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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung elektrisch leitfähiger Werkstücke wie Prägematrizen oder Präge- und/oder Umform- und/oder Rollwerkzeuge für Bipolarplatten und/oder Bipolarplatten für Brennstoff- oder Elektrolysezellen nach Patentanspruch 1 oder 5.
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Die entsprechende Strukturierung oder Kontur der Umformflächen einer Prägewerkmatrize oder eines Präge- und/oder Umform- und/oder Rollwerkzeugs für Bipolarplatten und/oder Bipolarplatten für Brennstoff- oder Elektrolysezellen wird durch spezielle Bearbeitungsschritte wie beispielsweise Schleifen, Fräsen, Gravieren oder Laserfinishen oder Honen erreicht, wobei die genannten Verfahren sehr viel Bearbeitungszeit in Anspruch nehmen. Um eine hinsichtlich Anzahl, Größe, Tiefe und Verteilung der Vertiefungen oder Erhöhungen definierte Strukturierung oder Kontur der Kontaktfläche eines Präge- und/oder Umform- und/oder Rollwerkzeugs oder einer Bipolarplatte zu erzielen, wird u.a. versucht diese Oberfläche mittels Laser zu bearbeiten, um dadurch die gewünschten Vertiefungen/Erhöhungen zu erzielen.
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Diese Vorgehensweise hat jedoch zum einen den Nachteil, dass sie ebenfalls sehr zeitaufwändig ist bei einer großen Anzahl von Vertiefungen oder Erhöhungen, und darüber hinaus der auftreffende Laserstrahl auf der Oberfläche nicht nur eine Vertiefung oder Erhöhung erzeugt, sondern auch eine die Vertiefung ringförmig umgebende Aufwerfung, die in vielen Fällen nicht erwünscht ist, und eine erneute Nachbearbeitung zur Beseitigung dieser Aufwerfung erfordert.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die Laserbearbeitung eine räumlich eng begrenzte starke Erhitzung und anschließende schnelle Abkühlung erfolgt, was zu nicht erwünschten neuen Härte-Zonen führt.
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Für ganz andere Anwendungszwecke ist das Bearbeitungsverfahren des elektrochemischen Abtragverfahrens (ECM) bekannt, welches auch gepulst angewandt wird (PECM). Hiermit werden dreidimensionale Oberflächen erzeugt, beispielsweise die dreidimensionale Oberfläche von Turbinenschaufeln hergestellt. Durch die Annäherung einer entsprechend negativ gestalteten Elektrode an die zu bearbeitenden Oberflächen wird aus dieser Oberfläche Material abgetragen, was bei diesem Prozess sehr viel feiner als zum Beispiel mittels Funken-Erosion (EDM) möglich ist. Für die Stromleitung und den Abtransport der gelösten Stoffe wird während des gesamten Prozesses eine stromleitende Flüssigkeit, das sogenannte Elektrolyt, durch den Spalt zwischen Werkzeug und Werkstück hindurchgepresst.
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Im Stand der Technik sind Elektroden zur Bearbeitung vorgeformter Werkstücke bekannt, die im zu bearbeitenden Bereich ein Aufmaß aufweisen, welches über ein elektrochemisches Abtragverfahren (ECM oder PECM) entfernt wird. Die
DE 10 2009 032 563 A1 beispielsweise betrifft eine Elektrode deren Oberfläche mit der Außenkontur von zu bearbeitenden Rotorschaufeln korrespondiert. Zur präziseren Erzeugung der Außenkontur ist die Elektrode hydraulisch verstellbar. Mittels elektrochemischer Bearbeitung können neben der Außenbearbeitung auch präzise Mikrobohrungen hergestellt werden. Dabei wird zwischen dem als Anode dienenden Bauteil und der als Kathode dienenden Elektrode ein Potential aufgebaut und das Bauteilmaterial über einen Elektrolyten abgetragen. Der Elektrolyt wird durch die Elektrode hindurch oder seitlich von dieser auf den zu bearbeitenden Bauteilbereich des Werkstücks geführt.
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Die zu bearbeitenden Bipolarplatten bestehen aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl, Titan, Aluminium, polymeren Kohlenstoffkompositen oder einem leitenden Komposit. Die Bipolarplatten weisen eine Kanalstruktur für das Prozessmedium und ggf. Strömungskanäle auf, durch die ein Kühlfluid strömt. Die Bipolarplatten bestehen aus einem leitenden Material, um die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität von einer Zelle zu der nächsten Zelle und aus dem Stapel heraus leiten zu können.
