DE1914813A1 - Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstueckes - Google Patents

Description

■ K α r S A. B r o s β

Dipi -Ιί-g-

D-0023 Mü.cn - Pullach
vRa/Str₀ Wier,«r.2jÄ 7 ^570.^1782 _Mnchen-Pullach, 17. 3. 1969

Qincinnati Milling Machine Co„, ^ΟΛ Marburg Avenus, iiS

g , g ,

Cincinnati, Ohio, eine Firma nach den Gesetzen des Staates Ohio, USA

Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines i-/erkstückes

Die Erfindung betrifft ein 'Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines //erkstückes, um an diesem .'/encetüd*" eine Oberfläche innerhalb sehr genauer Abmessungstoleranzexi und mit hoher Oberflächengüte zu schaffen«

Herstellung von Laufringen für IlollOiilaöer ist zuerst eine Bee,rboitun_ö· auf einer Drehbank oder einer entsprech3nden werkaeugmaschine und daran anschliessend eine .-.'ärmebehandlung erforderlich, um die äussere Oberfläche aufzukohlen,, Die äussecen Flächen des Lagers werden dann auoinander parallel geschliffen, um die Gesamtlänge des jjagers festzulegen« ochliesslich wird die eigentliche Lagerfläche im wesentlichen auf den gewünschten äusseren Durchmesser geschliffen, daran anschliessend fertiggeschliffen und dann geho-at, um die endgültig erwünschte Oberfläche mit dem entsprechenden Durchmesser zu erzielen,, Diese drei zuletzt erwähnten Arbeitsgänge werden getrennt voneinander durchgeführt«, . ■ -

Es hat sich nun herausgestellt, dass diese verschiedenen schleifenden Arbeitsgänge vermieden oder herabgesetzt werden

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können und zwar durch Durchführung einer elektrochemischen Bearbeitung«, Beispielsweise kann das erste oder abschließende Schleifen oder das Ho-nen ersetzt werden und genauer und schneller durch eine elektrochemische Bearbeitung durchgeführt werden« Auch können komplizierter gestaltete Oberflächen durch eine elektrochemische Bearbeitung hergestellt werden, So ist es beispielsweise möglich, das Balligdrehen der Lageroberfläche zur Erhöhung der Belastbarkeit eines Lagers zu ersetzen, wobei jedes bearbeitete Teil genau dieselbe Gestalt aufweist, da las Werkzeug, durch das die Bearbeitung durchgeführt wird, nicht verschleisst oder in einer anderen Weise während der aufeinanderfolgenden Bearbeitungen verändert wird_o

Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass eine schnelle Bearbeitung und eine hohe Oberflächengüte nur bei einer verhältnismässig hohen Stromdichte, d, h» im Bereich von 930

Ampere/cm möglich ist«, Bei einer derartigen hohen Stromdichte entst'jht jedoch eine verschleierte und strohfarbene Oberfläche«, Bei einer Stromdichte im Bereich zwischen 230 und 4-65 Ampere/cm ist die Oberfläche glänzend und hell und es treten keine Erscheinungen auf, die durch oxydische Überzüge hervorgerufen werden«, Bei diener geringeren Stromdichte kann aber weder so schnell wie bei der höheren Stromdichte gearbeitet wacLen, noch wird die höchst mögliche Oberflächengüte erzeugt. Bei einer noch niedrigeren Stromdichte entsteht eine oxydierte Oberfläche im Bereich der Bearbeitung, durch die ein schwarzes, nicht sauberes Aussehen bedingt ist«.

Die vorliegende Erfindung, die sich mit der elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstückes befasst, erlaubt eine

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Bearbeitung mit dem Ergebnis sehr genauer Abmessungstoleranaen und einer hohen Oberflächengüte, wobei gleichzeitig ein gutes Aussehen der Bearbeitungsflächen sichergestellt ist und keine oxydischen Überzüge entstehen«

Insbesondere wird nach dem erfindungsgemassen Verfahren ein Werkstück um eine entsprechende Drehmitte gedreht, ein die elektrochemische Bearbeitung durchführendes werkzeug wird in der dähe des Werkstückes angeordnet und anfänglich so eingestellt, dass ein Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück vorhanden ist. Weiterhin wird eine mit hoher Geschwindigkeit strömende und unter Druck stehende Elektrolytströmung in dem Spalt aufrechterhalten,um eine Bahn für den elektrischen Strom zu- schaffen und um die wärme und die Reaktionsprodukte der elektrochemischen Bearbeitung abzuführen. Hierbei wird der maximal mögliche Strom rai"c einer Stromdichte im Bereich von 950 Ampere/cm aufrechterhalten, um eine schnelle Bearbeitung und eine hohe Oberflächengüte sicherzustellen. Diese Stromdichte- wird solange aufrechterhalten, bis die gewünschten Abmessungen erreicht sind. Dann wird die Stromdichte schnell herabgesetzt und zwar auf einer Wert im Bereich zwischen 230 und 46!? Ampere/cm , wobei diese Stromdichte mindestens während einer Umdrehung des Werkstückes aufrechterhalten wird, um eine entsprechend helle und glänzende endgültige Oberfläche zu erzeuger.. Ώφβΐ einer Stromdichte unter 230 Ampere/cm'¹ eine schwarze Oxydschicht auf dem Werkstück zurückbleibt, ist es notwendig, dass die Stromdichte aigfolioklicn auf 0 herabgesetzt wird, wenn die Bearbeitung beendet ist, da sonst eine schwarze Linie auf dem Drehteil während des Zeitraumes entstehen würde, über den die Stromabsenkung auf ö erfolgen \\^rürde«

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Da die höchst mösrliche Stromdichte die schnellste Bearbeitung und die höchste Oberflächengüte sicherstellt, wird diese Stromdichte in dem vorliegenden, erfindungsgemässen Verfahren als maximale Stromdichte bezeichnet, die in erster Linie durch die stromleitende oder tragende Kapazität des v/erkzeuges festgelegt ist.

liehen anderen Einflussgrössen zur Begrenzung des maximalen Stromflusses ist die 'Tatsache von Bedeutung, dass, xirenn das Werkstück anfänglich zur Drehung eingerichtet wird, es unrund sein kann, wodurch die Spaltb-reite "zwischen dem Werkstück und dem v/erkzeug beträchtlich schwanken kann, wenn das t/erkstück gedreht wird,, Auch kann ein Neigungsunterschied zwischen dem Warkzeug und dem Werkstück vorhanden sein, wodurch die Spaltbreite über die Fläche des Werkzeuges schwankt. Da die Stromdichte eine Funktion der Spaltbreite für eine vorgegebene Spannung ist, muss der durch das V/erkzeug fliessende Strom auf einen Wert begrenzt werden, der unter dem liegt, bei dem das Werkzeug beschädigt wird, beispielsweise durch Schmelzen, die Entstehung eines Lichtbogens oder durch Verformung, die durch die durch den Stromfluss erzeugte Wärme hervorgerufen wird. Durch Aufliegen auf Abstützschuhen bewirkt der anfängliche Arbeitsgang ein Abrunden des Werkstückes mit einer minimalen Materialentfernung.

Die Spaltbreite zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück beträgt Vervollständigung der Bearbeitung ungefähr 0,038 mm. Bei einer derartigen Spaltabmessung beträgt die höchst mögliche Stromdichte, bei der ein sicheres Arbeiten mit einem bestimmten Werkzeug möglich ist, 930

p.

