ausgeführt werden
können.
Ferner kann die Zusammensetzung des zur Bearbeitung eingesetzten
Elektrolyts beeinflusst werden, um bestimmte Bearbeitungsergebnisse
zu erreichen und dabei zu sichern, dass der Elektrolyt stabile Leiteigenschaften
aufweist. Zum Beispiel kann der Elektrolyt ein Oxidierungsmittel
zur Förderung
der Oberflächenoxidierung
zur Auflösung der
Metalloberfläche
des zu bearbeitenden Werkstücks,
einen Polarisationsverstäker
zur Beibehaltung der Konzentrationspolarisation sowie einen Inhibitor
zur Verhinderung der Korrosion der Metalloberfläche des Werkstücks durch
das Ätzmittel
enthalten. Die ungeprüfte
japanische Patentanmeldung H07-316899 beschreibt eine Elektrolytlösung mit
einem oder einer Kombination von Elektrolyten, die eines, zwei oder
alle drei dieser Mittel – Oxidierungsmittel,
Polarisationsverstärker,
Inhibitor – enthalten.
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Ferner,
wie z.B. in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung H11-207530 beschrieben, kann eine Vorrichtung
für die
elektrochemische Bearbeitung Verarbeitungselektroden aufweisen,
die zur Formung einer Nut mit einer bestimmten Form durch elektrochemische
Bearbeitung einer Innenumfangsfläche
eines Buchsenelements ausgestaltet sind. Die Verarbeitungselektroden
können
Nutbearbeitungselektroden umfassen, die eine oder mehrere Nuten formen
können,
sowie Feinbearbeitungselektroden zur Ausführung eines Feinbearbeitungsvorgangs,
bei dem das Buchsenelement und die Verarbeitungselektroden in einer
bestimmten Richtung zueinander verschoben werden, die Nutbearbeitungselektroden eine
Nut auf der Innenumfangsfläche
eines Buchsenelements formen und die Feinbearbeitungselektroden
die Innenumfangsfläche
fertig bearbeiten.
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Jedoch,
während
das oben erwähnte
Dokument die Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden
Nut auf dem Innenumfang einer Buchse allgemein beschreibt, fehlt
hier die Beschreibung der Bearbeitung einer axialdynamischen Druck
erzeugenden Nut an einer vorbestimmten Position auf der Buchsenkante.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Zur Überwindung
der oben erwähnten
Einschränkungen
von bekannten Bearbeitungswerkzeugen und -verfahren, liefert die
vorliegende Erfindung ein Werkzeug für die elektrochemische Bearbeitung und
ein Verfahren für
die elektrochemische Bearbeitung mit dem hier beschriebenen Werkzeug,
die die Produktion eines hoch qualitativ bearbeiteten Produkts zu
niedrigen Kosten ermöglichen.
Insbesondere reduzieren das Werkzeug und das Verfahren für die elektrochemische
Bearbeitung der vorliegenden Erfindung die Anzahl von Schritten,
die mit der Bearbeitung eines Werkstücks, wie z.B. einer hydrodynamischen
Drucklagerbuchse, verbunden sind, weil die Aufstellung bzw. Einrichtung
des Werkstücks
bzw. der Buchse und die Einrichtung des Werkzeugs für die elektrochemische
Bearbeitung nur einmal erfolgen müssen.
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Wie
erwähnt
kann eine hoch qualitative und wirtschaftliche Herstellung von Werkstücken wie
Lagerbuchsen durch die Reduzierung der Anzahl von Einrichtungsvorgängen und
sonstigen bei der Buchsenherstellung eingesetzten Vorgängen erreicht
werden. Zum Beispiel können
das Werkstück
und das Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung einmal eingerichtet werden, und
in Zusammenhang mit einem Werkzeug für die elektrochemische Bearbeitung
gemäß vorliegender
Erfindung können
Vorgänge
zur gleichzeitigen oder wahlweise Durchführung der Bearbeitung einer
radialdynamischen Druck erzeugenden Nut an einer vorbestimmten Position
auf der Innenumfangsfläche
des Werkstücks,
der Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut an
einer vorbestimmten Position auf der Kantenfläche des Werkstücks bzw.
der Buchse, und des Entgratens zum Entfernen von Bearbeitungsgraten an
einem Ölspeicher
auf der Innenumfangsfläche des
Werkstücks
bzw. der Buchse, ausgeführt
werden.
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Vorteilhafterweise
können
das Werkzeug und Verfahren für
die elektrochemische Bearbeitung zur Bearbeitung von Werkstücken und
dadurch zur Herstellung von maschinell bearbeiteten Produkten für Anwendungen
verwendet werden, die Hochgeschwindigkeit und Hochgenauigkeit erfordern,
wie bei hydrodynamischen Drucklagern, die bei Spindelantrieben für Festplatten
eingesetzt werden können. So
werden bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung, obwohl der
Schwerpunkt der Beschreibung in Einzelaspekten der vorliegenden
Erfindung – wie
der Formung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut und einer
axialdynamischen Druck erzeugenden Nut – liegt, eine Reihe von solchen
Nuten auf verschiedenen Oberflächen
auch vorkommen, wie z.B. für
die Herstellung einer hydrodynamischen Drucklagerbuchse beschrieben.
Bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Werkzeugs und Verfahrens
für die
elektrochemische Bearbeitung kann der Begriff Werkstück anstelle
des Begriffes Buchse verwendet werden, da bei der Herstellung einer
Buchse das Werkzeug und Verfahren der vorliegenden Erfindung auf
ein Werkstück,
wie z.B. ein Metallstück
o. Ä.,
gemäß der Erfindung
angewendet werden.
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Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung umfasst einen Elektrodenkörper, der
zur Durchführung
jedes Vorgangs der elektrochemischen Bearbeitung, wie die Bearbeitung
von Axial-Nuten, die Bearbeitung von Radial-Nuten sowie das Entgraten,
ausgestaltet werden kann, sowie ein isoliertes Führungswerkzeug, das eine Durchlassfunktion
für den
Elektrolyt und eine Positionierfunktion zur Positionierung der Bearbeitungselektroden
relativ zu dem Werkstück
bzw. der Buchse übernimmt. Nach
einer Ausführungsform
ist der Elektrodenkörper
mit Elektroden zur elektrochemischen Bearbeitung einer Axial- und
einer Radialnut, und mit einer Elektrode zum elektrochemischen Entgraten
ausgestattet. Bei einer solchen Ausführungsform können alle
Bearbeitungsvorgänge
gleichzeitig erfolgen.
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Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung ist derart ausgestaltet, dass es
sich entlang einer Achse wechselweise nach Bedarf hin- und herbewegt,
so dass sich das Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung von einem Werkstück – z.B. einer
Buchse – entfernen
oder auf es bis zum Kontakt hinbewegen kann, wobei das Werkstück bzw.
die Buchse durch ein Trägerwerkzeug
gehalten werden kann. Ein sehr enger Kontakt kann durch Drücken der
Kante des Führungswerkzeugs
gegen die Kante der Buchse, auf der die Nut für den axialdynamischen Druck
vorgesehen ist, oder gegen die Oberkante des Trägerwerkzeugs entstehen. Durch
entsprechendes Drücken
der Kante des Führungswerkzeugs
kann ein ECM-Spalt (Spalt für
die elektrochemische Bearbeitung) gesichert werden, in dem der Elektrolytfluss
erfolgt.