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Solche Bipolarplatten werden sandwichartig zwischen zwei Membran-Elektroden-Einheiten (MEE) einer Brennstoff- oder Elektrolysezelle angeordnet. In einem zentralen Bereich der auf den beiden Stirnseiten einer Bipolarplatte vorhandenen Kanalstruktur ist in der Regel ein so genanntes Flussfeld („flowfield“) ausgebildet, in welchem durch eine vergleichsweise dichte Anordnung der - häufig meanderförmig verlaufenden - Kanäle die Prozessmedien dem aktiven Bereich der benachbarten MEE zugeführt bzw. von diesem abgeführt werden. Die Kanalstruktur ist über eine geeignete Zu- und Abführung und geeignete Anschlüsse mit Prozessmedien führenden Leitungen in der Brennstoff- oder Elektrolysezelle verbunden. Besonders hohe Anforderungen werden dabei zunächst an die in der Bipolarplatte zur Verwendung kommenden Materialien gestellt, die unter den häufig sehr aggressiven Umgebungsbedingungen eine hohe Lebensdauer für die Brennstoff- oder Elektrolysezelle gewährleisten müssen. Ferner müssen Bipolarplatten hinsichtlich ihrer äußeren Geometrie möglichst präzise herstellbar sein, um den für einen effizienten Betrieb der Brennstoff bzw. Elektrolysezelle einzuhaltenden Toleranzen gerecht zu werden. Eine auch nur geringfügig von der Soll-Form abweichende Geometrie der Bipolarplatte kann nämlich zu einer Stauchung der empfindlichen und vergleichsweise dünnen Gasverteilungsstruktur einer angrenzenden MEE oder zu einem verschlechterten elektrischen Kontakt mit der MEE führen. Bipolarplatten werden im Stand der Technik daher zumeist noch aus einer einzigen Materialkomposition hergestellt. Hierbei kommt teurer Kohlenstoff (Graphit) zur Verwendung, der mit einem Kunststoffbinder vermischt ist und in einem geeigneten Produktionsverfahren (Fräsen, Pressen, Spritzguss) in die gewünschte Form gebracht wird. Darüber hinaus wurden auch metallische Bipolarplatten entwickelt, die aufgrund ihrer höheren Leitfähigkeit deutliche Vorteile haben und mechanisch stabiler als Kohlenstoff sind. Ferner können aus Metall dünnere und leichtere Bipolarplatten gefertigt werden. Auch diese sind in der Herstellung jedoch vergleichsweise teuer und nur mit großem Aufwand in der erforderlichen Präzision herstellbar. Die Auswahl an geeigneten Materialien für Bipolarplatten ist nicht besonders groß. Solche Materialien müssen zum einen eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um eine möglichst widerstandsarme leitfähige Verbindung zwischen den der Bipolarplatte von verschiedenen Stirnseiten anliegenden Membran-Elektroden-Einheiten zu garantieren, und zum anderen die Umgebungsbedingungen in der Brennstoff- oder Elektrolysezelle tolerieren.
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Eine in der
US 6,071,635 A beschriebenen Ausführungsvariante von Bipolarplatten für Brennstoffzellen besteht aus einer metallischen Struktur in Form eines unter Ausbildung von Höhen und Senken umgeformten Metallblechs. Die zum Transport der Prozessmedien in der Brennstoffzelle dienende Kanalstruktur wird dabei teils durch das Metallblech begrenzt, wodurch die Geometrie der auf beiden Stirnseiten auszubildenden Kanalstruktur zumindest teilweise durch die Geometrie des umgeformten Metallblechs vorgegeben ist. Dies führt sowohl im Bereich des Flussfeldes als auch an den Zu- und Abführungen der Kanalstruktur zu erheblichen konstruktiven Einschränkungen in der für die Kanalstruktur vorgebbaren Geometrie.