Ampere/cm „ Bai diesem Werkzeug handelt es sich um ein

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Werkzeug, wie es in dieser Anmeldung beschrieben ist. Die Spannung, die hierbei zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück aufrechterhalten wird, liegt im Bereich von 15 -YoIt. Bei einigen Vorrichtungen, die zur Durchführung des erfindungsgeraässen Verfahrens geeignet sind, kann die Spaltbreite zu Beginn der Bearbeitung das drei- oder vierfache der endgültigen Spaltbreite betragen«, Um die gleiche hohe Stromdichte aufrechtzuerhalten, ist es hierbei nötxp;, die Spannung entsprechend anzuheben«, Da die höhere Spannung zur Lokalisierung des Stromes in dem Werkzeug führen kann, wodurch die Strom führende Kapazität überschritten wird, ist die Spannung und damit die Stromdichte in dem Werkzeug begrenzt, insbesondere während des anfänglichen Abrundaae des Workstücke-s und zwar auf einen Wert, bei dem eine schnelle Entfernung des Werkstückmateriales stattfindet, aber eine Beschädigung des Werkzeuges verhindert wird»

In vorteilhafter Weise kann erfindunrsgemäss auch derart vorgegangen sein, dass die Einrichtung zur Zuführung des Stromes für die elektrochemische Bearbeitung so vorgenom^ men ist, dass eine bestimmte vorherbestimmte Spannung sogar dann aufrechterhalten wird, wenn der Strom schwankt» Dies ist insbesondere während des anfänglichen Abrundens des Werkstückes von Bedeutung, da sich die Spaltabmessung gleichmässig ändert und bei kleinerer Spaltabmessung ein höherer Strom eine schnellere Bearbeitung zur Folge hat. Daher werden ggf* vorstehende oder höher liegende Stellen des Werkstücke? schneller abgetragen, so dass das Werkstück entsprechend schneller rund wird» Um eine Oberfläche mit hoher Oberflächengüte über die gesamte zu bearbeitende Oberfläche zu erzeugen, muss die Stromzuführung brummfrei sein, d„ h. die Veränderung des Spannungsausganges muss

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geringer sein, als ein halbes % von Spitze zu Spitze. Die Stromversorgung sollte eine Insprechcharakteristik aufweisen, die ausreichend ist, um die Spannung über eine Stromänderung von 5 ί 1 konstant zu halten, wobei die Frequenz dieser Änderung durch die maximal erreichbare Drehgeschwindigkeit des Werkstückes festgelegt ist« Bei der beschriebenen Vorrichtung ist eine Ansprechempfindlichkeit von 10 Hz angemessene

Durch die elektrochemische Bearbeitung nach der Erfindung kann das Werkzeug mit einer Genauigkeit von 0,0025 mm in Bezug auf die Abmessung und mit einer Genauigkeit von ebenfalls 0,0025 nim in Bezug auf die Sundheit bearbeitet werden, -robei eine Oberflächengüte im arithmetischen Mittel von 125 ■ 10" mm " .3 Mikroinch) erzielt wird. Es wurden Oberfl ächenerüten zx-rischen 50 und 65 mal 10 und minus 6 mm (2 bis 2,5 Mikroinch) bei Versuchen erreichte

Das erfindungsgem-lsse Verfahren kann mit mindestens zwei verschiedenen Vorrichtungen durchgeführt xirerden. Obwohl verschiedene Einrichtung zur Breheung des Werkstückes zwischen Zentriereinrichtungen oder mit Hilfe eines Domes verwendet werden können, wird das Werkstück in vorteilhafter Weise von einem Magnetfutter gehalten, um die Drehung um eine entsprechende Drehachse durchzuführen. Die Mitte des Werkstückes wird von der Drehmitte durch ein Paar Schuhe veraäioben, die mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstückes im Eingriff stehen. Auf diese Weise zeigt das Werkstück bei Drehung die Tendenz» seine Mitte mit der Drehmitte auszurichten, wobei es aber durch die Schuhe verschoben wird so dass es zwangsläufig gegen die Schuhe gedrückt wird und

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seine Mitte sich dadurch in Sichtung auf die Drehmitte "bewegt, wenn eine elektrochemische Entfernung des Materials und der zu "bearbeitenden Oberfläche stattfindet.

Bei einer Vorrichtung, die in der Patentanmeldung (US-Serial No. 4642) beschrieben ist, ist das die elektrochemische Bearbeitung durchführende Werkzeug zwischen diesen Schuhen angeordnet, so dass der Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück abnimmt, wenn die Bearbeitung fortschreitet. Wenn die Spaltabmessung kleiner wird, wird die Spannung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück herabgesetzt, um eine Stromdichte auf dem höchst möglichen Niveau aber unterhalb des für das Werkzeug schädlichen Niveaus aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise wird der Strom konstant gehalten, und wenn die hierzu erforderliche Spannung auf einen vorherbestimmten WerT^e£Bgesetzt \tfird, wodurch-angezeigt ist, dass der Spalt auf eine ebenfalls bestimmte Abmessung vermindert worden ist, wird das Werkstück seine endgültige Abmessung aufweisen. Die Spannung, die erforderlich ist, um den Strom auf einem konstant hohen Niveau zu halten, ist deshalb eine direkte Anzeige des Durchmessers des Werkstückes und kann daher durch die Bedienungsperson oder irgendeine Automatik benutzt werden, um festzustellen., wann die elektro-chemische Bearbeitung zu beenden ist·

Bei einer anderen Vorrichtung, die in der Patentanmeldung • ... °... . (US-Serial Ho₉ 4840) beschrieben ist, ist das die elektrochemische Bearbeitung durchführende Werkzeug in der Nähe des Werkstückes und auf einer Linie angeordnet» die senkrecht auf aer Linie steht, die zwischen der Mitte des Werkstückes und der- Drehmitte verläuft. Wenn das Werk-

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stück aufgrund der Bearbeitung eines .kleineren Durchmesser annimmt, bewegt sich seine Mitte im wesentlichen parallel zu dem Werkzeug, und darausfolgend ist es wünschenswert, dass die im wesentlichen· flache*vordere Bearbeitungsoberfläche des Werkzeuges so angeordnet ist, dass sie senkrecht zu der Linie verläuft,' die von dem Werkzeug durch die Mitte des Werkstückes geht, wenn die Bearbeitung vervollständigt wird,, Das Werkzeug kann in bezug auf das Werkstück feststehend sein, wodurch der Spalt grosser wird, wenn Material entfernt, oder das Werkzeug kann in Richtung auf das Werkstück mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt werden, wie eine Materialentfernung stattfindet, um den Spalt konstant zu halten. In Jedem dieser beiden JPälle wird die Stromdichte auf dem gewünschten hohen Niveau gehalten, und zwar durch Regulierung der Spannung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück»

Aus dem vorstehenden .ergibt sich auch, dass es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines sich drehenden Werkstückes mit einer hohen Oberflächengüte und einem guten Erscheinungsbild zu schaffen, wobei der Strom auf einem hohen Niveau gehalten wird, um eine glatte Oberfläche zu erzeugen, und zwar solange, bis die gewünschten Abmessungen erreicht sind, woraufhin das Niveau des Stroms augenblicklich entsprechend gesenkt wM, um eine glänzende und helle Oberfläche zu erzeugen, die keinerlei oxydische Überzüge oder dergl« aufweisen, so dass die Stromdichte dann auf 0 abgesenkt werden kann, um die Bearbeitung zu beenden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass ein Verfahren zur elektrochemischen Bearbei- >

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tung von Werkstücken geschaffen werden soll, um eine Drehoberfläche auszubilden und zwar durch eine drehbare Befestigung jedes Werkstückes hinter einem eine elektrochemische Bearbeitung durchführenden Werkzeug, das am Anfang in einem bestimmten Abstand von dem Werkstück befestigt ist, wobei ein unter Druck stehender Elektrolyt zügeführb wird, um eine mit hoher Geschwindigkeit strömende Strömung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück aufrechtzuerhalten, so dass ein Strom mit grosser Dichte von einer brummfreien Versorgung angelegt werden kann, um Material des anodisch geschalteten werkr.tückes zu entfernen, wenn sich das Werkstück hinter dem Werkzeug dreht. Die Stromdichte wird hier auf einem relativ hohen Niveau gehalten, bis das Werkstück die gewünschte Abmessung erreicht hat. Die Stromdichte wird hierbei so eingestellt, dass die erzeugte Oberflächengüte ein arithmetisches Mittel von 12; . 1O~ ' mm (5 Mikroinch) während dieser Bearbeitung aufweist, woraufhin die Stromdichte auf einen bestimmten Wart abgesenkt wird, und mindestens über eine Umdrehung des Werkstückes aufrechterhalten ivird, und zwar unmittelbar bevor die Bearbeitung beendet wird, um irgendwelche Färbungen zu beseitigen, die währirrd. der Bearbeitung im Bereich der hohen Stromdichte entstanden -wird« Auf diese Weise wird nicht nur eine Oberfläche mit hoher Güte, sondern auch eine glänzende Oberfläche mit einen entsprechenden Erscheinungsbild auf dem Werkstück erzeugt. Zur Beendigung der Bearbeitung wird der Strom plötzlich unterbrochen, damit das werkstück endgültig nur mit der Stromdichte auf dem zweiten, vorherbestimmten. Niveau bearbeitet \tfurde»