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Insbesondere
kann das Führungswerkzeug einen
vorspringenden Teil aufweisen, der zusammen mit der Kante des Werkstücks, auf
der die Nut für
den axialdynamischen Druck entstehen soll, oder mit der Kante des
Trägerwerkzeugs
gedrückt
wird, damit der ECM-Spalt für
den Elektrolytfluss gesichert werden kann. Das Führungswerkzeug und der Elektrodenkörper können über einen
Schiebemechanismus und eine Schraube, die eine Einstellung der zwei
Elemente zueinander ermöglichen,
zueinander beweglich ausgestaltet werden. Wenn z.B. der vorspringende Teil
ausgeschlagen ist, können
dadurch das Führungswerkzeug
und der Elektrodenkörper
neu eingestellt werden, um einen engen Kontakt und die Beibehaltung
des Drucks während
des Betriebs zu gewährleisten.
Dementsprechend können
das Führungswerkzeug
und der Elektrodenkörper
relativ zueinander durch Änderung
der relativen Position des Führungswerkzeugs
und des Elektrodenkörpers
neu eingestellt werden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann ein Elektrodenkörper des Werkzeugs für die elektrochemische
Bearbeitung Bearbeitungselektroden umfassen, die zur gleichzeitigen
Formung einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut auf der Kante des
Werkstücks,
einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut auf der Innenumfangsfläche des
Werkstücks
sowie zum Entfernen von Bearbeitungsgraten an einem Ölspeicher
ausgestaltet sind. Die Bearbeitungsgrate hängen mit der separaten Bearbeitung
des Ölspeichers
zusammen, der auf der Innenumfangsfläche des Werkstücks mechanisch
bearbeitet wird. Der durch die mechanische Bearbeitung ausgebildete Ölspeicher
kann überall
auf der Innenumfangsfläche des
Werkstücks
vorgesehen werden. Zum Beispiel kann er auf der Innenseite zwischen
den radialdynamischen Druck erzeugenden Nuten oder auf der Außenseite
der axialdynamischen Druck erzeugenden Nuten mechanisch bearbeitet
werden.
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Alternativ
kann der Elektrodenkörper
des Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung Bearbeitungselektroden umfassen,
die zur gleichzeitigen Bildung einer axialdynamischen Druck erzeugenden
Nut auf der Kante des Werkstücks
und einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut auf der Innenumfangsfläche des
Werkstücks
ausgestaltet sind. Das Entgraten zum Entfernen von Bearbeitungsgraten
des Ölspeichers
erfolgt separat.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann ein Elektrodenkörper des Werkzeugs für die elektrochemische
Bearbeitung Bearbeitungselektroden umfassen, die zur gleichzeitigen
elektrochemischen Formung einer axialdynamischen Druck erzeugenden
Nut auf der Kante des Werkstücks
und zum elektrochemischen Entgraten bzw. Entfernen von Bearbeitungsgraten
des Ölspeichers,
die auf der Innenumfangsfläche
des Werkstücks
mechanisch bearbeitet werden, ausgestaltet werden. Die elektrochemische
Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut auf der
Innenumfangsfläche
des Werkstücks
erfolgt separat.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
kann der Elektrodenkörper
des Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung Bearbeitungselektroden umfassen,
die zur gleichzeitigen elektrochemischen Formung einer radialdynamischen
Druck erzeugenden Nut auf der Innenumfangsfläche des Werkstücks und zum
elektrochemischen Entgraten bzw. Entfernen von Bearbeitungsgraten
des Ölspeichers,
ausgestaltet sind. Die elektrochemische Bearbeitung einer axialdynamischen
Druck erzeugenden Nut auf der Kante des Werkstücks erfolgt separat.
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Der
Elektrodenkörper
des Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung der vorliegenden Erfindung und
die hier beschriebenen ECM-Verfahren können zur
Herstellung einer Buchse eingesetzt werden. Die Buchse wird z.B.
aus einem Metallstück durch
elektrochemische Bearbeitung mit dem Werkzeug für die elektrochemische Bearbeitung
der vorliegenden Erfindung hergestellt. Alternativ kann die oben
beschriebene Buchse ferner als hydrodynamische Drucklagerbuchse
zum Einsatz in einem Spindelantrieb – wie z.B. dem Spindelantrieb
einer Festplatte – ausgeführt werden.
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Das
Werkzeug und Verfahren für
die elektrochemische Bearbeitung der vorliegenden Erfindung ermöglichen
die gleichzeitige Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden
Nut an einer vorbestimmten Position auf der Kante des Werkstücks, die
Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut an einer
vorbestimmten Position auf der Innenumfangsfläche des Werkstücks, und
das Entgraten des Ölspeichers
auf der Innenumfangsfläche
des Werkstücks
als Einzelprozess, bei dem die Positionen des Werkstücks und
der Bearbeitungselektroden nur einmal eingerichtet werden. Je nach
individuellem Bedarf ermöglichen
das Werkzeug und Verfahren für
die elektrochemische Bearbeitung ein flexibles Handling des Werkstücks, da
sowohl gleichzeitige als auch sequenzielle Vorgänge sowie eine Kombination
von beiden, wie oben beschrieben, möglich sind.
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Zum
Beispiel können
die Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut und
das maschinelle Entgraten, die ähnliche elektrochemische
Bearbeitungsbedingungen aufweisen, zuerst durchgeführt werden.
Die Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut kann
danach erfolgen. Dadurch lässt
sich die Anzahl der einzelnen Verfahrensschritte gegenüber dem
Stand der Technik, bei dem jeweils ein Schritt der elektrochemischen Bearbeitung
erfolgt, reduzieren. Bei der vorliegenden Erfindung bleiben außerdem das
Werkstück
und die Bearbeitungselektroden ortsfest, während die Position von Werkstück und Bearbeitungselektroden
eingerichtet wird, was für
die Genauigkeit eher vorteilhaft ist. Ferner kann das Ausbürsten, das
bei dem Stand der Technik nach dem Entgraten normalerweise erforderlich
ist, entfallen, was eine weitere Kostensenkung ermöglicht und
für die
Genauigkeit eher vorteilhaft ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Figuren, die für
identische oder funktional ähnliche
Elemente die gleichen Bezugsnummern durch die verschiedenen Ansichten aufweisen,
und die zusammen mit unten stehender Detailbeschreibung Bestandteil
der Anmeldung sind, dienen zur weiteren Darstellung verschiedener
Ausführungsformen
sowie zur Erläuterung
verschiedener Grundsätze
und Vorzüge
der vorliegenden Erfindung.
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1A zeigt eine Schnitt-Ansicht mit Teilen eines
Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung und eines Buchsenträgerwerkzeugs
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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1B zeigt
eine andere Schnitt-Ansicht mit Teilen eines Werkzeugs für die elektrochemische
Bearbeitung und eines Buchsenträgerwerkzeugs
gemäß einer
anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
eine der zwei Schnitt-Ansichten von 1A und 1B mit
Teilen eines Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
eine Schnitt-Ansicht mit Teilen eines Werkzeugs für die elektrochemische
Bearbeitung gemäß einer
anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Ölspeichers
und von Entgratelektroden gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
eine schematische Ansicht von Bearbeitungselektroden und einer Vorrichtung
zur Ausbildung eines Elektrolytdurchlasses gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
eine schematische Ansicht eines Elektrodenkörpers, der Bearbeitungselektroden
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung aufweist.
