DE19929023A1

DE19929023A1 - Elektrode zur elektrochemischen Materialbearbeitung

Info

Publication number: DE19929023A1
Application number: DE1999129023
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ziegler; Ralf Brode; Frank Pelz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2000-09-28

Abstract

Es wird eine Elektrode (10) zur elektrochemischen Materialbearbeitung eines Werkstücks (16) mit einem Elektrodengrundkörper (18) und einer elektrisch isolierenden Schutzhülse vorgeschlagen. Die elektrische Isolierung besteht aus einer Keramikkappe (22) und/oder einer Keramikhülse (32). Durch die Verwendung der Keramikkappe (22) und/oder der Karamikhülse (32) ist eine hohe mechanische und thermische Stabilität gegeben.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Elektrode zur elektrochemischen Materialbearbeitung nach der Gattung des Anspruchs 1 oder 2. Eine solche beispielsweise aus der DE 196 27 567 C1 bekannte Elektrode weist einen Elektrodengrundkörper und wenigstens teilweise mindestens eine elektrisch isolierende Schutzhülse auf. Diese Isolierung besteht aus Kunststoff. Bei der Bearbeitung wird die Elektrode in eine Bohrung eines Werkstücks eingeführt, wo zum Beispiel Grate entfernt oder Ausnehmungen wie Ringnuten oder Kanäle eingearbeitet werden. Problematisch hierbei ist, daß beim Einführen der Elektrode Grate die Oberfläche der Schutzhülse beschädigen können. Aus diesem Grund müssen insbesondere Werkstücke, die eine hohe Präzision erfordern, nach der Bearbeitung einzeln kontrolliert werden, um Fehler zu erkennen. Dadurch entstehen hohe Kosten. Außerdem ist die Standzeit dieser Elektroden nicht sehr hoch. Durch das häufige Auswechseln kommen zusätzliche Rüstzeiten hinzu, die zusätzliche Kosten verursachen.

Um dies zu vermeiden, gibt es Elektroden, die mit keramischem Material beschichtet sind. Die keramischen Beschichtungen sind jedoch sehr dünn, was mit Problemen verbunden ist. Beispielsweise haftet die Keramik nicht immer gut auf dem Elektrodengrundkörper. Die Oberfläche der dünnen Schicht kann undicht sein, so daß Elektrolytlösung durchringt. Die unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten des in der Regel metallischen Elektrodengrundkörpers und der Keramik können bei entsprechenden Temperaturen zu Rissbildungen führen. Besonders bei sehr kleinen Elektroden, bei denen der Durchmesser zum Beispiel gleich oder kleiner 3 mm, insbesondere gleich oder kleiner als 2 mm ist, ist die mechanische Steifigkeit nicht sonderlich hoch. Ferner sind durch die Beschichtung die Kanten an den Übergängen vom Elektrodengrundkörper zur Keramik nicht sonderlich genau.

Schließlich sind noch Keramikhülsen und Keramikkappen bekannt. Verwendet werden diese Teile beispielsweise für Lager, die erhöhten Temperaturen und/oder aggressiven chemischen Umgebungen ausgesetzt sind.

Vorteile der Erfindung

Die Elektrode zur elektrochemischen Materialbearbeitung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie eine hohe Standzeit hat, wodurch die Stückkosten sinken.

Es gibt gegenüber Beschichtungen keine Haftungsprobleme mit dem Elektrodengrundkörper. Die Oberfläche ist dicht und es kann zu keiner Rissbildung aufgrund unterschiedlicher Temperaturkoeffizienten kommen. Die thermische Beständigkeit ist höher. Dadurch kann die Arbeitsspannung erhöht werden, wodurch die Bearbeitungszeit kürzer wird. Die Stromdichte, die durch die höhere Arbeitsspannung erzielt wird, führt zu einer höheren Oberflächenqualität des Werkstücks. Die höhere mechanische Steifigkeit führt zu einer höheren Fertigungssicherheit. Das als Halbzeug ausgebildete Rohteil für die Keramikhülse ist schon von vornherein so stabil, daß gerade bei Elektroden mit einem Durchmesser, der gleich oder kleiner als 3 mm, vorzugsweise gleich oder kleiner als 2 mm ist, der Elektrodengrundkörper nicht die mechanische Stabilität liefern muß. Zur weiteren Kostenreduzierung kann die Keramikhülse auswechselbar gestaltet sein.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Elektrode ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Figur sind eine Elektrode und ein Werkstück in einem Längsschnitt dargestellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der einzigen Figur ist eine Elektrode 10 zur elektrochemischen Materialbearbeitung einer Ausnehmung 12 in einer Bohrung 14 eines Werkstücks 16 dargestellt. Das Werkstück 16 ist aus Metall, wobei es sich auch um ein anderes elektrisch leitfähiges Material handeln kann. Die Verwendung der Elektrode 10 für ein metallisches Werkstück 16 ist jedoch besonders vorteilhaft. Die Ausnehmung 12 des Werkstücks 16 kann zum Beispiel ein Ringraum, eine Schmiernut oder eine sonstige beliebige Kontur sein. Neben Bohrungen 10 können auch andere Bereiche eines Werkstücks 16 bearbeitet werden.