Zusammenfassend ist also zu sagen, dass das erfindungsgemHßo Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Werk-

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stücken der Ausbildung von Dreh oberfläche η mit; sehr genauen Abmessungen dient, und durch Drehung des Werkstückes und Anordnung eines die elektrochemische Bearbeitung durchführenden Werkzeuges in der ITähe des v/erkstückes durchgeführt wird, wobei ein Spalt zwischen dem Werkzeug und -dem Werkstück aufrechterhalten und am Anfang in einer bestimmten Abmessung angestellt wird» Eine Hochgeschwindigkeitsströmung eines unter Druck stehenden Elektrolyten wird in den Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück eingeführt, um den elektrischen Strom zu leiten, um die während der Bearbeitung erzeugte 'Wärme zu entfernen und um die Reaktionsprodukte der elektrochemischen Bearbeitung abzuführen,, Die Stromdichte ■ zwischen dem Werkstück und dem -Werkzeug wird auf dem höchst möglichen iiiveau gehalten und zwar im wesentlichen während der gesamten Bearbeitung im Bereich von 93^ Ampere/cm , um eine höchst mögliche Oberflächegute und eine möglichst schnelle Bearbeitung sicherzustellen« iiachdem das Werkstück die endgültig erwünschten Abmessuijgn aufweist, wird der Strom zeitweilig herabgesetzt und zwar mindestens während einer Umdrehung des Werkstückes. Die. hierbei ein-

gehaltene Stromdichte liegt zwischen 230 und 465 Ampere/cm un-d dient der Srzeugng einer ansprechenden glänzenden endgültig bearbeiteten Oberfläche,, Daraufhin wird der Strom abrupt unterbrochen, um diese gewünschte Oberfläche aufrechtzuerhalten und nicht durch eine andere Färbung oder derglo zu unterbrechen.

Weitere Torteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.

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Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer Vorrichtung mit verschiedenen Bauteilen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur elektrochemischen Bearbeitirngj

Fig. 2 einen Ausschnitt einer anderen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 eine Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Antrieb für das Werkstück, mit dem Werkstück selbst, mit dem die elektrochemische Bearbeitung durchführenden. Werkzeug und mit einem Abschnitt des Mechanismus zur Abstützung des Werkzeuges;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Darstellung der? elektromagnetischen Futters zum Halten des Werkstückes;

Fig. 5 eine Ansicht, bei der das Werkstück teilweise im Schnitt dargestellt ist, und in der die Einrichtungen zum Gleiten des Eingriffs mit der Bearbeitungsoberfläche des Werkstückes in einem bestimnten Abstand voneinander gezeigt sind, um die lütte des Werkstückes von der Drehmitte des magnetischen * Futters zu verschieben, wobei v/eiterhin das die elektrochemische Bearbeitung durchführende Werkzeug teilweise im Schnitt und zwischen den vorstehend gekannten Einrichtungen veranschaulicht ist;

Fig» 6 eine Ansicht der derjenigen der Fig. 5 entspricht, wobei das die elektrochemische Bearbeitung durch-

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ftfiir ende Jarkiäeug-aber unge'-fähr Kinkel au der "Linie angeordnet
oder Winkel zwischen Ld'en-beiden·'

Haum

J¹12» 7 einen iäeimi^t?" des die eie'ktrociie'ialsGiie Bearbeitimg " "- düreiiführenden Werkzeuges Im vergrößerteö'

■?i;;, 8 earie Bi'auTsi'ch't auf daä die eleictx'oehemisoBe ^Be-*.-' ■"■■'" arbeltünj durchirülirende ,/erkzeug im'vergrößerten'■-'·

S¹Ig. 9 eine v;eitere .ansicht des die elektroche^:m±seile' Bearbei't'Oiig durchfünrenden V/erkzeuges wiederum

In vergrößerten Maßstab > ~ '- ■ ^: ■'

Fi-J. 10 einen cicimitt durch das werkstück^ im vergrö^ßerten

Ilaßstab; und " ·- ' " · - - ^: --. .- ^:. ■

Ei^:. 11 zwei grapiiisehe Darstellungen der Spannung und des Stromes während der e lekti'G chemischen Bear- · beitung; aufgetragen über der Zeit, wobei die obe — re Darstsllung die Spannung zwischen dem Werkzeug und dem .-/-rksfrlck und die untere Darstellung den ■ Gesantstroinfluss durch das Werkzeug darstellt.

In den Pig. 1 und 3 ist eine Vorrichtung- zur elektrochemischen Bearbeitung dargestellt, und diese Vorrichtung; be- ·-- steht aus eir.em, die elektrochemische Bearbeitung durchführe ndsn -Werkzeugs 10, das an einem-Träger 12 befestigt Ist,-lurch den das werkzeug relativ zu dem //erkstücki^ ver-

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stellb'ar ist. Das Werkzeug ist seitlich durch einen Handgriff 16 "bewegb ar _r. wobei die Stellung des Werkzeuges durch die Anzeige-16a angezeigt wird. Eine Verstellung in senkrechter .Richtung e_srfolgt .durch-Drehung des Handgriffes 17, wobei-die · durch diesen Handgriff beeinflussbare Stellung durch die Anzeige 17a angezeigt wird. Die Verstellung nach vorne bzw. nach hinten w4.rd durch einen eiteren Handgriff 19 durchgeführt. Obwohl eine..der ar ti ge Werkzeugabstütziing· sehr zweckmässig ist, ist es verständlich, daß andere Werkzeugabstützungen verwendet werden können, um für eine Befestigung in "bezug auf das Werkstück zu sorgen, ohne daß von dem allgemeinen Erfindungsgedanken abgewichen wird. Wenn einmal die Stellung des Werkzeuges richtig eingestellt ist, wird diese Stellung während der gesamten Bearbeitung eingehalten, ; ·

Werkstück 15 ist mit Hilfe eines magnetischen Futters 20 befestigt, das an einer Welle 21 angeordnet ist. Die letztere ist.durch Riemen über Riemenscheiben 22-drehbar, und diese Riemenscheiben 22 sind en der Welle eines Motors 25 befestigt. Die Stromversorgung zur Durchführung der elektrochemischen Bearbeitung; erfolgt über einen Schleifring 27, υη3dieser ist über die Welle 21 mit dem Werkstück 15 verbun- · den. ."." ·.- ■.---* -

Wie-sich au? Figur 4· ergibt, wird der elektrische .Strom dem meinet!sehen Futter 20 über einen Schleifring 28 (Figur 3) ; zugeführt. Hierdurch wird ein Spulenpaar 30 innerhalb des Futters 20 mit Strom versorgt. Diese Spulen erzeugen ein magnetisches Feld, welches von dem einen Pol der Spulen 30 pur, durch das-zylindrische Gehäuse 31, eine äussere flatte 32, einen aussehen Kragen-33, das Werkstück 15, einen inneren Kragen 35, eine innere Platte'36 hindurchgeht und schließ-' lieh zu dem anderen Pol der Spillen JO verläuft. Ein Rinp; 37 rnas magnetischem Isoliermaterial trennt die Platten 32 und 36 und ein Talierkrageri 38 trennt die beiden Kragen 33 und 35.·

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Diese,Anordnung stellt sicher, daß eine, maximale, Anzahl magnetischen Kraftlinien- durch das Werkstück.- 15, hindurchge-^ hen, so daß dieses sicher an.der vorderen Fläche~?9, des^Fut-«. ters 20 gehalten ist. Diese Fläche 39 ist verhältnisnip.s,sig^„₊,_r glatt, um eine seitliche Bewegung des Werkstückes 15 tu erlauben. ;. .-;■■■ ; "".- .." ■ --r - ;-._.>.-. -- ; - ■■*; --, ^;~;,■ . ^>;™^ ■- ~->'\

Auf-ider Dnrstellung- der Figur; 5

15 von der Drebmitte 40 · des -magnetischen, -Futters voneinander entfernt angeordnete. Schuhe-ΑΦ wnd_T-42₅ Ve bar ist. Dies© Schuhe sind mit Oberflächen zum^injgriif mit-,» dem Wegstück eingerichtet,, und diese Ofeerflächan -v7®-i#ep, die., gleiche Kontur auf, wie die Oberfläche des Werkstücks--1-S_n..- — das der elektro-chemischen Bearbeitung zu unterwerfen ist. Diese Schuhe sind aus einem Material, z-.B. aus Wolframkarbid, oder einem keramischen Stoff hergestellt,, so daß sie jsne, ■ausreichenderHärte aufweisen .und daher nicht durch Schläfen Jr.it. der Oberfläche-des-Werkstückes verschleissen. Die Schuhe können auch als Rollen ausgebildet sein, gegen die- das Werkstück durch einen Riementrieb oder dergleichen gedrückt w.ircU, £ :_f .