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Buchse, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bearbeitet wurde.
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8 zeigt
eine hydrodynamische Drucklagerbuchse, die mit dem Werkzeug und
Verfahren für die
elektrochemische Bearbeitung gemäß verschiedenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
folgt eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung
anhand der Zeichnungen. Auf die Abbildung bzw. Erläuterung
mancher Komponenten, die zum Verständnis der Erfindung durch den Fachmann
nicht erforderlich ist, wird verzichtet.
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1A und 1B zeigen
zwei Ansichten des Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung (1). Ein vorspringender
Teil (22) eines isolierten Führungswerkzeugs (2)
gemäß 1A sitzt auf einem Buchsenträgerwerkzeug
(3). Wie in 1B gezeigt, sitzt der vorspringende
Teil (22) auf einem Werkstück (4), z.B. einer
Buchse.
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Wie
in Bezug auf 1A, 1B und 2 gezeigt,
umfasst das Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) einen Elektrodenkörper (11), eine
Bearbeitungselektrode (12) zur Formung einer radialdynamischen
Druck erzeugenden Nut in der Buchse (4), eine Bearbeitungselektrode
(13) zur Formung einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut
in der Buchse (4) sowie eine Entgratelektrode (14)
zum Entfernen von Bearbeitungsgraten z.B. an einem Ölspeicher
auf der Innenumfangsfläche
der Buchse (4), wobei die Grate durch die mechanische Bearbeitung
der Buchse 4 entstehen. Das Werkzeug für die elektrochemische Bearbeitung
(1) kann ferner ein isoliertes Führungswerkzeug (2),
einen Elektrolyteinlass (21), einen vorspringenden Teil
(22) und ein Buchsenträgerwerkzeug
(3) umfassen. Diese und andere Komponenten werden nachfolgend
näher beschrieben.
Wie schon erwähnt,
kann die Buchse (4) als Werkstück betrachtet und hier als
Synonym für Werkstück verwendet
werden. Zum Beispiel kann sich eine Buchse mit radialdynamischen
Druck erzeugenden Nuten und axialdynamischen Druck erzeugenden Nuten,
wie z.B. in hydrodynamischen Drucklagern einsetzbar, auf die beispielhafte
Buchse (4) beziehen.
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5 zeigt
den Elektrodenkörper
(11), die Bearbeitungselektrode (12), und die
Entgratelektrode (14). Die Bearbeitungselektroden (12),
(13) und (14) können zur Entfernung von Schmutzablagerungen durch
Inversionsschaltung eines Stroms, der an die Bearbeitungselektrode
(13), an die Bearbeitungselektrode (12) und an
die Entgratelektrode (14) angelegt werden kann, ausgestaltet
werden.
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Wie
schon erwähnt,
ermöglicht
die vorliegende Erfindung die gleichzeitige Bearbeitung in Verbindung
mit einem Vorgang zur Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden
Nut an einer vorbestimmten Position auf der Werkstückskante,
mit einem Vorgang zur Bearbeitung einer radialdynamischen Druck
erzeugenden Nut an einer vorbestimmten Position auf der Innenumfangsfläche des
Werkstücks
sowie mit einem Vorgang zum Entgraten, der zum Entfernen von Bearbeitungsgraten,
z.B. an einem Ölspeicher
auf der Innenumfangsfläche
des Werkstücks,
ausgestaltet ist.
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Alternativ
können
die elektrochemische Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden
Nut und das elektrochemische Entgraten eines Ölspeichers, die ähnliche
Bearbeitungsbedingungen aufweisen, gleichzeitig mit Einsatz des
Elektrodenkörpers
(11) ausgeführt
werden. Die elektrochemische Bearbeitung einer radialdynamischen
Druck erzeugenden Nut kann anschließend in einem separaten Schritt,
mit Einsatz von z.B. einem anderen Elektrodenkörper (nicht abgebildet) erfolgen.
Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform
der Elektrodenkörper
(11) nur die Bearbeitungselektrode (13) – wie z.B.
in 3 gezeigt – sowie
die zum Entfernen von Graten wie z.B. Bearbeitungsgraten ausgestaltete
Entgratelektrode (14) umfassen kann. Die anschließende Bearbeitung
einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut an einer vorbestimmten
Position auf der Innenumfangsfläche
des Werkstücks
kann durch Einsatz eines separaten Elektrodenkörpers, der nur die Bearbeitungselektrode
(12) umfasst, durchgeführt
werden.
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Ferner
ist es möglich,
zuerst die Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden
Nut an einer vorbestimmten Position auf der Innenumfangsfläche des
Werkstücks
durchzuführen,
und anschließend
die Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut und
das Entgraten gleichzeitig durchzuführen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass nach der mechanischen Bearbeitung
der Innenumfangsfläche der
Buchse (4) und Formung eines Ölspeichers (41) in
der Buchse (4) – wie
z.B. in 4 gezeigt – ein Bearbeitungsgrat (42)
auf dem bearbeiteten Teil verbleibt. Der Elektrodenkörper (11)
der vorliegenden Erfindung kann mit der Entgratelektrode (14)
zur elektrochemischen Entfernung des Bearbeitungsgrats (42)
versehen werden.
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Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) der vorliegenden Erfindung
kann den Elektrodenkörper
(11) auf einer Kante des ersteren – wie z.B. in 2 und 3 gezeigt – aufweisen.
Der Elektrodenkörper
(11) kann einen größeren durchmessenden
Teil mit einem Durchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser
der Buchse (4) und größer als
der Innendurchmesser der Buchse (4) ist, sowie einen kleineren
durchmessenden Teil mit einem Durchmesser, der etwas kleiner als
der Innendurchmesser der Buchse (4) ist, umfassen. Die
Bearbeitungselektrode (13), die zur Bearbeitung einer axialdynamischen
Druck erzeugenden Nut an einer vorbestimmten Position auf der Kante
der Buchse (4) ausgestaltet ist, ist auf der Fläche des
größeren durchmessenden
Teils vorgesehen, und die Bearbeitungselektrode (12), die
zur Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut an
einer vorbestimmten Position auf der Innenumfangsfläche der Buchse
(4) ausgestaltet ist, und/oder die Entgratelektrode (14),
die zum Entfernen von Bearbeitungsgraten z.B. an einem Ölspeicher
auf der Innenumfangsfläche
der Buchse (4) ausgestaltet ist, sind auf der Außenumfangsfläche des
kleineren durchmessenden Teils vorgesehen. Das Werkzeug für die elektrochemische
Bearbeitung der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Hülse (5)
umfassen, die auf die Elektroden der Bearbeitungsvorrichtung mit
einer Schraube o. Ä.
aufgestellt werden kann. Außerdem ist
die Oberfläche
des Elektrodenkörpers
(11), die mit dem Elektrolyt in Berührung kommt, mit einem Isolierbelag
beschichtet, jedoch nicht die Bearbeitungselektroden (12),
(13) und (14).
