-
F.inrichtung zum elektrochemischen Einarbeiten von Nuten Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zum elektrochemischen Einarbeiten von in Bohrungen von
Werkstücken vorgesehenen Nuten, enthaltend eine Werkzeugelektrode zum Binführen
in die Bohrungen, einen Werkstückträger und zur tbertragung des Arbeitsstroms auf
die Werkstücke dienende Kontakte.
-
Bei der elektrochemischen Bearbeitung erfolgt bekanntlich die Metallabtragung
von einem Werkstück dadurch, daß zwischen diesem und einer entsprechende profilierten
Werkzeugelektrode ein elektrischer Stromfluß hoher Stärke hergestellt wird, während
sich im Zwischenraum zwischen Werkstück und Arbeitselektrode - genannt Arbeitsspalt
- ein Elektrolyt befindet, der im allgemeinen durch Druck in Zirkulation gehalten
ist.
-
Dabei wird das Werkstück an die positive Klemme (Anode) und die Werkzeugelektrode
an die negative Klemme (Kathode) einer elektrischen Gleichspannungsquelle gelegt.
Auf diese Weise können vorteilhaft in metallische Werkstücke - entsprechend der
Form der Werkzeugelektrode - Aussparungen, wie Nuten und dergleichen und Durchbrüche
in kurzer Zeit eingearbeitet werden.
-
Ein besonders interessanter Anwendungsfall der elektrochemisc-~n Metallbearbeitung
ist das Einarbeiten von Nuten in die Bohrungswand von langen, engen Bohrungen. Diese
Nuten spanabheber in eine Bohrungswand einzuarbeiten, hat sich wegen des hohen Werkzeugverschleißes
nicht als zweckmäßig erwiesen. Abgesehen von dem hohen Werkzeugverschleiß, der daher
rührt, daß dazu nur Werkzeuge mit relativ schlanken Schäften und schmalen Schneiden
verwendet werden können, sind die Bearbeitungszeiter beim spanabhebenden Einarbeiten
der Nuten wesentlich länger als beim Einarbeiten der Nuten auf elektrochemischem
Wege.
-
Es ist bereits eine Einrichtung vorgeschlagen worden, mit der Ringnuten
elektrochemisch in Werkstückbohrungen eingearbeitet und zugleich in die Bohrung
mündende Durchbrüche entgratet werden können. Hierzu wird-eine rundstabförmige,
im Betriebszustand rotierende - Werkzengelektrode verwendet, deren isolierende Hülle
zwei als Ringnuten ausgebildete wirksame Stellen aufweist.
-
Das Werkstück wird bei dieser Einrichtung von Hand mit seiner zu bearbeitenden
Bohrung auf die Werkzeugelektrode aufgesteckt und danach durch einen auf das Werkstück
aufgesetzten Kontaktgeber in seiner Lage gehalten. Beim Aufstecken des Werkstücks
auf die Werkzeugelektrode läßt es sich jedoch bei dieser Einrichtung nicht vermeiden,
daß dabei der als Arbeitselektrode dienende Teil der Werkzeugelektrode beschädigt
wird, sei es durch ein Verkanten des Werkstücks oder durch in die Werkstückbohrung
ragende Grate, die darüber hinaus auch zu Kurzschlüssen führen können. Dazu kommt
ferner, daß bei dieser Einrichtung keine Mittel zur Zentrierung der Werkstückbohrurag
vorgesehen sind, so daß die Werkstückbohrung in der Regel nicht koaxial zur Arbeitselektrode
verläuft. Die Folge davon ist, daß die Arbeitselektrode die Bohrungswand berührt
und sich im Betriebszustand sehr stark abnützt und-somit rasch unbrauchbar wird.
-
Darüber Enlnst das Aufstecken des Werkstücks auf die Werkzeugelektrode
von Hand schwierig und zeitraubend, da das Spiel zwischen Werkstückbohrung und Arbeitselektrode
nur einige hundertstel lQillimeter beträgt. Dieses geringe Spiel ist zur Begrenzung
der Arbeitsspalte erforderlich.
-
Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, die
bekannte Einrichtung zum elektrochemischen Einarbeiten voll in Bohrungen von Werkstücken
vorgesehenen Nuten dahingehend zu verbessern, daß die Werkzeugelektrode eine höhere
Standzeit aufweist und der Werkstückwechsel in einer kürzeren Zeit erfolgt.
-
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der freistehende
Teil der Werkzeugelektrode aneinander angrenzende Abschnitte hat, von denen der
zuerst beim Einführen in die
Bohrung eines im Werkstückträger mit
einem Spiel eingesetzten Werkstücks zur Wirkung kommende, aus abnützungssicherem
Werkstoff bestehende Abschnitt als Einweiser zur Zentrierung der Bohrung dient,
während der andere Abschnitt als Arbeitselektrode ausgebildet ist, die in an sich
bekannter Weise eine an den wirksamen Stellen unterbrochene, isolierende Hülle hat
und die Werkstücke durch einen federnden Kontaktbügel in ihrer Lage gehalten werden.