Die Elektrode 10 besteht aus einem rohrförmigen, elektrisch leitfähigem Elektrodengrundkörper 18, der zum Beispiel aus Messing besteht und durch den eine Elektrolytlösung zur Materialbearbeitung an die Bearbeitungsstelle an der Ausnehmung 12 fließen kann. Der in die Bohrung 14 ragende Stirnbereich 20 des Elektrodengrundkörpers 18 ist mit einer Keramikkappe 22 verschlossen. Die Keramikkappe 22 überdeckt auch den sich an den Stirnbereich 20 anschließenden Abschnitt 24 des Elektrodengrundkörpers 18. Ein sich an den Abschnitt 24 anschließender Abschnitt 26 des Elektrodengrundkörpers 18 liegt frei. In diesem Abschnitt 26, der im Bereich der herzustellenden Ausnehmung 12 positioniert wird, ist mindestens eine Querbohrung 28, durch die die Elektrolytlösung austreten kann, ausgebildet.

An den Abschnitt 26 des Elektrodengrundkörpers 18 schließt sich ein Abschnitt 30 an, auf dem als elektrisch isolierende Schutzhülse eine Keramikhülse 32 angeordnet ist. Die Keramikhülse 32 läuft an dem vom Abschnitt 26 entfernten Ende konisch aus. Hieran schießt sich eine Hülse 34 an. Die Durchmesser der Keramikkappe 22 und der Hülsen 32, 34 und der Bohrung 14 sind so ausgebildet, daß die Elektrolytlösung abfließen kann. Alternativ kann die Elektrolytlösung jedoch auch durch eine in die Ausnehmung 12 reichende nicht dargestellte Querbohrung abfließen.

Die Keramikkappe 22 besteht aus einem Material wie zum Beispiel Siliziumnitrid, Titanoxid, Zirkonoxid oder anderen Keramikmischungen und ist auf den Stirnbereich 20 des Elektrodengrundkörpers 18 aufgeklebt. Der Außenumfang 36 und die Ringfläche 38, die den Übergang zum Abschnitt 26 des Elektrodengrundkörpers 18 bildet, stehen im wesentlichen im rechten Winkel zueinander, was eine hohe Kantentreue am Übergang vom Außenumfang 36 zur Ringfläche 38 ergibt. Dadurch erhöht sich die Genauigkeit der zu bearbeitenden Ausnehmung 12.

Die Keramikhülse 32 ist ebenfalls aus einem Material wie die Keramikkappe 22. Der Außenumfang 40 der Keramikhülse 32 und die Ringfläche 42, die den Übergang zum Abschnitt 24 des Elektrodengrundkörpers 18 bildet, stehen auch im wesentlichen im rechten Winkel zueinander, was eine hohe Kantentreue am Übergang vom Außenumfang 40 zur Ringfläche 42 ergibt. Dadurch erhöht sich die Genauigkeit der zu bearbeitenden Ausnehmung 12. Das Rohteil der Keramikhülse 32 ist vorteilhafterweise ein Keramikhalbzeug und hat somit bereits eine hohe mechanische Stabilität. Besonders bei kleinen Elektroden, die einen Durchmesser von gleich oder weniger als 3 mm, vorzugsweise gleich oder kleiner als 2 mm haben, wird die mechanische Stabilität durch die Keramikhülse 32 erzielt, was aufgrund des dünnen rohrförmigen Elektrodengrundkörpers 18 sehr vorteilhaft ist.

Durch Drehen und/oder Schleifen läßt sich die Keramikhülse 32 genau auf Maß bearbeiten. Die Keramikhülse 32 wird auf den Elektrodengrundkörper 18 in die erforderliche Position geschoben. Danach wird der sich anschließende Abschnitt des Elektrodengrundkörpers 18 mit der Hülse 34, die aus einem minderwertigeren Kunststoff bestehen kann, umspritzt. Durch diese sich axial anschließende Hülse 34 ist die Keramikhülse 32 somit fixiert. Alternativ kann die Hülse 34 auch als Drehteil oder extrudiertes Teil ausgebildet sein, das mit der Keramikhülse 32 auf dem Elektrodengrundkörper 18 befestigt wird. Wie jedoch ersichtlich ist, ist es auch möglich, daß die Keramikhülse 32 ebenfalls wie die Keramikkappe 22 aufgeklebt wird.

Sind die Keramikkappe 22 und die Keramikhülse 32 aufgeklebt, können sie, bei Verwendung des richtigen Mittels gelöst und ausgewechselt werden. Dadurch erhöht sich die Standzeit des Elektrodengrundkörpers 18. Die Auswechselbarkeit ist jedoch noch durch andere Maßnahmen möglich. Beispielsweise können Kunststoffstifte vorgesehen sein, die in fluchtende Querbohrungen der Keramikkappe 22 und der Keramikhülse 32 sowie des Elektrodengrundkörpers 18 dichtend gesteckt werden.