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Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) der vorliegenden Erfindung
umfasst den Elektrodenkörper
(11) und ferner ein isoliertes Führungswerkzeug (2),
das eine Durchlassfunktion für
den Elektrolyt und eine Positionierfunktion zur Positionierung des
Elektrodenkörpers
(11) und der Buchse (4) übernimmt. Das Werkzeug für die elektrochemische
Bearbeitung (1) kann sich entlang einer Achse wechselweise
zu einer vorbestimmten Position nach Bedarf hin- und herbewegen
und die Buchse (4) kann unbehindert ein- und ausgebaut
werden. Die Bewegung des Werkzeugs für die elektrochemische Bearbeitung
(1) sichert den Zufluss des Elektrolyts in den ECM-Spalt
durch einen engen Kontakt der Kante des isolierten Führungswerkzeugs
(2) mit der Kante auf der Seite der Buchse (4),
auf der die axialdynamischen Druck erzeugende Nut entstehen soll,
wobei die Buchse (4) durch das Trägerwerkzeug (3) gehalten
werden kann, oder mit der Oberkante des Trägerwerkzeugs (3) unter
einem gewissen Druck. Dementsprechend wird ein Leck des Elektrolyts
an anderen Stellen als dem ECM-Spalt verhindert.
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Insbesondere
kann sich das isolierte Führungswerkzeug
(2), das auf dem Elektrodenkörper (11) gemäß unten
stehender, näherer
Beschreibung aufgebaut ist, zusammen mit dem Werkzeug für die elektrochemische
Bearbeitung (1) hin- und herbewegen. Das isolierte Führungswerkzeug
(2) kann derart positioniert werden, dass es durch Zusammendrücken des
vorspringenden Teils (22) des isolierten Führungswerkzeugs
(2), der geringfügig
vom größeren durchmessenden
Teil des Elektrodenkörpers
(11) vorspringt, mit der Kante des Trägerwerkzeugs (3) der
Buchse (4) – wie
z.B. in 1A gezeigt –, in engen
Kontakt mit dem Trägerwerkzeug
(3) kommt. Alternativ kann das isolierte Führungswerkzeug
(2) derart ausgestaltet werden, dass es durch Zusammendrücken des
vorspringenden Teils (22) des isolierten Führungswerkzeugs
(2) mit der Kante der Buchse (4) – gehalten
wie z.B. in 1B gezeigt –, in engen Kontakt z.B. mit
der Buchse (4) kommt.
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Durch
Drücken
des vorspringenden Teils (22) des isolierten Führungswerkzeugs
(2) wie oben beschrieben, bildet sich ein Durchlass für den Elektrolytfluss
in dem für
die Buchsenbearbeitung bestimmten Teil, und der Elektrolyt kann über den
Einlass (21) des isolierten Führungswerkzeugs (2)
eingeführt
werden, was die elektrochemische Bearbeitung des vorbestimmten Teils
der Kante und der Innenumfangsfläche
der Buchse (4) ermöglicht.
Es wird darauf hingewiesen, dass das isolierte Führungswerkzeug (2)
aus handelsüblicher
Keramik oder handelsüblichem
Kunstharz bestehen kann. Vorteilhafterweise ist dabei Kunstharz
zu bevorzugen, um die gewünschte
Flexibilität
zu erreichen, da die Flexibilität
des vorspringenden Teils (22) des isolierten Führungswerkzeugs
(2) ein Leck des Elektrolyts verhindert, wenn das isolierte
Führungswerkzeug (2)
unter Druck in engen Kontakt mit der Kante des Trägerwerkzeugs
(3) oder der Buchse (4) wie oben beschrieben gebracht
wird.
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Zu
der oben beschriebenen Bewegung des isolierten Führungswerkzeugs (2)
können
sich das isolierte Führungswerkzeug
(2) und das Trägerwerkzeug
für die
Buchse (4) hin- und herbewegen, was den vorspringenden
Teil (22) des isolierten Führungswerkzeugs (2)
ermöglicht,
unter Druck in Kontakt mit der Kante der Buchse (4) oder
der Kante des Trägerwerkzeugs
(3) der Buchse (4) zu kommen. Demzufolge kann
der Elektrolyt über
den Einlass (21) des Elektrolytdurchlasses leckfrei eingeführt werden, wodurch
ein Durchlass für
den Elektrolytfluss in dem für
die Buchsenbearbeitung bestimmten Teil entsteht und die elektrochemische
Bearbeitung des vorbestimmten Teils der Kante und der Innenumfangsfläche der
Buchse (4) ermöglicht
wird.
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Um
besser zu verstehen, wie die elektrochemische Bearbeitung und die
Entstehung des Elektrolytflusses wie oben beschrieben erfolgen,
können verschiedene
Beobachtungen in Bezug auf den Elektrodenkörper (11), wie in 5 gezeigt,
angestellt werden. Das Werkzeug für die elektrochemische Bearbeitung
(1) der vorliegenden Erfindung besteht im Wesentlichen
aus dem Elektrodenkörper
(11) und dem isolierten Führungswerkzeug (2).
Das isolierte Führungswerkzeug
(2) ist auf dem Elektrodenkörper (11) aufgebaut
und die Bewegung des isolierten Führungswerkzeugs (2)
und des Elektrodenkörpers
(11) kann wie oben beschrieben erfolgen.
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Es
sollte jedoch erwähnt
werden, dass der vorspringende Teil (22) der Abnutzung
unterliegt, weil z.B. der vorspringende Teil (22) – wie in 2 und 3 detailliert
gezeigt – gegen
die Kante auf der Seite der Buchse (4), auf der die axialdynamischen Druck
erzeugende Nut entstehen soll, oder gegen die Kante des Trägerwerkzeugs
(3) der Buchse (4) gedrückt wird. Dementsprechend können das
isolierte Führungswerkzeug
(2) und der Elektrodenkörper
(11) durch Einsatz eines Schiebemechanismus und einer Schraube – wie die
oben beschriebene Hülse
(5) mit einer entsprechenden Schraube – relativ zueinander beweglich
gemacht werden. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Hülse (5)
zum Anschließen des
Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung an die Vorrichtung für die elektrochemische
Bearbeitung verwendet wird.
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Bei
Betrachtung der Bearbeitungselektroden von der kleineren durchmessenden
Seite ist ferner die Bearbeitungselektrode (13) zur Formung
der axialdynamischen Druck erzeugenden Nut derart ausgestaltet,
wie z.B. im unteren Teil von 5 dargestellt
ist.
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Der
Fachmann wird schätzen,
dass zum Erzielen der hier beschriebenen ECM-Ergebnisse leitfähige Materialien
für die
Elektroden verwendet werden. Beispiele für Materialien für den Elektrodenkörper, einschließlich der
für das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung der vorliegenden Erfindung verwendeten
Bearbeitungselektroden, sind Kupferlegierungen oder Eisenlegierungen.