Jeder Schuh ist an einem radial verlaufenden Arm 44---schwenkbarbefestigt, und dieser Arm ist in einem ..Werkzeughalter- 45-mit Filfe einer Schraube 46 verschiebbar,- Die Schweiikverbin- ; dung zwischen dem Arm 44 lind den Schuhen erlaubt, -daß diese dem Werkstück folgen, wenn es bearbeitet wird -und sich -in ;. Richtunp· auf das Werkzeug 10 bewegt. Dies ist durch die T&n- ^: denz bedingt, daß die Mitte des Werkstückes dazu neigt, sich selbständig mit de^ Drehmitte auszurichten. Die Werkzeughai- ' ■ ter 45 sind in T-formieren Sehlitzen 47 einer Platte. 48- (Figur ; 3) verstellbar befestigt. Die Platte 4B ist mit einer im. we- ^: sentlichen kreisförmigen öffnung in ihrem mittleren Abschnitt ausgerüstet und durch diese Öffnung verläuft der Kragen 33-des magnetischen Futters 20. Eine Gummidichtung 49 (Figur 4)■ver-

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läuft von dex" I^atte¹ ~4#^;vin die öffnung:' und -steht' mit der· au sse ren Oberfläche des Kragens 53 im-Eingriff ,^-um zu verhindern, daß- der^: kLektrol3rt hinter die'Flatte- 48 tind damit in da? magnetiscfie' Futter ' 20 oeLer die"Urehteile des Futters strömt.--.-'-

Die Werkzeughalter 45 sind in dem Schlitz 4-7 ungefähr über: einen. Winkel von 120° in bezug aufeinander verstellbar,, und

41'^:"und-42-sind^:'radial-nach. innerj bewesbar^ "um das-Werkstück ^5 auf einer'Linie ztt verschieben, die den Winkel zwischen die sen"-beiden Schuhen teilt. Am Jtofang liegt die Mitte 50 des Werkstückes 15 ungefähr Ο,·6- mm; von der Drehmitte 40 deB magnetischen Futters 20 entfernt, worauf -im folgenden noch eingegangen wird. '"■ ' ■ ·

Das die elektro-chemische Bearbeitung durchführende Werkzeug 10 ist ungefähr in der Mitte zwischen den Schuhen M und 4-2 angeordnet_v und es ist einstellbar, um einen Spalt einer ersten Spaltgrösse von ungefähr 0,02^ mm zwischen der bearbeitenden Oberfläche des.Werkzeuges und dem Werkstück sicherzustellen. Da die bearbeitende Oberfläche des Werkstückes im Gleiteingriff mit den Schuhen 41 und 42 steht, wird die Mitte 50 des Werkstückes in Richtung auf die Drehmitte 40 oder wenn man die Figur 4 betdchtet nach rechtsgedrückt, wenn das Werkstück einen geringeren Durchmesser aufgrund der elektro-chemischen Bearbeitung und der damit bedingten Materialentfernung erhält. Auf diese Weise nimmt der Spalt zwischen, dem Werkzeug und dem Werkstück ab.

Das Werkzeug ist in der Bewegungsrichtung der Mitte des Werkstückes angeordnet, wenn sich das letztere in Richtung auf die Drehmitte während der Verminderung seines Durchmessers bedingt durch die elektro-chemische Entfernung des Werkstücksmateriales bewegt. Da die Speltbreite bei Aifrechterhaltung einer vorherbestimmten Spannung abnimmt, nimmt die Stromdichte normalerweise zu. Um zu verhindern, daß der Strom die ent- ^;

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sprechende Kapazität des Werkzeuges übersteigt _t ^: wird diät Spannung zwiBeben dem Werkstück und dem^: Werkzeug entsprechend von Hand durch die Bedienungsperson oder r automatisch: durch eine·■·'· entsprechende elektronische Schaltung hcrabgesetzti "^; -

Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemftssen Verfahrens ist in· den 'Figuren- 2 und 6'dargestellt. Bas Werkstück 15 wird iron der Brehinitte 4O nach-oben "ungefähr-Um-0,6 mm verschoben und zwar durch die Schuhe 41 und 42. Bas Werkzeug 10 ist ungefähr rechtwinklig zu der- BeweKungsbahn* "' des Werkstückes angeordnet, wenn Material auf elektro—chemi-^: schem Wege entfernt wird und sich die Kitte des Werkstückes 15 nach unten in Sichtung auf die Brim-itte 4O bewegt. Die ' vordere oder bearbeitende Oberfläche des Werkzeuges verläuft parallel zu der Drehachse und im wesentlichen ebenfalls parallel zu der Bewegungsrichtung des Werkstückes in Richtung auf die Brehmitte.

!ei der Jhisfuhrungsform nach Figur 5* bei der das Werkzeug während der Bearbeitung stillsteht, nimmt der Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück zu, ■ wenn Material entfernt wird, v.nä solange die Spannung nicht merklich zunimmt, wird die Stromdichte entsprechend abnehmen. Ba es'wünschenswert ist, äsB ßie Stromdichte im wesentlichen konstant und auf dem hochRtmöpliehen ITiveau während der Bearbeitung gehalten wird, um eine iBÖ>licbst srlatte Oberfläche hoher Güte zu erzeugen» wird df" Strom entweder von Hand oder automatisch durch einen entspre-chenden Schaltkreis dadurch gesteuert> daß die Spannung erhöht wird. Bei der AiTsführun^sform nach der Figur 6, bei der das Werkzeug in das Werkstück mit der gleichen Ge- · scbwiBdierkeit bewegt wird, wie das Werkstückmaterial entfernt wird, wird die Sosltabmessung auf einem konstanten Wert gehe! t'ers, so dpß die Stromdichte für- ei.ne - vorprep*ebene Spannung eten fell ε- im wesentlichen konstant bleibt. . ,

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Das die-elektro-chemisehe Bearbeitung, durchführende. Werkzeug ist in einer Ausführungsform im einzelnen in den Figuren 7 "bis 9, dargestellt. Es besteht aus einer elektrisch leitenden Platte 51 mit einer vordexen bearbeitenden.Oberfläche 5S₁ die bearbeitet und glatt geläppt ist. Diese elektrisch leitende Platt e kann aus Me s sing oder, aus einem 1eicht zu be arbeit enden Material· hergestellt, sein, das gleichzeitig eine, gute· elektrische Leitfähigkeit aufweist. _■·.-■- -

Eine Leitung 54- für -.den Elektrolyten ist durch Befestigung.. ._■ eines-oberen Isolierblocks 55 auf der Platte 51 geschaffen, -... . wobei beide. Teile an dem 'Werkzeughalter durch,Schrauben 56· befestigt sind. Diese-Leitung steht mit eijer öffnung 57 in Verbindung, = die durch - die Platte 51 hindurch und in .den. We::kzeughalter~53 hineinverlä-u.it, Ein Duehlaß 58 in-dem Werkzeughalter -leitet den Elektrolyten von der Abstützung;, in das.,Weizen p- und zwar durch die öffnung 5⁷ und die Leitung..54 in. den_t So alt· 60 zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück.

Ein zusätzlicher Tsolptionsblock ^A ist. ^n der Plptte 51 im· "Rp-peicb in..der Nähe ries Werkstückes bpf-.estip.-t, um St reu st rö-ToP von der Bearbeiturip; des V/ex-J.Btü-ov^n fernzuhalten, d-pmit ■ . r!i.e- ^pearbeitiTP.p· -^rvuf die vordere .Oberfläche 5? d.es Werkzeuges . beschränkt χρπ. Pieper "Rlock.-i.pt nacV¹ inren ausgehend von der vorderen bearbeitenden Oberfläche geneigt, so daß die Spaltqbmofjßungen zunehmen, dnnit der Elektrolyt aus dem bearbeitenden .^e^p.ich ^bI qfen kann. Feide "Blöcke 55 und 61 sind aus .starren und nicht leitenden Fiberglas!amellen hergestellt, . die so gut wie keine Feuchtigkeit aufnehmen und unter der Bezeichnung-"Formica", FF 91 im Handel sind.