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Für die Kanalstruktur auf der einen Stirnseite steht dabei gewissermaßen nur die Negativform der anderen Stirnseite zur Verfügung. Darüber hinaus sind Umformwerkzeuge und Umformverfahren zur Erzeugung der erforderlichen Präzision, unter Einhaltung extrem kleiner Toleranzen, bei einer solchermaßen geformten metallischen Struktur besonders aufwändig und teuer.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Bipolarplatten für Brennstoff- oder Elektrolysezellen bereit zu stellen, die unter Sicherstellung einer möglichst guten elektrischen Leitfähigkeit und einer hohen Lebensdauer möglichst einfach und kostengünstig herzustellen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Prägewerkmatrizen oder Prägewerkzeugen für Bipolarplatten und/oder Bipolarplatten für Brennstoff- oder Elektrolysezellen, mit zu bearbeitenden Oberflächen nach dem ECM oder PECM Abtragverfahren zu beschleunigen und zu präzisieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung betrifft die berührungsfreie, thermisch neutrale, gratfreie Abbildung von Strukturen jeglicher Art in eine vorab in der Oberfläche fertigbearbeitete und gehärtete Prägewerkmatrizen für Bipolarplatten (BPP) und/oder BPP mittels ECM oder PECM wobei zwischen den als Anode dienenden Werkstücken und mindestens einer als Kathode dienenden Elektrode eine Potentialdifferenz aufgebaut wird und wobei über einen Elektrolyten ein Materialabtrag erfolgt, wobei mit mindestens einer Elektrode und/oder mit mindestens einem Elektrodensegment die Bearbeitung von Strukturen in die vorab präzise vorbereitete gehärtete Oberflächen der Prägematrizen erfolgt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird durch den Materialabtrag eine Struktur, Kontur und/oder ein Profil in die Werkstückoberfläche eingebracht.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Werkstück unten angeordnet ist (Anode +) und die als Werkzeug dienende Elektrode (Kathode -) von oben in das Werkstück eingreift. Klassische Bearbeitung. Dass Werkstück ist während der Dauer der Bearbeitung deutlich länger dem Elektrolyt ausgesetzt (erhöhte Rostgefahr).
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Eine bedeutungsvolle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, dass das Werkstück oben angeordnet ist (Anode +) und die als Werkzeug dienende Elektrode (Kathode -) von unten in das Werkstück eingreift. Vorteil dieser Lösung ist, dass der Elektrolyt während der Bearbeitung deutlich weniger mit dem Werkstück in Berührung kommt. Somit entsteht eine geringere Rostgefahr für das Werkstück.
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Zu erwähnen ist, dass die mittels PECM zu bearbeitende Kontur direkt eingebracht wird. Dabei kann das Werkzeug oben oder unten angeordnet sein (Kathode -). Eine direkte PECM Bearbeitung ist abhängig von Genauigkeits- und Taktzeitforderungen.
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Die mittels PECM zu bearbeitende Kontur kann in Kombination mit einem weiteren Prozess (Hybrid) eingebracht werden. Dabei kann das Werkzeug oben oder unten angeordnet sein (Kathode -). Im Falle der Bearbeitung mit einem Hybrid Prozess (PECM zzgl. weiteren Prozess) kann PECM sowohl als finale Struktur- oder Konturgebung als auch vorgeschaltete Schruppbearbeitung zum Einsatz kommen.
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Die PECM Bearbeitung der Struktur, Kontur und/oder dem Profil kann neben Prägematrizen, Prägewerkmatrizen und/oder Prägewerkzeugen für die Herstellung von Bipolarplatten auch für Aufnahmen für die präzise Positionierung von BBP vor einem Laserschweißprozess angewendet werden.
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Die beschleunigte und präzise Oberflächenbearbeitung wird durch das BearbeitungsVerfahren mittels elektro-chemischem Abtragverfahren (ECM) erreicht, welches besonders effizient und damit mit geringen Bearbeitungszeiten auskommt, indem - entweder während der Bearbeitung der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück abwechselnd mittels Vibration größer und kleiner wird, insbesondere mittels Vibration des Werkzeuges, (PECM) und/oder - die Spannungs-Beaufschlagung oder Strombeaufschlagung des Werkzeuges pulsiert. Beide Maßnahmen, sowohl einzeln als auch in Kombination, beschleunigen den gewünschten Materialabtrag erheblich, so dass die Oberflächenstrukturierung mit Hilfe dieser Verfahren deutlich schneller vor sich geht als mit konkurrierenden Verfahren.