Ein Beispiel für
eine Kupferlegierung ist Messing und ein Beispiel für eine Eisenlegierung
ist rostfreier Astenitstahl, der in der Technik z.B. mit der JIS
(Japanese Industrial Standard) Normbezeichnung SUS303, SUS304 o. Ä. bekannt
ist. Obwohl viele Materialien als Isolierharz zur Isolierung der übrigen Teile
des Elektrodenkörpers – nicht
der Elektroden – verwendet
werden können,
sollte das Isoliermaterial einen hohen Widerstand gegen Elektrolyte
wie NaNO3 (Natriumnitrat) und ein gutes
Haftvermögen
zu dem Material des Elektrodenkörpers
aufweisen. Idealerweise sollten ein Epoxidharz, ein Urethanharz
oder ein Polymidharz ausgewählt
werden, wobei Epoxidharz bessere Leistungseigenschaften besitzt.
Das ideale Grundmaterial für
das beispielhafte Werkstück
bzw. die Buchse (4) sollte zwischen Kupferlegierungen und
Eisenlegierungen ausgewählt
werden. Wie oben erwähnt
ist ein Beispiel für
Kupferlegierung Messing und ein Beispiel für Eisenlegierung rostfreier
Austenitstahl wie SUS303, SUS304 o. Ä..
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Die
nachfolgend detailliert vorgestellten Beispiele und Ausführungsformen
werden nur zu Erläuterungszwecken
aufgeführt.
Die vorliegende Erfindung beschränkt
sich nicht auf diese Ausführungsformen.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
erfolgen mit Einsatz des Werkzeugs für die elektrochemische Bearbeitung
(1) die elektrochemische Bearbeitung einer radialdynamischen
Druck erzeugenden Nut, die elektrochemische Bearbeitung einer axialdynamischen
Druck erzeugenden Nut und das elektrochemische Entgraten gleichzeitig.
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Vorteilhafterweise
wird der Ölspeicher
(41) durch einen mechanischen Bearbeitungsvorgang ausgebildet.
Die Buchse (4), die wie erwähnt aus einem Rohling aus rostfreier
Austenitstahllegierung besteht, wird mit Einsatz des Werkzeugs für die elektrochemische
Bearbeitung (1) der vorliegenden Erfindung elektrochemisch
bearbeitet.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst das Werkzeug für die elektrochemische
Bearbeitung (1) der vorliegenden Erfindung das isolierte
Führungswerkzeug (2)
und den Elektrodenkörper
(11). Der Elektrodenkörper
(11) umfasst die Bearbeitungselektrode (13), die
sich auf dem größeren durchmessenden
Teil des ersteren befindet und zur Formung einer axialdynamischen
Druck erzeugenden Nut auf der Kante der Buchse (4) ausgestaltet
ist, die Bearbeitungselektrode (12), die sich auf dem kleineren
durchmessenden Teil des Elektrodenkörpers (11) befindet
und zur Formung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut auf
der Innenumfangsfläche
der Buchse (4) ausgestaltet ist, sowie die Entgratelektrode
(14), die sich ebenfalls auf dem kleineren durchmessenden
Teil des Elektrodenkörpers
(11) befindet und zum Entfernen des Bearbeitungsgrats an
dem Ölspeicher
(41) auf der Innenumfangsfläche der Buchse (4)
ausgestaltet ist. Bezugnehmend auf 4 wird darauf
hingewiesen, dass der Ölspeicher
(41) durch mechanische Bearbeitung, wie das Drehen der
Buchse (4) auf einer Drehbank o. Ä., entsteht. Das Entgraten
erfolgt durch Einsatz des Werkzeugs für die elektrochemische Bearbeitung
(1) der vorliegenden Erfindung, das wie oben erwähnt aus
rostfreiem Austenitstahl bestehen kann.
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Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1), das isolierte Führungswerkzeug
(2) und das Trägerwerkzeug
(3), das die Buchse (4) hält, können in festgelegten bzw. vorbestimmten
Stellungen positioniert werden. Die elektrochemisch zu bearbeitende
Buchse (4) wird in die konkave Aufnahme des Trägerwerkzeugs
(3) gelegt. Das Werkzeug für die elektrochemische Bearbeitung
(1) wird dann abgesenkt. Mit einer gewissen Kraft wird
die Kante des vorspringenden Teils (22) des isolierten
Führungswerkzeugs
(2) gegen die Kante der Buchse (4) gedrückt, was
den Zufluss des Elektrolyten in den ECM-Spalt zur Durchführung der
elektrochemischen Bearbeitung sichert.
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Durch
Anlegen einer Betriebsspannung – wie
nachfolgend näher
beschrieben – an
die Buchse (4) und an den Elektrodenkörper (11) mit den
Bearbeitungselektroden (12), (13) und der Entgratelektrode
(14) darauf, leitet vorteilhafterweise der sich in dem
ECM-Spalt befindliche Elektrolyt einen Strom von der Elektrodenoberfläche über den
Elektrolyt zu der Buchse (4) und reagiert mit der Oberfläche der Buchse
(4) durch eine elektrochemische Reaktion zum Ionisieren
und Abtrennen von Molekülen
auf einer vorbestimmten Oberfläche
der Buchse (4). Die Nut oder Nuten werden dadurch gemäß der beschriebenen
Aufstellung der Elektroden auf dem Elektrodenkörper (11) in der Buchse
(4) geformt.
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Wie
schon bekannt, kann ein Recycling des Elektrolyts erfolgen. Zum
Beispiel kann der Elektrolyt aus dem galvanischen Bad einer Schlammräumvorrichtung
(nicht abgebildet) zum Entfernen des während der elektrochemischen
Bearbeitung entstehenden Schlamms zugeführt werden. Der Elektrolyt,
aus dem der Schlamm entfernt wurde, kann wiedergewonnen, recyclet
oder sonst wie der Elektrolytquelle rückgeführt werden. Der der Elektrolytquelle
rückgeführte Elektrolyt
kann dem galvanischen Bad mit einer Zufuhrpumpe (nicht abgebildet)
zugeführt
werden. Es wird darauf hingewiesen, dass der Einlass (21)
des Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung (1) der vorliegenden Erfindung
eine bekannte Elektrolytrecyclingvorrichtung, wie z.B. in der oben erwähnten ungeprüften japanischen
Patentanmeldung H11-207530 beschrieben, umfassen kann, um den Elektrolyt
während
der elektrochemischen Bearbeitung in dem galvanischen Bad (nicht
abgebildet) in Kreislauf zu halten. Der Elektrolyt wird der Elektrolytrecyclingvorrichtung
zugeführt und
von der Elektrolytrecyclingvorrichtung geliefert, wobei diese z.B. eine
Schlammräumvorrichtung
mit einem Filter, einen Speicher für den Elektrolyt und eine Zufuhrpumpe
zum Zuführen
des Elektrolyten umfasst.
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Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) kann einen Elektrodenkörper (11)
umfassen. Der Elektrodenkörper
(11) kann wie oben beschrieben die Bearbeitungselektrode
(12) zur Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut,
die Bearbeitungselektrode (13) zur Bearbeitung einer axialdynamischen
Druck erzeugenden Nut sowie die Entgratelektrode (14) umfassen.
Eine Antriebssteuereinheit und eine Antriebsteuerschaltung (nicht
abgebildet) wirken zwischen den Elektroden (12), (13)
und (14) und einer Gleichstromversorgung. Die Antriebssteuerschaltung
wird zum Anlegen einer gewünschten
Betriebsspannung an die Elektroden (12), (13)
und (14) über
den Elektrodenkörper
(11). Das isolierte Führungswerkzeug
(2) kann über
Steuermittel (nicht abgebildet) hin- und herbewegt und gemäß der vorbestimmten
Position der zu bearbeitenden Buchse (4) positioniert werden.