Tr, den beiden Ausführungsformen"der Figuren 5 und 6 ist die untere Kante 63 des Werkzeuges im wesentlichen gerade und parallel zu der Achse des Werkstückes ausgerichtet, wobei die Kfinbe näher an dem Werkstück als an den anderen Abschnitten

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des Werkzeuges liegt. Insbesondere, wenn ein einziges Werkzeug verwendet wird, ist die vordere bearbeitende Oberfläche 52 senkrecht zu der Linie zwischen der Mitte des Werkstückes und der Kante 63 des Werkzeuges ausgerichtet,, wenn das Werkstück auf seine endgültige Abmessungen bearbeitet woiEfen

Die untere Oberfläche, des Blockes 55 und die obere Oberfläche der Platte 51 sind im Bereich der Leitung54.für den'Elektroden verhältnismässig glatt ausgebildet, um eine glatte Strömung des Elektrolyten in den Spalten 60 zu erleichtern. Die vordere Oberfläche 64 des Isolationsblockes 55 ist so gekämmt oder, geneigt, wie es in Figur 5 darge steigst ,um eine im we^ sentlichen konstante Spaltbreite sicherzustellen und den Elektrolyten auf diese Weise zu zwingen, nach unten über die vordere bearbeitende Oberfläche des Werkzeuges zu strömen, wenn sich das Weitetüek im Uhrzeigersinn dreht.

Der Elektrolyt strömt mit einer verhältnismässig hohen Geschwindigkeit ausgehend von einer Pumpe in den Spalt 60 zwischen der Platte 51 und dem Werkstück, wobei ein Druck von ungefähr 25 kg/cm²'aufrechterhalten wird. Dieser Druck ist an der Anzeige 65 ablesbar. Die Zusammensetzung d*?s Elektrolyten hängt von der At des zu bearbeitenden Materiales ab. Für eisen+ haltige Materialien wird eine Elektrolytlösung verwendet, die durch 1,8 ks; Natronsalpeter in 3,8 1 Wasser gebildet wird. Dieser Elektrolyt wird im wesentlichen auf Umgebungstemperatur gehalten und wenn er durchden Spalt 60 geströmt ist, wird er in einem Trog 66 (Figur i)gesammelt, der unter dem Werkseu-g angeordnet ist. Von diesem Trog wird der Elektrolyt einer Einrichtung zugeleitet, in der die anodischen Reaktionsprodukte beispielsweise mit Hilfe einer Zentrifuge entfernt und g-leichzeitig gekühlt werden, bevor eine erneute Zuführung des Elektrolyten in dem Bearbeitune-sbemch erfolgt. Um das Werkzeug und das Werksück herum ist ein Schild 67 (Figur 3) angeordnet, um ein Bespritzen der Bedienungsperson und

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anderer Bauteile der Vorrichtung zu verhindern.

Die Stromversorgung des Werkzeuges 10 erfolgt über den Werkzeughalter mit Hilfe eines Kabeis 63_t und die des Werkstückes über ddn Schleifring 27 und die Welle 21, wobei das Werkstück als Anode in bezug auf&as Werkzeug geschaltet ist. Die Strom— versorgungseinrichtung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück ist von herkömmlicher Art aber von hoher Qualität, da die Versorgung zwischen Mull und 4O Volt veränderbar sein muß. Weiterhin muß die Stromversorgung brummfrei sein, d.h. die SpannungsSchwankungen dürfen nicht grosser eis 1/2 % von Spitze zu Spitze sein. Diese brummfreie Stromversorgung ist notwendig, um eine genaue Bearbeitung und eine hohe Oberflächengüte des zu bearbeitenden Itagers sicherzustellen. Weitaphin sollte die StromversorRun.K' eine An Sprechcharakteristik aufweisen, die ausreichend ist, uujöie Spannung über Stromänderungen von S { 1 konstant zu halten. Die Frequenz der Änderung ist durch die erwünschte maximale BTehgesehwindiekeit festgelegt. Eine Frequenz von 10 Hz hat sich als "br?rtehbar herausgestellt.

Die Stromversorgungseinrichtung 7'"T öie ir FiRur 1 ist_t besteht aus einer Spannungssteuerung 71 mit einein YoItmesser 72 für den Spannungsausgang und einem Amperemeter 75 für den Strom, der dem Werkze^i^ zufliesst. Obwohl von H^nd betätigbare Mittel zur ¥erstellune; der Spahnüne· vorgesehen sind, können selbstverständlich "auch entsprechende automatische Einrichtungen verwendet vierden. '

Die Tiefe oder Stärke, mit der das Ketall währen-d Jeder Umdrehung des" Werkstückes entfernt wird, ist durch viele Faktoren bestimmt. Zu diesen gehören die Geschwindigkeit des Materiales des Werkstückes relativ zu der Oberfläche des Werkzeuges, die Länge der Werkzeug-ober fläche in Richtung dieser Relativbewegung, die'Sparinun-T'und-.-der Spalt·" zwischen den:

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..Werkzeug und de™ Wwrkstück, die Zusammensetzung und Temperatur des-Elektrolyten und die Geschwindigkeit oder die relative Radi aibewegung. zxirisohen dem Werkzeug und dem Werkstück.

beschriebenen Bed spie? sind die Drehgeschwindigkeit, des

Werkstücke? und die Temperatur/Z fsammeneetzung des Elektrolyten durch die entsprechenden Einrichtungen konstant gehalten. Die Sti^omdichte .kann ebenfalls durch Steuerung der Spannung auf einem verhältnismässig konstanten Niveau gehalten -werden. Wenn rl ¹Ti der Sp=Ot kleiner wird, wie.es bei <fer Ausführungsform nach Figur. 5 der Fall ist, wird die Spannung zwischen. .. dem Werkzeug und dem Werkstück während der Bearbeitung· vermindert. Venn der SOaIt jedoch grosser wird, wie es bei der Ausführungsform nach Figur 6 der Fell ist, da sich das Werkzeug nicht in Richtung auf das Werkstück so bewegt, wie es die Abtregung der* Metalles notwendig machen würde, wird die Spannung angehoben, um eine Stromdichte sicherzustellen, die sich.immer auf. einem konstanten verhaltnismässig hohen Niveau befindet.

Die Grosse des Snitzenstromes liegt zwischen 465 und 930

' ρ

Amp*/cm", wobei die zuletzt genannte^ Stromdichte solange an-r· «estrebt wird, bis der.Durchmesser der Lageroberfläche die gewünschte Abmepsung erreicht. Das höchste Stmnniveaü ist durch die Kppazitä"¹" de? V/erkzeuges festgelegt, um sicherzustellen, daß d?s Metall schnell entfernt wird und die Oberflächengüte ein arithmetischen Mittel von 125 y 1^r' mm (5 micro inch) euf-Die ^earbeitvn^ eines Werkstückes aus Eisen bei einer hohen Stromdichte mit einem Elektrolyten der Natronsalpeter enthält_T zeigt eine verschleierte und strohfarbene Oberfläche. Deshalb wird, die Stromdichte auf ein zweites, vorherbe stimmt es ITiveau zwischen 230 und 465 Amp./Om , während mindestens einer Umdrehung des.Werkstückes abgesenkt, um eine Werkstoffoberfläche mit einem entsprechenden glänzenden ErscheinungFbild zu erzeugen. Der Strom wird darn plötzlich untere

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BAD ORfGiNAL

brochen, um die Bildung einer dunklen Linie auf der Oberfläche zu verhindern. Eine derartige dunkle Linie würde eich bilden, wenn die elektro-chemische Bearbeitung nicht sofort unterbrochen, sondern bei einer noch niedrigeren Stromdichte forgesetzt würde.

Bei der Vorrichtung nach Figur 5 kann die Abmessung des Werkstückes duch die Höhe der Spannung, die notwendig ist, um eine konstante Stromdichte auf dem ersten vorherbestimmten Niveau aufrechtzuerhalten, bestimmt werden. Wenn die Spannung daher auf einem bestimmten Wert anfällt, ist dies eine Anzeige dafür, daß der S-np.lt 60 einen zweiten vorherbestimmten Wert angenommen hat und zu diesem Zeitpunkt wird die Stromdichte zeitweilig auf das zweite, vorherbestiimfce Niveau abgesenkt und dann - wie vorstehend beschrieben - plötzlich unterbrochen.