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Dabei hatte sich erwiesen, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn die Abstandsvibration mit einer Frequenz von 0-100 Hz, besser 0,0001-90 Hz, besser 5-70 Hz, besser 10-50 Hz durchgeführt wird und/oder die Strom-Pulsation mit einer Pulsdauer von 1 bis 10 ms, besser von 2-4 ms durchgeführt wird und mit Pausen zwischen den einzelnen Pulsen, die so kurz wie möglich sind, jedoch mindestens der Pulsdauer entsprechen. Bei Kombination von Vibration und Pulsation werden die Pulse im Zustand der größten Annäherung zwischen Werkzeug und Werkstück aufgebracht. Die Vibration bzw. mechanische Oszillation des Werkzeuges kann unabhängig von der Pulstechnik eingesetzt werden, wobei die mechanische Oszillation des Werkzeuges mit einer Gleichstrom-Beaufschlagung des Werkzeuges oder mit einem Pulsbetrieb (pulsierende Strom-Beaufschlagung) des Werkzeuges kombiniert werden kann. Das Anlegen des Potential mit Gleichstrom kann bis zu einer Pulsdauer bis unter 0,5 ms, besser 0,3-6 ms, besser 0,5-10 ms, erfolgen und/oder das Anlegen des Potential mit Gleichstrom mit Pausenzeiten kann bis unter 0,5 ms, besser mit Pausenzeiten von 0,001-0,5 ms, erfolgen.
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Die Bearbeitung mittels ECM oder PECM kann sowohl die flächige Bearbeitung der Oberfläche des Prägewerkzeugs und/oder der Bipolarplatte umfassen als auch das Einbringen von vielen mikroskopisch kleinen Vertiefungen in die Oberfläche oder auch beide Arbeitsschritte gemeinsam. Für das Einbringen von Vertiefungen in die Oberfläche des Prägewerkzeugs und/oder der Bipolarplatte kann während der Bearbeitung das Werkzeug zumindest in Umfangsrichtung des Prägewerkzeugs und/oder der Bipolarplatte stillstehen, damit die dafür notwendigen Erhebungen auf der Wirkfläche des Werkzeuges nicht noch kleiner ausfallen müssen als die damit herzustellenden Vertiefungen.
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Eine flächige Bearbeitung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen: Entweder kann die Wirkfläche des Werkzeuges zur Oberfläche des Prägewerkzeugs und/oder der Bipolarplatte einen ausreichenden Abstand einnehmen, so dass eine eventuell vorhandene Strukturierung des Werkzeuges nicht mehr auf dem Werkstück abgebildet wird, denn die Abbildungsschärfe wird umso niedriger, je größer dieser Abstand ist und verliert sich irgendwann vollständig.
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Die andere Möglichkeit besteht darin, das Werkzeug insbesondere in Umfangsrichtung, gegebenenfalls auch axial, relativ zum Werkstück zu bewegen, insbesondere mit einem Vorschub von 0,05-2 mm/min, besser mit einem Vorschub von 0,1-1 mm/min, weiter vorzugsweise mit einem Vorschub von 0,1 - 0,2 mm/min, wodurch auch der Einfluss von Erhebungen auf der Wirkfläche des Werkzeuges eliminiert wird und eine Oberfläche zunächst ohne Vertiefungen auf das Prägewerkzeug und/oder der Bipolarplatte erzielt werden kann.
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Durch eine solche flächige Bearbeitung als Vorbehandlung für das Einbringen der Strukturierung, also der Vertiefungen, spricht, dass damit sowohl die Rauigkeit eingestellt werden kann als auch Maßungenauigkeiten behoben werden können und dadurch bisher übliche Feinbearbeitungsschritte an dem Prägewerkzeug und/oder an der Bipolarplatte entfallen können. Dabei wird ein Materialabtrag von maximal 30 µm, besser nur 20 µm, besser nur 10 µm, insbesondere aber von mindestens 2 µm durchgeführt, der sowohl zum Beheben von Maßungenauigkeiten als auch von Formungenauigkeiten ausreichend ist. Durch die Mindestmaterialabnahme ist sichergestellt, dass keine Flächenbereiche unbearbeitet bleiben.
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Da wie erwähnt zum Verändern der Abbildungs-Schärfe der Oberflächenstruktur des Werkzeuges auf dem Werkstück der Abstand zwischen Werkzeug und Werkstück verändert wird, insbesondere bei einem vibrierenden Abstand der geringste Abstand während der Vibration verändert wird in Abhängigkeit der gewünschten Abbildungs-Schärfe, wird in der Regel zum Einbringen der Vertiefungen der Abstand so gering wie möglich gewählt, da nur hierdurch sichergestellt wird, dass die Vertiefungen etwa ebenso klein sind wie die entsprechenden Erhebungen am Werkzeug. Als sehr effektiven Kompromiss hat sich erwiesen, dass das Werkzeug in einem Abstand von 5 µm bis 400 µm, besser in einem Abstand von 10 µm bis 100 µm, zur Oberfläche der Lagerstelle gehalten wird. Dabei kann sogar eine flächige Bearbeitung der gesamten Oberfläche und ein Einbringen von Vertiefungen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.