Die Buchse (4) wird in der konkaven Aufnahme des Trägerwerkzeugs
(3) aufgenommen und an der vorbestimmten Position gehalten.
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Durch
Bestimmung der Größe des kleineren durchmessenden
Teils des Elektrodenkörpers
(11) oder der Größe des Innendurchmessers
der Buchse (4) kann der Spalt zwischen der Innenfläche der Buchse
(4) und den Elektroden (12), (13) und
(14) des Elektrodenkörpers
(11) bis auf einen Abstand von mehreren zehn Mikrometer
(μm) an
der Position, wo die Mitte der Buchse (4) mit der Mitte
der Bearbeitungselektroden (12) und (14) übereinstimmen,
bestimmt werden. Dem ECM-Fachmann wird die Wichtigkeit der Bestimmung
des Spaltenabstandes einleuchten. Außerdem, bezüglich des Spaltes zwischen
der Elektrode (13) und der Kante der gehaltenen Buchse
(4), wird die Höhe
des vorspringenden Teils (22) im voraus eingestellt, so
dass sich der Spalt unter Druck im Zustand des engen Kontakts um
mehrere zehn Mikrometer (μm)
befindet. Die Kante des vorspringenden Teils (22) des isolierten
Führungswerkzeugs
(2) und die Kante der gehaltenen Buchse (4) kommen
in engen Kontakt unter konstantem Druck, und werden ortsfest gehalten.
Der Elektrolyt wird dem ECM-Spalt zugeführt, während die Buchse (4)
und das Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) ortsfest bleiben.
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Es
sollte darauf hingewiesen werden, dass der aus der Elektrolytquelle
(nicht abgebildet) zugeführte
Elektrolyt durch den Einlass (21) des isolierten Führungswerkzeugs
(2) eingeführt
wird. Ein Durchlass für
den Elektrolyt bildet sich ausgehend von dem Spalt zwischen der
Elektrode (13) zur Bearbeitung einer axialdynamischen Druck
erzeugenden Nut und der Kante der Buchse (4) bis zu den
Spalten zwischen der Innenumfangsfläche der Buchse (4),
der Elektrode (12) zur Bearbeitung einer radialdynamischen
Druck erzeugenden Nut und der Entgratelektrode (14). Dadurch
kann der Elektrolyt durch den Durchlass fließen, so dass die elektrochemische
Bearbeitung wie hier beschrieben erfolgen kann.
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Zwischen
den Elektroden (12), (13), (14) und der
Gleichstromquelle ist die Antriebsteuereinheit (nicht abgebildet)
vorgesehen. Ferner wird der Elektrolyt wie oben beschrieben zugeführt. Durch
Anlegen der Betriebsspannung an die drei Elektroden (12),
(13), (14) über
die Antriebsteuerschaltung werden eine axialdynamischen Druck erzeugende
Nut (44) auf der Kante der Buchse (4) und eine
radialdynamischen Druck erzeugende Nut (43) auf der Innenumfangsfläche der
Buchse (4) gemäß 7 geformt. Außerdem wird
der Bearbeitungsgrat (42) an dem Ölspeicher (41) entfernt.
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Alternativ
können
mit Einsatz des Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung (1) der vorliegenden Erfindung
die elektrochemische Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut
und die elektrochemische Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden
Nut gleichzeitig erfolgen. Anders als in der ersten Ausführungsform erfolgt
das elektrochemische Entgraten separat. Gemäß dieser Alternative umfasst
der Elektrodenkörper (11)
nur die Bearbeitungselektrode (12) zur Bearbeitung einer
radialdynamischen Druck erzeugenden Nut und die Bearbeitungselektrode
(13) zur Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut.
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Nach
Durchführung
der gewünschten
elektrochemischen Bearbeitung wird die Buchse (4) entnommen
und kann ausgebürstet
oder sonst wie gereinigt werden, damit der aus der elektrochemischen Bearbeitung
entstehende Schlamm entfernt werden kann. Anschließend kann
die Buchse (4) gespült
und getrocknet werden. Als Ergebnis erhält man eine Buchse (4)
mit einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut und einer axialdynamischen
Druck erzeugenden Nut.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform
erfolgen die elektrochemische Bearbeitung einer axialdynamischen
Druck erzeugenden Nut und das Entgraten gleichzeitig. Die elektrochemische
Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut erfolgt
separat.
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Wie
in 4 gezeigt, entsteht der Ölspeicher (41) durch
mechanische Bearbeitung, wie z.B. durch einen Drehvorgang bei der
Vorbereitung der Buchse (4) – bestehend z.B. aus rostfreiem
Austenitstahl – mit
einer Werkzeugmaschine, einer Walze, einer Drehbank o. Ä.. Das Werkzeug
für die
elektrochemische Bearbeitung (1), wie z.B. in 3 gezeigt,
das isolierte Führungswerkzeug
(2), und das Trägerwerkzeug
(3), das die Buchse (4) hält, werden in festgelegten
bzw. vorbestimmten Stellungen positioniert. Die Buchse (4)
wird in der konkaven Aufnahme des Trägerwerkzeugs (3) aufgenommen.
Das Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) wird dann abgesenkt
und die Kante des vorspringenden Teils (22) des isolierten
Führungswerkzeugs
(2) wird mit einer gewissen Kraft gegen die Kante der Buchse
(4) gedrückt,
so dass eine Position des Werkzeugs für die elektrochemische Bearbeitung
(1) in Axialrichtung mit Gewissheit bestimmt wird. Dadurch
wird der Zufluss des Elektrolyten in den ECM-Spalt gesichert.
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Das
isolierte Führungswerkzeug
(2) kann über
eine Steuervorrichtung (nicht abgebildet) wechselweise entlang einer
Achse nach Bedarf hin- und herbewegt und gemäß der vorbestimmten Position der
zu bearbeitenden Buchse (4) positioniert werden. Die Buchse
(4) wird in der konkaven Aufnahme des Trägerwerkzeugs
(3) aufgenommen und dadurch an der vorbestimmten Position
gehalten. Durch Bestimmung der Größe des kleineren durchmessenden Teils
des Elektrodenkörpers
(11) oder der Größe des Innendurchmessers
der Buchse (4) kann der Spalt zwischen der Innenfläche der
Buchse (4) und den Elektroden (12) und (14)
des Elektrodenkörpers
(11) bis auf einen Abstand von mehreren zehn Mikrometer
(μm) an
der Position, wo die Mitte der Buchse (4) mit der Mitte
der Bearbeitungselektroden (12) und (14) übereinstimmen,
bestimmt werden, um die hier beschriebene elektrochemische Bearbeitung
zu begünstigen.
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Außerdem,
bezüglich
des Spaltes zwischen der Elektrode (13) und der Kante der
Buchse (4), kann die Höhe
des vorspringenden Teils (22) im voraus eingestellt werden,
so dass der Spalt mehrere zehn Mikrometer (μm) beträgt, wenn der vorspringende
Teil (22) und die Kante der Buchse (4) unter Druck in
engen Kontakt gebracht werden. Die Kante des vorspringenden Teils
(22) des isolierten Führungswerkzeugs
(2) und die Kante der gehaltenen Buchse (4) kommen
in engen Kontakt unter Wirkung eines vorbestimmten Drucks, und werden
unbeweglich an einer festen Position gehalten. Der Elektrolyt wird
in den ECM-Spalt eingeführt,
während
die Buchse (4) und das Werkzeug für die elektrochemische Bearbeitung
(1) ortsfest bleiben.