Bei der Vorrichtung nach Figur f> kann die Abmessung des Werkstückes in erster Linie ^n der "Anzeige 1^ ^beelesen werden, dp diese Anzeii^rre ^e seitliche Stellung des Werkzeuges 10 in be An fr auf dip Drehnitte 40 anzeigt. Bed. dieser Aus^uhrungsform lieft das Werkzeug in bezuc puf die Drehmitte fest und zwar i ρ ^besondere dann, wenn nur ferin??e Materialien entferntwerden. Tn diesem Fall ist die Spannung, die erforderlich ist, um eine konstante Stromdichte sicherzustellen, ebenfalls eine Ansei":⁰ für die W^rkstu^krropse, so daß sie dazu benutzt v/erden kann, um die Beendigung; der Bearbeitung festzulegen, wenn die i-nnnnunf auf einen Wert; ansteigt, der vorher durch Versiehe

festfple^t wurde.

Die Lance (Ie^ vorderen bearbeitenden Oberfläche in "Richtung der Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück am linken finde der Lageroberfläche 74- ist da proportional länp-er, wo der Durchmesser des Werkstückes grosser ist und deshalb auch dort, wo die Relativbewegung zwischen dem Werkstück

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BADORIGiNAL

und dem Werkzeug höher ist.

Ein typisches Wefestück 15, wie beispielsweise ein Laufring, ist in Figur 10 dargestellt. An jedem Ende der Lagerfläche ... 74 sind zv/ei Vertiefungen 75 und 76 gezeigt, die in erster Linie dazu dienen_r daß die Lagerfläche über ihren gesamten Bereich genau bearbeitet werden kann. Obwohl ein konisch geformtes Werkstück "beschrieben ist, ist es verständlich, daß jedes andere rot^tionssymmetrische Werkzeug nach dem vorliegend beschriebenen Grundgedanken hergestellt werden kann. Wie sich aus Figur 10 ergibt, sind die Vertiefungen 75 und in der Nähe der Lederoberfläche 74- durch vorstehende Abschnitte 77 und 78 engden äusaersten Kanter· des Werkzeiiges gebildet. An diesen Stellen ist diese Zeit, die da? Werkstück bearbeitet wird, entsprechend langer. Im folgenden ist eine Tabelle aufgeführt, in der charakteristische Abmessungen für des Werk-Ze¹K^1- und das Werkstück des Beispiels der Figuren 7 bis 10 au f p-o f uhr+- 1 ej t;

A - 0,20 mm

B _

D	- O	,89 mm
E	- O	,r?9 nm
F		0 mm
G	- 0	,66 mm
H	_ Q	,4 mm

	Werk	: ^ tück
	- 76,	2 mm
b	- 58,	1 7ΠΙΡ
C	- 19,	05 mm
d	- 5«,	1 nun
e	- 14°

Die Lederoberfläche 74 kann geringfügig ballig ausgebildet sein, wobei diese Wölbung durch das Haß von 0,00127 mm festgelegt ist. Diese Balligkeit dient der Erhöhung der Belastbarkeit und der Lebensdauer des Lagers. Die Herstellung einer

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derartigen balligei Lageroberfläche mit Hilfe 'herkömmlicher'' Schleifmethoden ist nur für wenige Lager möglich, so daß die Herstellung einer grÖ8se~ren Anzahl "derarti"; 'ausgebildeter Lager sehr kostspielig ist, da das Schleifwerkzeug häufig an seiner Oberfläche entsprechend "behandelt werden muß." Wenn eine elektr'o-chemische Bearbeitung durchgeführt wird, kann diese Balligkeit der Lageroberfläche durch Veränderung des entsprechenden Bereiches des Werkzeuges "und zwar in Sichtung der Relativbewegung' erreichet werden. I>ies Geschieht durch eine entsprechende AusbiIdling der vorderen bearbäüenden Oberfläche des Werkzeuges beispielsweise durch -Fräsen, da die Tiefe der Bearbeitung proportional ^u der Länge des Werkzeuges in Richtung der Relativbewegung ist.

Wenn die Länge des Werkzeuges um 0,025 mm verändert wird, dann ändert sich das Ausmaß der Material abtragung um 0,00025 nim, d.h. um eir.en Faktor von 100 : 1. Die in Figur. 9 dargestellte Oberfläche ⁷9 ist eine Kurve, die durch einer. Radias" "on vO5 mm festgelegt ist, der" senkrecht auf der Halbierut3"?li"-i~ e steht die zwischen den Enden des Werkzeu^-er- 51 Verläuft. Hierdurch wird offenbar, daß eine genar,« '^eTbeir-uno· des V/erkze^^ep zur Sicherstellun^ einer entsrireohenden O^e^fläcfier^'iip. ^-^rC'" di c herköminlicher· ri^^h^dpn mörlich i.Pt. wobei die vordef*«= \~e--^bei— tende Oberfläche des-Werkzeuges aii.^c diesem G-rurde fl^ch ^e'ia.lten wird, um irrcerdwelche Verandor^n^eu de¹⁰ Berrbei^'m·'¹'. die durch di« Kontur des V/erkzf?"ifre? pelbsx bedingt sir.d, "ίρζ"-

"ins M't°^⁴. =■ 1 öev P.irtt-p 51, v*?l.che.^c eptf<=.T*nt wird. un\ eine Oberflächenre°t£>ir ?nr Bearbeit^nfr eines beslrj.mniten W^rk^tü^ke zn schaff er., -ist in der "eichn^n^ mit einem Isol^oH:ionpnirt^oTⁱi^] 80 ^us'-ef tillt -ri'ortreptellt, iT^d d^^ olre^p O^erfiä^^⁰ ^.'ococ' 1-T"-toriBT^o i p+r p'^er und flficr ni"*"- e'er oberen Obe^^f lache'¹" ^«^τ.¹ n^rr>oben "¹JBrI?-Ufer.^°r. Abpcrnitte ^f;"^; und ~'β "ce^

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te gleichmässige Elektrolytenströmung in der Leitung 54 sicherzustellen, wie es vorstehend" "beschrieben wurde. In der Platte 51 sind verschiedene Löcher 81 ausgebildet, und zwar in dem bearbeiteten Bereich, um die'Verbindung zwischen dem Isoliermaterial 80 und der Platte sicherzustellen.

Das Isoletionsmaterial 80 dient ausserdem dazu, elektrische Streuströme von der inneren Oberfläche des Werkzeuges zu unterbinden, damit die Oberflächengüte des Werkstückes nicht in unerwünschter Weise beeinflußt wird. Da der Abstand zwischen dem Werkstück und diesen inneren Oberflächen sehr viel grosser ist als der Spalt zxri.sehen dem Werkstück und der vorderen Ober fläche des Werkzeuges ist die Stromdichte, die von der Innenseite des Werkzeuges ausgeht niedriger als diejenige, die von der vorderen Obsflache ausgeht. Wenn ein Stromfluß mit geringerer Stromdichte möglich wäre, würde die Oberfläche nicht so glatt werden, wie es möglich ist und zusätzlich würde die Oberfläche schwait aussehen. Jede Unregelmässigkeit in der Fläche zwischen dem Werkzeug und der Isolation oder jede Unterbrechung der vorderen Oberfläche des Werkzeuges an der Stelle, an der die Isolierung mit dem Werkzeug verbunden ist, würde eine schlechte Oberflächengüte herbeiführen, da diese Unregelmässigkeiten eine Turbulenz in der Strömung des Elektrolyten über die Fläche der Leitung oder aber Streuströme von der inneren Oberfläche desWerkzeuges zu dem Werkstück hervorgerufen wrden. Deshalb ist die vordere Oberfläche des Werkzeuges und der -Isolation entsprechend eben und glatt ausgebildet.

Bei dem Isolationsmaterial 90 handelt es sich um eine Epoxyverbindung (Reaktionsprodukt einer Chlor-Wasserstoff-Verbindung mit Bisphenol A). Dieses Material besitzt im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Material des Werkzeuges. Ausserdem ist das Isolationsmaterial nicht porös, Widerstandsfähigkeit gegen die Aufnahme von Feuchtigkeit, so daß eine St-romleituns? durch dieses Material zu dem Werkstück

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verhindert wird und chemisch in bezug auf den verwendeten Elektrolyten verhältnismässig "träge. Typische derartige Isolationsmaterialien sind unter den folgenden Bezeichnungen im Handel: RP-3260 der Firma Renn Plastics, Inc., Lansing, Michigan und STYCAST 2651 MM der Emerson and Cumins;, Oanton, Massachusetts.