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Durch die erfindungsgemäßen Möglichkeiten der Feinbearbeitung lässt sich auch eine sehr effiziente, gegebenenfalls verkürzte, Prozesskette zur Fertigbearbeitung von Prägewerkzeugen und/oder Bipolarplatten erreichen: Bevorzugt wird nämlich die Bearbeitung mittels elektrochemischem Abtragverfahren unmittelbar nach der spanenden Bearbeitung mit bestimmter Schneide durchgeführt und weitere Feinbearbeitungsschritte, wie etwa das Schleifen, vermieden. Gegebenenfalls kann dazwischen ein Fein-Trockenschleifen durchgeführt werden, um unter anderem die für Prägewerkzeuge und/oder Bipolarplatten gewünschte funktionale Rauheit herzustellen. Danach sollte insbesondere kein weiterer Bearbeitungsschritt mehr erfolgen, sondern das Prägewerkzeug und/oder die Bipolarplatte ist dann einsatzfertig. Falls ein Härten der Oberfläche des Prägewerkzeugs und/oder der Bipolarplatte oder Beschichten mit einer Hartschicht gewünscht ist, wird dies vor dem elektro-chemischem Abtragverfahren durchgeführt, insbesondere unmittelbar davor. Das Bearbeiten mittels elektrochemischem Abtragverfahren unmittelbar nach der spanenden Bearbeitung mit bestimmter Schneide wird auf eine Genauigkeit von +/- 50 µm , vorzugsweise maximal auf eine Genauigkeit von 10 µm, bei der Tiefentoleranz durchgeführt.
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Eine Maschine zum Bearbeiten von Prägewerkzeugen und/oder Bipolarplatten mittels elektro-chemischem Abtragverfahren sollte bevorzugt eine Maschine mit Achsanordnung und Werkstückspindelanordnung wie bei einer Drehmaschine und mit gesteuerter C-Achse sein und insbesondere wenigstens eine ECM- oder PECM-Werkzeugeinheit aufweisen, die in allen drei Raumrichtungen bewegbar ist. Wobei die Spindel und/oder die Maschinenachsen, die in allen drei Raumrichtungen bewegbar und/oder antreibbar sind, sowohl zur Aufnahme des Werkzeugs als auch zur Aufnahme des zu bearbeitenden Werkstücks dienen können.
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Alle beschriebenen Anwendungsmöglichkeiten gelten sowohl für die Einbringung von Konturen in Prägewerkzeuge die für die Herstellung von Bipolarplatten (BPP) dienen als auch für Bearbeitung von BBP direkt als Serienteile. Darüber hinaus ist es auch möglich mit dem PECM Verfahren auch Konturen in Aufnahmen, z.B. zur Positionierung von BPP zum Laserschweißen, etc. zu bearbeiten.
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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In den schematischen Figuren wurde auf die Darstellung des Elektrolyten zwischen Elektrode und Werkstück verzichtet.
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Es zeigen:
- 1 und 2: eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken wie Prägewerkzeugen und/oder Bipolarplatten
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In 1 ist ein Werkstück 3 in oder auf einer nicht näher dargestellten Werkstückaufnahme abgelegt. Als Werkstück 3 soll eine Bipolarplatte oder ein Prägewerkzeug zur Herstellung einer Bipolarplatte bearbeitet werden. Das Werkstück 3 wird in oder auf der Werkstückaufnahme lagerichtig fixiert. Die Darstellung in 2 zeigt die Vorrichtung während der Bearbeitung. Die wenigstens eine Elektrode 1, 6 zur Bearbeitung der Werkstückoberfläche 4 wird auf das Werkstück 3 abgesenkt oder in die unmittelbare Nähe der Werkstückoberfläche 4 verbracht. Die Elektrode 1, 6 kann aus mindestens einem Segment oder mehrteilig zur Bearbeitung der Werkstückoberfläche 4 aufgebaut sein. Auf der Werkstückoberfläche wird durch Materialabtrag ein Bearbeitungsaufmaß abgetragen und/oder eine Kontur oder ein Profil erzeugt. Vorteilhaft kann die Werkstückoberfläche 4 mit der wenigstens einen Elektrode 1 gleichzeitig in einer Werkstückaufspannung bearbeitet werden. Damit ist zusätzlich zur Verkürzung der Zykluszeiten eine höchst präzise Werkstückbearbeitung möglich.