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Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) der vorliegenden Erfindung
kann einen Elektrodenkörper
(11) umfassen, der an der Stirnseite oder an der Kante
des ersteren positioniert ist. Der Elektrodenkörper (11) kann die
Bearbeitungselektrode (13) zur Bearbeitung einer axialdynamischen Druck
erzeugenden Nut und die Entgratelektrode (14) umfassen.
Die Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut auf
der Innenumfangsfläche
der Buchse (4) erfolgt separat.
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Wie
oben erwähnt,
erfolgen in der vorliegenden Ausführungsform die elektrochemische
Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut und das
Entgraten gleichzeitig. Über
die oben beschriebene Antriebsteuerschaltung (nicht abgebildet) wird
die Betriebsspannung an die Elektrode (13) zur Bearbeitung
einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut und an die Entgratelektrode
(14) angelegt. Wie in 3 gezeigt,
umfasst das Werkzeug für die
elektrochemische Bearbeitung (1) den Elektrodenkörper (11)
mit der Bearbeitungselektrode (13), die zur elektrochemischen
Bearbeitung der axialdynamischen Druck erzeugenden Nut auf der Kante
der Buchse (4) ausgestaltet ist. Der Elektrodenkörper (11)
umfasst ferner die Entgratelektrode (14), die zum Entfernen
des Bearbeitungsgrats (42) an dem Ölspeicher (41) auf
der Innenumfangsfläche
der Buchse (4) ausgestaltet ist.
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Der
aus der Elektrolytquelle (nicht abgebildet) zugeführte Elektrolyt
kann durch den Einlass (21) des isolierten Führungswerkzeugs
(2) eingeführt werden.
Ein Durchlass für
den Elektrolyt bildet sich ausgehend von dem Spalt zwischen der
Elektrode (13) zur Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden
Nut und der Kante der Buchse (4) bis zu den Spalten zwischen
der Innenumfangsfläche der
Buchse (4) und der Entgratelektrode (14). Dadurch
kann der Elektrolyt durch die Spalte fließen.
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Zwischen
den Elektroden (13), (14) und der Gleichstromquelle
ist die Antriebsteuereinheit (nicht abgebildet) wie schon erwähnt vorgesehen.
Der Elektrolyt kann zugeführt
werden. Durch Anlegen der Betriebsspannung an die zwei Elektroden
(13), (14), z.B. über die Antriebsteuerschaltung,
können
eine axialdynamischen Druck erzeugende Nut (44) auf der
Kante der Buchse (4) geformt und der Bearbeitungsgrat (42)
an dem Ölspeicher
(41) entfernt werden. In einem separaten Vorgang kann ein
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) mit einem Elektrodenkörper (11),
der nur eine Elektrode (12) zur elektrochemischen Bearbeitung
einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut umfasst, zur Bearbeitung
einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut eingesetzt werden.
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Nach
Durchführung
der gewünschten
elektrochemischen Bearbeitung wird die Buchse (4) entnommen
und kann ausgebürstet
oder sonst wie gereinigt werden, damit der aus der elektrochemischen Bearbeitung
entstehende Schlamm entfernt werden kann. Anschließend kann
die Buchse (4) gespült
und getrocknet werden. Als Ergebnis erhält man eine Buchse (4)
mit einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut und einer axialdynamischen
Druck erzeugenden Nut.
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Nach
einer dritten Ausführungsform
führt ein Werkzeug
für die
elektrochemische Bearbeitung (1) nach der vorliegenden
Erfindung die elektrochemische Bearbeitung einer radialdynamischen
Druck erzeugenden Nut und das elektrochemische Entgraten zum Entfernen
von Graten, die durch die mechanische Bearbeitung entstehen, gleichzeitig
durch. Die elektrochemische Bearbeitung einer axialdynamischen Druck
erzeugenden Nut erfolgt separat.
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Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) der vorliegenden Ausführungsform
entspricht dem Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1), das z.B. in 2 gezeigt
wird, ohne die Elektrode (13) zur Bearbeitung einer axialdynamischen
Druck erzeugenden Nut. In anderen Worten befindet sich der Elektrodenkörper (11)
des Werkzeugs für
die elektrochemische Bearbeitung (1) auf einer Stirnseite
oder Kante des letzteren. Der Elektrodenkörper (11) umfasst
die Elektrode (12) zur Bearbeitung einer radialdynamischen
Druck erzeugenden Nut und die Entgratelektrode (14). Eine
Antriebsteuerschaltung (nicht abgebildet) wirkt zwischen den Elektroden
(12), (14) und einer Gleichstromversorgung. Durch
den gewünschten
Einsatz der Antriebsteuerschaltung kann eine Spannung für die gleichzeitigen
Vorgänge
der Bearbeitung und der Entgratung an die Elektroden (12)
und (14) angelegt werden. In einer solchen Ausgestaltung
können
die Elektroden (12) und (14) höchst präzise relative Stellungen einnehmen,
weil die Elektroden sehr genau auf derselben Fläche positioniert werden können, ohne durch
die Anwesenheit der Elektrode (13) beeinflusst zu werden.
Dadurch steigert sich die gesamte Genauigkeit des Werkzeugs für die elektrochemische Bearbeitung
(1) und der Einrichtungsvorgang während der elektrochemischen
Bearbeitung wird einfacher.
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Vorteilhafterweise
erfolgt gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
die elektrochemische Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden
Nut auf der Endfläche
der Buchse separat durch Einsatz eines Werkzeugs für die elektrochemische Bearbeitung
(1), bei dem der Elektrodenkörper (11) nur die
Elektrode (13) zur elektrochemischen Bearbeitung einer
axialdynamischen Druck erzeugenden Nut umfasst. Bis auf Unterschiede
in dem Aufbau des beispielhaften Elektrodenkörpers (11), der oben
in Bezug auf die vorliegende Ausführungsform beschrieben wurde,
ist das Bearbeitungsverfahren dasselbe wie in der zweiten Ausführungsform,
und die gleichen Ergebnisse werden erzielt. Deswegen wird auf eine
detaillierte Erklärung
des elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens verzichtet.
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Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung der vorliegenden Erfindung, gemäß den oben
beschriebenen Ausführungsformen,
kann zur Herstellung eines hydrodynamischen Drucklagers – wie in 7 gezeigt – aus der
Buchse 4 verwendet werden. Aus der Figur ist ersichtlich,
dass die Buchse (4) mit einer annähernd hohl zylindrischen Form
ausgestaltet werden kann, die Kantenflächen an jedem Ende sowie Innen-
und Außenumfangsflächen aufweist.
Die axialdynamischen Druck erzeugende Nut (44) ist auf
einer der Kantenflächen
der Buchse (4), die radialdynamischen Druck erzeugende
Nut (43) auf der Innenumfangsfläche der Buchse (4)
und der Ölspeicher
(41) ebenfalls auf der Innenumfangsfläche der Buchse (4)
zu sehen.