Im betrieb wird das magnetische Futter 20 erregt und das Werkstück 15 auf der vorderen Fläche 39 befestigt. Das Werkstück wird um ca. 0,65 mm aus der Drehmitte des Futters verschoben und zwar auf einer Linie, zwischen der Drehmitte des Futters unL der die endgültige Bearbeitung durchführenden Kante 63 des Werkzeuges hindurchgeht. Diese Verschiebung erfolgt durch Verstellung der Schuhe 4-1 und 4-2 radial nach im?en. Bei der in Figur 5 dargestellten Vorrichtung ist das Werkzeug so angeordnet, daß zuerst eine erste Spaltbreite von beispielsva.se 0,15 mm zwischen der vorderen bearbeitenden Oberfläche und der Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstückes eingestellt ist. Bei einer bestimmten"Anwendungsform der vorliegenden Erfindung sind die Werkstücke bereits im voraus innerhalb "bestimmter Toleranzen bearbeitet, so daß, wenn die Soaltbreite für ein Werkstück einmal eingestellt ist, dieselbe Bnaltbreite 'für sämtliche Werk-Ftückp innerhalb eines Produktionsablaufes verwenbnr ist. Bei O¹Pr Vorrichtung nach Firnir 6 wird der So alt auf ungefähr 0,025 mm eingestellt und dann dhrch Bewegung des Werkzeuges in Richtung auf des Werkstück beibehalten.

Der Motor 25 wird dann erregt, um das VJerkstück mit einer Geschwindigkeit von rmsrefähr 150 Umdrehungen/Min, zu "drehen, wo-•b_ei flie Stromdichte 7,Wi⁰Chen dem Werkstück und dem Werkzeug auf

das höchstmögliche Niveau, d.h. auf ungefähr 930 Amp./Cm* eingestellt wird, um eine hohe Oberflächengüte zu erzeugen und gleichzeitig eine schnelle Bearbeitung sicherzustellen. Der Elektrolyt wird in den Spalt zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug mit einem Druck von ca. 24,5 kg/cm" eingeleitet, wodurch sichergestellt ist, daß sich die Gewchwindigkeit der Elektrolytenströimmg im Bereich zwischen 120 und 15O m/sec. bewegt. Diese hohe Geschwindigkeit stellt sicher, daß die Re-

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aktionsprodukte der elektro-chemischen Bearbeitung schnell und sicher entfernt werden.

Bei der Vorrichtung nach den Figuren 2 und 6, kann das Werkzeug in Richtung auf das Werkstück mit derselben Geschwindigkeit vorgeschoben werden, wie das W^rkstückmaterial entfernt wird, um die Spaltabmessungen konstant zu halten. In diesem Fall bleiben die Spannung und die Stromdichte im wesentlichen während der gesamten Bearbeitung mit Ausnahme des "anfänglichen Abrundens des Werkstückes konstant. Wenn das Werkstück bearbeitet wird. Tewegt sich die Mitte 50 auf einer Linie, die im wesentlichen parallel zu der bearbeitenden Oberfläche des Werkzeuges und der Drehmitte 4-0 verläuft. Wenn die endgültige Abmessung des Werkstückes erreicht ist, "befindet sich die die endgültige Bearbeitung durchführende Kante 63 des Werkzeuges näher an dem Werkstück als die anderen Teile des Werkzeuges. Bei dieser Vorrichtung kann das Werkzeug relativ zu der Drehmitte festlegen, dies trifft insbesondere dann zu ,wenn nur ein« geringe Materialmenge von dem Werkstück zu entfernen ist, beispielsweise im Bereiah von 0,075 mm. In diesem Fall muß die Süannung zunehmen, um die Zunahme d.er Spaltbreite zu kompensieren, wenn die Stromdichte auf einem konstanten hohen Niveau gehalten werden soll.

Bei der in den Figuren Λ und 5 dargestellten Vorrichtung wird die Spannung, wenn die maximale Stromdichte einmal erreicht ist, gleichmässig vermindert, da sich das Werkstück automatiscl in Richtung auf das Werkzeug bei seiner Bearbeitung "tewegt. Wenn die Spannung in diesem Fall einen zweiten, vorherbestimmten geringeren Wert erreicht, stellt dies eineAnzeige dafür dar, daß der Spalt einen geringeren, d.h. einen zweiten vorherbestimmten Wert erreicht hat, was bedeutet, daß das Werkstück auf die gewünschte Abmessung bearbeitet wurde. _:

Wenn das Werkstück auf diese gewünschte Abmessung bearbeitet wurde, wird die Stromdichte während mindestens einer Umdrehung des Werkstückes auf ein zweites, niedrigeres und vorherbe- ;

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stimmtes Niveati, beispielsweise zwischen 230 und 465 Amp./cm abgesenkt, um für ein gutes helles und glattes Erscheinungsbild zu sorgen, woraufhin der Strom plötzlich abgeschaltet wird, um die elektro-chemische Bearbeitung wbenso plötzlich zu unterbrechen,- Ein Relais in dem Stromversorgungskreis kann dazu "benutzt .werden, um diese plötzliche Unterbrechung des Stromflusses sicherzustellen. Da sich das Werkstück mit einer verhältnismässig hohen Geschwindigkeit dreht, ist die Materialentfernung bei jeder Umdrehung verhältnismässiggering, und diese liegt im Bereich von 0,00025 mm, so daß, wenn der Strom abgeschaltet wird, die theoretisch auftretende Untfegelmässigkeit in der Werkstückoberfläche entsprechend klein ist.

In Figur 11 ist der Zusammenhang zwischen Spannung und Strom und der Zeit während der Bearbeitung dargestellt. Bei dieser Darstellung wurde mit der Vorrichtung nach Figur 5 gearbeitet, die gleichen Grundsätze liegen aber auch der Bearbeitung mit der Vorrichtung nach Figur 6 zu Grunde. Bei Beginn der elektrochemischen Bearbeigung verläuft die Kurve wie es mit dem Bezugszeichen 85 in Figur 11 dargestellt ist. Die Spannung nimmt also mit entsprechender Zunahme des Stromes ebenfalls zu, wie es durch den Abschnitt 86 der unteren Darstellung der Figur 11 veranschaulicht ist. Da die Stromversorgung, die während der Bearbeitung in diesem Beispiel mit einer maximalen Spannung von 36 Volt erfolgte, wurde anfänglich nicht ein Strom mit dem erwünschten hohen Niveau erreicht,*. Obwohl diese Beschränkung in bezug auf die Kapazität der Stromversorgung bei dem beschriebenen Beispiel vorhanden war, ist offensichtlich, daß Stromversorgungen mit einer höheren Kapazität verwendet werden können, um zumindest die gleichen Ergebnisse zu erzeuesi.

Wie es bei 90 in Figur 11 dargestellt ist, schenkt der Strom zwischen zwei Werten, -was bedeutet, daß das Werkstück unrund ist, so daß die Spaltbreite während der Drehung dieses Teiles wechselt. Wenn die Bearbeitung fortfährt nimmt diese ^i- Schwankung jedoch ab, was bedeutet, daß das Werkstück allmäh-

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lieh, rund wird. Wie bereits erwähnt, wird bei der Stromversorgung die Spannung mindestens während einer Umdrehung des Werkstückes konstant gehalten, so daß, der momentane Wert des Stromes wechseln ,,kann, wodurch die höher liegenden Stellen des Werkstückes schneller abgetragen werden als die niedriger liegenden.