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Die Elektrodensegmente 1, 6 können in einer Zustellrichtung 7 zum Werkstück 3 zustellbar sein, wobei sowohl das Elektrodensegment 1 als auch das Elektrodensegment 6 parallel zur Zustellrichtung 7 ausgerichtet sind.
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Die Elektrodensegmente 1, 6 können in Zustellrichtung 7 hintereinander angeordnet sein, wobei mit den Elektrodensegmenten 1, 6 eine Werkstückoberfläche und/oder ein Profil auf Fertigmaß herstellbar ist.
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In 2 ist zunächst das - an sich bekannte - Funktionsprinzip des elektro-chemischen Abtragverfahrens (ECM) auch in seiner pulsierenden Form (PECM), dargestellt: Zwischen einem Werkzeug in Form der Elektrode 1 und dem Werkstück 3 - insbesondere dem Prägewerkzeug und/oder der Bipolarplatte - aus einem elektrisch leitenden Material fließt ein Strom, indem der Spalt 5 dazwischen von einem elektrisch leitfähigen Fluid, dem Elektrolyt 2, gefüllt ist. Dadurch wandern Elektronen von der negativ geladenen Elektrode 1 zum positiv geladenen Werkstück 3 und positiv geladene Metall-Ionen aus dem Metall des Werkstückes 3 in Gegenrichtung, wodurch ein Materialabtrag an der Oberfläche 4 des Werkstückes 3 bewirkt wird, wobei eine Kontur oder ein Profil in der Oberfläche 4 des Werkstückes 3 erzeugt wird. Wenn die dem Werkstück 3 zugewandte Wirkfläche des Werkzeuges 1 dreidimensional konturiert ist, zum Beispiel Erhebungen aufweist, wird sich diese Kontur in der gegenüberliegenden Oberfläche des Werkstückes 3 abbilden, wenn der Spalt 5, also der Abstand zwischen Werkzeug 1 und Werkstück 3, klein genug ist und die Zeitdauer für einen ausreichenden Abtrag von Material aus der Oberfläche 4 des Werkstückes 3 ausreicht. Denn die Größe des Materialabtrages hängt nicht nur von der Stärke des Stromflusses ab, sondern eben auch von dem Abstand 5 zwischen Werkzeug und Werkstück, was der Grund ist, dass bei Annäherung im Bereich der Erhebungen ein partiell stärkerer Materialabtrag am Werkstück 3 stattfindet, und dadurch sich die Oberflächen-Gestaltung des Werkzeugs 1 in der Oberfläche des Werkstückes 3 abbildet. Wesentlich ist dabei, dass eine ausreichende Durchströmung des Spaltes 5 mit Elektrolyt 2 stattfindet, denn dies stellt nicht nur den Stromfluss zwischen Werkzeug 1 und Werkstück 3 sicher, sondern führt auch die aus der Oberfläche des Werkstückes 3 herausgelösten Metallionen und Partikel ab, so dass im Spalt 5 nach Möglichkeit immer ein möglichst wenig verunreinigtes Elektrolyt 2 zur Führung stehen sollte. Es hat sich herausgestellt, dass statt einer kontinuierlichen Annäherung der Elektrode 1 an das Werkstück 3 eine pulsierende Annäherung einen schnelleren Materialabtrag am Werkstück 3 ergibt, offensichtlich da immer nach einer starken Annäherung und damit einem starken Elektronen- und Ionen-Fluss unmittelbar danach aus dem Spalt 5 die Reaktionsprodukte schnell wieder entfernt werden. Aus diesem Grund ist die Elektrode 1 - nicht näher dargestellt - an einem Vibrator befestigt, der meist feder-unterstützt ist, und der eine Vibration 8 von zum Beispiel 10-50 Hz durchführt, und zwar mit einer Amplitude in Form zum Beispiel des Abstandes 5 (Maß des Spaltes 5), der so gewählt ist, dass im maximal entfernten Zustand kaum oder nur noch geringer Materialabtrag stattfindet. Eine gute Durchspülung des Spaltes 5 mit dem Elektrolyt 2 muss stattfinden, welches dementsprechend auch mit ausreichendem Druck zugeführt werden muss, meist - nicht näher dargestellt - über eine Bohrung oder mehrere Bohrungen, zum Beispiel im Zentrum der Elektrode 1.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009032563 A1 [0006]
- US 6071635 A [0009]