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Wie
in 8 gezeigt, umfasst der dadurch entstehende hydrodynamische
Drucklager eine radialdynamischen Druck erzeugende Nut (43)
auf der Innenumfangsfläche
der Buchse (4) und eine axialdynamischen Druck erzeugende
Nut auf einer Kantenfläche
der Buchse (4). Die Buchse (4) kann auch den Ölspeicher
(41) umfassen, der wie oben beschrieben z.B. in Zusammenhang
mit der ersten, der zweiten und der dritten Ausführungsform hergestellt werden
kann.
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Eine
Drehwelle 6, an deren einem Ende ein Flansch (61)
aufgebaut ist, kann in die Buchse (4) so eingeführt oder
eingebaut werden, dass sie sich frei drehen kann. Eine Abschlusskappe
(7) und eine rohrförmige
Buchse (9) können
zur Aufnahme von Komponenten des hydrodynamischen Drucklagers verwendet
werden. Die Abschlusskappe (7) kann mit axialdynamischen
Druck erzeugenden Nuten versehen werden, die z.B. nach den hier
beschriebenen Grundsätzen
auf einer Kantenfläche
derselben geformt werden können.
Eine Außenumfangsfläche der Abschlusskappe
(7) und ein Ende der rohrförmigen Buchse (9)
können
zur Kugelform geschweißt
werden. Die rohrförmige
Buchse (9) wird auf die Außenumfangsfläche der
Buchse (4) des hydrodynamischen Drucklagers aufgesetzt
und hermetisch an der Außenumfangsfläche des
hydrodynamischen Drucklagers mit einem Kleber (15) abgedichtet,
so dass sich die obere und untere Kante des Flansches (61) jeweils
gegenüber
den axialdynamischen Druck erzeugenden Nuten (44) der Buchse
(4) und den auf der Abschlusskappe (7) entstandenen
axialdynamischen Druck erzeugenden Nuten (71) befinden.
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Der
Abstand zwischen der Endfläche
des hydrodynamischen Drucklagers und der Fläche der Abschlusskappe (7)
kann mit einem Distanzstück
(8) ausgestaltet werden, um einen angemessenen Zwischenraum,
Hohlraum, Spalt o. Ä.
auszubilden, in dem die Drehwelle (6) und der Flansch (61)
aufgehängt
werden können.
Der mit dem hydrodynamischen Drucklager, der Abschlusskappe (7)
und der Drehwelle (6) mit dem Flansch (6) ausgebildete
Zwischenraum bzw. Spalt wird mit einem Schmieröl (10) gefüllt, um
während
der Drehung die Schmierung sowie die Aufhängung der Drehwelle (6)
mit dem Flansch (61) durch die Erzeugung von dynamischem Druck
in dem Öl
(10) über
die hier beschriebene Wirkung der dynamischen Druck erzeugenden
Nuten, wie nachfolgend beschrieben, zu fördern.
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Dreht
sich die Drehwelle (6) mit dem Flansch (61), entstehen
ein axialdynamischer und ein radialdynamischer Druck in dem Schmieröl (10),
zwischen der Drehwelle (6) und den radialdynamischen Druck erzeugenden
Nuten (43) auf der Innenumfangsfläche der Buchse (4),
sowie zwischen dem Flansch (61), den auf der Kantenfläche der
Buchse (4) geformten axialdynamischen Druck erzeugenden
Nuten (44) und den auf der Endplatte (7) geformten
axialdynamischen Druck erzeugenden Nuten (71). Durch die
Hebewirkung in Verbindung mit dem bei der Drehung erzeugten dynamischen
Druck kann sich die Drehwelle (6) mit dem Flansch (61)
frei drehen. Es ist wichtig, zu betonen, dass, während die Bearbeitung einer
axialdynamischen Druck erzeugenden Nut und die Bearbeitung einer
radialdynamischen Druck erzeugenden Nut gemäß der Erfindung hier beschrieben
werden, die Aufhängung
der Drehwelle (86) mit dem Flansch (61) mittels
einer Reihe von solchen Nuten erfolgt, die auf die oben beschriebene
Weise z.B. über
den ganzen Umfang der Buchse (4) oder über die ganze Kantenfläche der
Buchse (4) geformt werden, wie beispielweise in den Figuren
gezeigt.
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Das
Werkzeug und Verfahren für
die elektrochemische Bearbeitung der vorliegenden Erfindung ermöglichen
die Bearbeitung einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut, die
Bearbeitung einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut an einer vorbestimmten
Position auf der Innenumfangsfläche der
Buchse (4), und das Entgraten des Ölspeichers (41) auf
der Innenumfangsfläche
der Buchse (4) als Einzelprozess, bei dem die Positionen
der Buchse (4) und der Bearbeitungselektroden (12),
(13), (14) nur einmal eingerichtet werden. Die
elektrochemische Bearbeitung der radialdynamischen Druck erzeugenden
Nut, der axialdynamischen Druck erzeugenden Nut und der an dem Ölspeicher
entstehenden Grate sowie die dadurch hergestellte Buchse ermöglichen eine
höhere
Massenproduktionskapazität,
die zu einer hohen industriellen Verfügbarkeit von betreffenden Teilen
und Baugruppen führt.
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Diese
Offenbarung dient dazu, zu erklären, wie
die verschiedenen Ausführungsformen
gemäß der Erfindung
ausgestaltet und verwendet werden können und ist nicht als erschöpfend oder
als Einschränkung
der Erfindung auf die offenbarten Formen zu verstehen. Abänderungen
oder Varianten im Rahmen der oben aufgeführten Lehren sind möglich. Die
Auswahl der Ausführungsformen
erfolgte zur bestmöglichen
Darstellung der Grundsätze
der Erfindung und deren praktischer Anwendung, und um dem Fachmann
die Nutzung der Erfindung, je nach spezifischem Einsatzbereich,
nach den verschiedenen Ausführungsformen
und Varianten zu gestatten, die in den Anwendungsbereich der Erfindung
gemäß den beiliegenden
Ansprüchen
und allen gleichwertigen Grundlagen in dem Umfang einer nach Recht, Gesetz
und Billigkeit zulässigen
Auslegung fallen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER OFFENBARUNG
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Ein
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) umfasst einen Elektrodenkörper (11). Das
Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) und das damit verbundene
Verfahren können
die elektrochemische Bearbeitung von mindestens zwei der folgenden
Vorgänge
gleichzeitig durchführen: Bearbeitung
einer radialdynamischen Druck erzeugenden Nut (43), Bearbeitung
einer axialdynamischen Druck erzeugenden Nut (44) und Entfernen
eines Grates in Zusammenhang mit einem Ölspeicher (41). Die
elektrochemische Bearbeitung erfolgt mit Nutbearbeitungselektroden
(12, 13) und Entgratelektroden (14).
Eine mit dem Werkzeug für
die elektrochemische Bearbeitung (1) und dem verbundenen Verfahren
bearbeitete Buchse (4) weist die radialdynamischen Druck
erzeugende Nut (43), die axialdynamischen Druck erzeugende
Nut (44) und den entgrateten Ölspeicher (41) auf.
Die Buchse (4) kann in einem hydrodynamischen Drucklager
für den
Einsatz in einem Spindelantrieb einer Festplatte verwendet werden.