Wenn das Werkstücksmaterial entfernt wird, wird der Spalt kleiner, so daß der Strom langsam zunimmt, bis der erste, vorherbestimmte Wert erreicht ist. Die Spannung blieb während dieser Zunahme des Stromes konstant. Wenn der Spitzenstrom auf diesem eisten vorherbestimmten Wert erreicht ist ■ (siehe.· bei 91 in Figur 11) wird dieses Niveau durch fortlaufende Verminderung der Spannung aufrechterhalten, da die. Spalttieite weiterhin abnimmt. Wenn die Spannung einmal auf einen bestimmen Wert (siehe bei 92 in Figur 11) abgesenkt worden ist, so ist dieses Anzeige dafür, daß das Werkstück die gewünschten Abmessungen erreicht hat, so daß die Spannung auf einen zweiten Wert (bei 93) abgesenkt wird, um auch den Strm auf den zweiten, vorherbestimmten Wert (bei 9^) zu senken und während mindestens einer Umdrehung des Werkstückes aufrechtzuerhalten. Schließlich wird die Spannung abrupt unterbrochen, und dieses kann in vorteilhafter Weise durch öffnen des Kreises eines Relais¹ oder durch Kurzschliessen des Ausgangs der Stromversorgung geschehen, wodurch sichergestellt ist, daß kein Strom mehr flies st, so daß eine weitere Bearbeitung bei einer Stromdichte verhindert wird, die niedriger liegt als die zweite, vorherbestimmte Stromdichte. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Oberfläche des Werkstückes die entsprechende Oberflächengüte aufweist und das erwünschte Erscheinungsbild zeigt. Die Abschaltung des Stromes geschieht in einer Zeitspanne, die kleiner ist als 100 MikrοSekunden, um sicherzustellen, daß die während dieses Zeitraumes eventuell entstehende schwarze Linie eine Stärke aufweist, die vernachlässigbar ist. Wenn diese

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schwarze Linie nicht stärker ist als 0,025 mm, so ist sie durchjaus annehmbar. Mit den zur Zeit zur Verfügung stehenden technischen Möglichkeiten ist es aber auch schon möglich, den Strom innerhalb eines Zeitraumes von 10 Mikrosekunden bis auf -Null zu bringen.

Wie bereits vorstehend erwähnt, "wird die Spannung durch die »Stromversorgung, wenn ein Werkstück abgerundet werden soll, mindestens wahrend einer_Umdrehung des Werkstückes konstant gehalten, so daß die Stromdichte zunimmt, wenn ein hervorstehender Abschnitt auf dem Werkstück sich dem Werkzeug nähert. Hierdurch ist bedingt, daß die Bearbeitung im Bereich dieser vorstehenden Abschnitte stärker ist als im Bereich der tiefer liegenden Abschnitt, so daß das Werkstück schließlich vollständig' rund wird. Bei einigen Anwendungsformen wird die Stromversorgung; so eingestellt, daß ein konstanter Strom sichergestellt ist, so daß eine gleichmässige Schicht des Materiales abgetragen wird, und zwar unabhängig davon, ob eine unten runde oder sonst wie geformte Oberfläche auf dem Werkstück vorhanden ist. In diesem Fall wird das Werkstück erst mit einer höheren Stromdichte bearbeitet, um für eine hohe Oberflächengüte zu sorgen, und dann erfolgt die abschliessende Bearbeitung während mindestens einer "Umdrehung des Werkstückes bei einer niedrigeren Stromdichte, um für ein entsprechend gutes Erscheinungsbild zu sorgen.

Durch Bearbeitung eines Werkstückes mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemässen Verfahren können Drehteile mit einer Durchmessertoleranz von 0,0025 mm und einer ToIeranz in bezug auf ihre Rundheit .in einem-Bereich von 0,0015 mm bearbeitet werden. Die hierbei erreichte Oberflächengüte weist ein arithmetisches Mittel von 125 x 10" mm (5 micro inch) auf.

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Obwohl das erfindungsgerässe Verfahren vorstehend in Verbindung mit der Bearbeitung einer äusseren Lageroberfläche eines Drehwerkstückes beschrieben wurde, ist'e? verständlich, daß dieses Verfahren auch in bezug auf die innere Lageroberfläche ader in bezug auf eine flache Oberfläche durchgeführt werden kann. Wesentliche Schritte des erfindungsgemässen Verfahrens stellen die Bearbeitung mit hoher Stromdichte dar, um eine schnelle Bearbeitixngsgeschwindigkeit sicherzustellen und gleichzeitig eine hohe Oberflächengüt-e zu garantieren, wobei eine Stromversorgung verwendet wird, deren Ausgang im wesentlichen brummfrei ist und die so eingesetzt werden kann, daß -die Stromdichte auf einen Wert abgesenkt werden kann, der zusätzlich für ein gutes Erscheinungsbild sorgt.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims (11)

1. P at en t an sp rue he

   ΓΤ*} Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes mit einer Oberflache innerhalb sehr genauer Jbmessungstoleranzen und mit einei hohen Oberflächengüte, gekennzeichnet durch

   öLe folgenden Schritte:

   Ab stüt zen de s We rk stücke s (15);

   Anordnung eines eine elektro-ehemische Bearbeitung durchführenden Werkzeuges (10) in der Nähe des Werkstückes, wobei ein Spalt (60) zwischen diesen Teilen freibleibt;

   Bewegung der Oberfläche des Werkstückes relativ zu dem Werkzeug;

   Zuführung eines Elektrolyten zu dem Spalt mit hoher Strömungsgeschwindigkeit;

   Anliegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück mit einer Spannungsänderung, die geringei ist als 1/2 % von Spitze zu Spitze, wobei das Werkstück in bezug auf das Werkzeug die Anode bildet, um eine elektrc chemische Bearbeitung des Werkstückes durchzuführen, wenn dieses sich in bezug auf das Werkzeug dreht;

   Einstellen des Ausgangs der Stromquelle, um eine maximale Stromdichte auf einem ersten, vorherbestimmten Niveau sicherzustellen, um eine Oberfläche hoher Güte zu erzeugen, bis das Werkstück die endgültig erwünschten Abmessungen erreicht hat.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (15) drehbar befestigt ist und daß das Werkstück relativ zu dem Werkzeug (10) durch Drehung bewegt wird.

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3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (60) während der gesamten !Bearbeitung eine vorherbestimmte Breite aufweist, und daß diese Breite durch eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeug (10) und der Drehmitte (40) aufrechterhalten wird,_ wenn s_cich das Werkstück dreht.
4. A-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (60) zwischen dem Werkzeug (10) und dem Werkstück (15) abnimmt, wenn das Werkzeug elektronisch bearbeitet wird, wobei die Stromquelle so eingerichtet ist, daß die Spannung veränderbar ist und der Stromfluß auf dnem ersten vorherbestimmten Niveau durch Verminderung der Spannung zwischen d£m V/erkzeug und dem Werkstück gehalten wird, wenn die Spaltbreite abnimmt. ·
5. 5. Verfahren nach Anspruchni, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (60) zwischen dem Werkzeug (10) und dem Werkstück (15) zunimmt, wenn das Weifetück elektro-chemisch bearbeitet wird, wobei die Stromversorgung so eingerichtet ist, daß die Spannung veränderbar ist und daß der Strom-fluß auf einem ersten, vorherbestimmten Niveau durch. Erhöhung der Spannung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück gehalten wird, wenn die Spaltbreite zunimmt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dfi bei Verstellung des Ausgangs der Stromquelle die Spannung während mindestens einer Umdrehung des Werkstückes (15) konstant gehalten wird, wobei die Spitzenstromdichte auf dem ersten vorherbestimmten Niveau gehalten wird, um das Werkstück durch schnellere Entfernung des Materiales von den Stellen des Werkstückes abzurunden, die näher an dem Werkzeug liegen, als die übrigen Teile des Werkstückes.

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7. 7. "Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Stromquelle verstellbar ist, um die Stromdichte auf einem ersten, vorherbestimmten Niveau zu halten, damit das Material des Werkstückes (15) in einem festgelegten 'Ausmaß unabhängig von den Veränderungen der Oberflächengestalt des Werkstückes entfernt werden.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte bei dem ersten, vorherbestimmten Niveau in einem Bereich von 930 Amp./cm (6000 Amp./sq in) gehalten wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte auf ein zweites, vorherbestimmtes Niveau abgesenkt wird, um für ein gutes Erscheinungsbild auf der Oberfläche des fertiggestellten Werkstückes (15) zu sorgen und daß der Stromfluß innerhalb von mindestens 100 MikrοSekunden unterbrochen wird, nachdem die gewarnte Oberfläche des Werkstückes 15 der Stromdichte auf den zweiten, vorherbestimmten Niveau eusgeset-zt
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite, vorherbestimme Niveau der Stromdichte nicht p-rö'sser

    al.s 465 Am^-D./cm (3000 Amp./so in) ist, wobei dieses zweite, vorherbestimmte Niveau der Stromdichte zwischen 2?0 und 46¹^ Amp./cm² (15ΟΟ bis 3000 Amp./sq in) liegt.
11. 11. Verfpren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dnß die Stromdichte des zweiten, vorherbestimmten Niveaus nicht nied-

    riger al ρ 2⁷O .Amp./cm ' (ISOO Amp./sq in) ist.

    BAD

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