Ist der Abschnitt 30 beispielsweise in einer durchgehenden Bohrung 14 ausgebildet und nicht so nahe am Stirnbereich 20 angeordnet, dann können zwei Keramikhülsen 32 vorgesehen sein. Handelt es sich um eine Sacklochbohrung und die elektrochemische Materialbearbeitung findet am Boden der Sacklochbohrung statt, entfällt die Keramikkappe 22 und es ist nur eine Keramikhülse 32 vorgesehen. Wichtig ist, daß die Elektrode 10 wenigstens teilweise mit mindestens einer elektrisch isolierenden Schutzhülse, die vorteilhafterweise als Keramikhülse 32 ausgebildet ist, versehen ist.

Bei der elektrochemischen Materialbearbeitung wird berührungslos Material von dem zu bearbeitenden Werkstück 16 abgetragen. Dabei wird das Werkstück 16 weder mechanisch noch thermisch beansprucht. Somit treten keinerlei Veränderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe für das Werkstück 16 auf. Die Abtragung erfolgt nach dem Gesetz von Faraday, wonach die Abtragungsmenge proportional dem Produkt aus der Stromstärke und der Einwirkzeit ist.

Das Prinzip der elektrochemischen Materialbearbeitung beruht darauf, daß an zwei Elektroden, welche sich in einer wässrigen Elektrolytlösung befinden, eine Gleichspannung angelegt wird. Dazu wird das zu behandelnde Werkstück 16, in dem eine gewünschte Kontur eingebracht werden soll, mit Hilfe eines Übertragungselements mit dem Pluspol (Anode) einer Stromquelle verbunden, während, wie bereits oben erwähnt, die Elektrode, d. h. der Elektrodengrundkörper 18 aufgrund seiner elektrisch leitenden Eigenschaften mit dem Minuspol (Kathode) der Stromquelle verbunden wird. Da der Abschnitt 26 freiliegt, kommt es dort zu einem Stromfluß zwischen dem Werkstück 16 und dem Elektrodengrundkörper 18, wodurch die Ausnehmung 12 entsteht. Die Abschnitte 24 und 30 sind durch die Keramikkappe 22 bzw. die Keramikhülse 32 elektrisch vom Werkstück 16 isoliert, weshalb es dort zu keinem Materialabtrag am Werkstück 16 kommt.

Die Zusammensetzung der Elektrolytlösung ist abhängig von der geforderten Bearbeitungsaufgabe an dem zu bearbeitenden Werkstück. Üblicherweise wird eine Kochsalzlösung oder eine Natriumnitratlösung gewählt. Der elektrochemische Prozeß an sich ist aus der Physik bekannt und somit hier nicht näher erläutert. Für den Materialabtrag wird neben der Zusammensetzung der Elektrolytlösung auch von der verwendeten Stromstärke bestimmt, die wiederum auf das Material des zu bearbeitenden Bauteils abzustimmen ist. Hier kommt der Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrode 10 zum Tragen, daß das Material der Keramikkappe 22 und der Keramikhülse 32 relativ dick ist und somit höhere Stromstärken möglich sind. Dadurch wird die Bearbeitungszeit kürzer und die Oberflächenqualität der zu bearbeitenden Ausnehmung 12 besser.

Claims

1. Elektrode (10) zur elektrochemischen Materialbearbeitung eines Werkstücks (16) mit wenigstens einem Elektrodengrundkörper (18) und wenigstens teilweise mindestens einer elektrisch isolierenden Schutzhülse, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schutzhülse eine Keramikhülse (32) ist.

2. Elektrode (10) zur elektrochemischen Materialbearbeitung eines Werkstücks (16) mit einem Durchmesser, der gleich oder kleiner als 3 mm, vorzugsweise gleich oder kleiner als 2 mm ist, mit wenigstens einem Elektrodengrundkörper (18) und wenigstens teilweise mindestens einer elektrisch isolierenden Schutzhülse, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schutzhülse eine Keramikhülse (32) ist.

3. Elektrode (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikhülse (32) aus einem Keramikhalbzeug hergestellt ist.

4. Elektrode (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Keramikkappe (22) vorgesehen ist.

5. Elektrode (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Keramikhülse (32) und/oder die Keramikkappe (22) auswechselbar sind.

6. Elektrode (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Keramikhülse (32) und/oder die Keramikkappe (22) auf den Elektrodengrundkörper (18) aufgeklebt sind.

7. Elektrode (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Keramikhülse (32) mit einer auf dem Elektrodengrundkörper (18) sich axial anschließenden, umspritzten Hülse (34) aus Kunststoff fixiert ist.

8. Elektrode (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Keramikhülse (32) mit einer auf dem Elektrodengrundkörper (18) sich axial anschließenden, als Drehteil oder extrudiertes Teil ausgebildeten Hülse (34) aus Kunststoff befestigt ist.