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform
der Einrichtung im Schnitt mit einer während der Bearbeitung rotierenden Werkzeugelektrode,
Fig. 2 die Einrichtung nach Fig. 1 während des Einführens der Werkzeugelektrode
in ein Werkstück und Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung im Schnitt
mit einer während der Bearbeitung feststehenden Werkzeugelektrode.
-
Die in Fig. 1 vereinfacht dargestellte erste Ausführungsform einer
Einrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten von metallischen Werkstücken besteht
aus einer rundstabförmigen Werkzeugelektrode i, die in einer Spindel 2 eines nicht
dargestellten Getriebes befestigt ist, einem in ein Vorrichtungsunterteil 3 eingesetzten
Werkstückträger 4 und einem in einer Halterung 5 befestigten Kontaktbügel 6. Der
freistehende Teil der Werkzeugelektrode 1 besteht aus zwei aneinander angrenzenden
Abschnitten, von denen der eine als Arbeitselektrode 7 und der andere als Einweiser
8 ausgebildet ist. Beide Abschnitte haben als Kern einen durchgehenden zylindrischen
Elektrodenschaft
9. Der als Arbeitselektrode 7 dienende Abschnitt des Elektrodenschafts 9 trägt eine
isolierende Hülle 11, welche bei 12 durch eine als Ringnut ausgebildete Wirkfläche
unterbrochen ist. Für den Zu- und Abfluß des Elektrolyten hat die Hülle 11 unter-
und oberhalb der Ringnut 12 äe eine Abflachung 13 bzw. 14, die um 1800 versetzt
zueinander angeordnet sind.
-
Auf den aus der isolierenden Hülle 11 nach unten herausragenden Zapfen
des Elektrodenschafts 9 ist der Einweiser 8 aufgesteckt und derart befestigt, daß
er gegenüber der Arbeitselektrode 7 elektrisch isoliert ist. Der Einweiser 8 besteht
aus einem abnützungssicheren Werkstoff - z.B. gehärtetem Stahl - und hat die Form
eines Napfes,- dessen Bodenteil sich nach unten konisch verjüngt, Der Durchmesser
der isolierenden Hülle 11 ist geringfügig kleiner als der des Einweisers 8. Zur
Beseitigung von in die zu bearbeitenden Bohrungen ragenden Grate kann der Einweiser
8 zugleich auch als Räumnadel ausgebildet sein. In Fig. 1 ist dies bei 15 angedeutet.
-
Bei der Einrichtung nach Fig. 1 ist in dem ausschnittsweise dargestellten
Vorrichtungsunterteil 3 eine zylindrische Elektrolytkammer 16 vorgesehen, in die
der Werkstückträger 4 eingepaßt ist. Bei einer Nehrfachvorrichtung sind die Elektolytkammern
unterhalb der Werkstückträger miteinander verbunden. Der Werkstückträger 4 besteht
aus Kunststoff und hat zur Aufnahme eines Werkstücks 17 eine durchgehende Zentralbohrung
18. Als Werkstück 17 wird bei diesem Beispiel ein zweifach abgesetzter Pumpenzylinder
mit einer mittig durchgehenden Bohrung 19 verwendet. Mit der Schulter des im Durchmesser
größten Absatzes - bezeichnet mit 21 - liegt das Werkstück 17 auf dem Werkstückträger
4 auf und mit dem an die Schulter 21 sich anschließenden Bund
-
bezeichnet mit 22 - ist das Werkstück 17 mit einem Spiel 23 lose in der Zentralbohrung
18 des Werkstückträgers 4.
-
geführt. In die Bohrungswand der Zentralbohrung 18 ist bereits eine
Ringnut-24 elektrochemisch eingearbeitet.
-
Der zur elektrochemischen Bearbeitung nach Fig. Inotwendige Elektrolyt
wird der Bearbeitungsstelle von unten zugeführt.
-
Der Elektrolyt fließt dabei von der Elektrolytkammer 16 kommend durch
den durch die Abfla-chung 13 hervorgerufenen Kanal in die Ringnut 12 und von dieser
durch den durch die Abflachung 14 hervorgerufenen Kanal ins-Freie, d.h. zurück in
einen nicht dargestellten Sammelbehälter. Der Weg des Elektrolyten ist durch Pfeile
in der Fig. 1 angegeben.
-
Zur Bearbeitung des Werk stücks 17 sind folgende Schritte erforderlich:
Zuerst wird das Werkstück-17 von Hand in den Werkstückträger 4 (wie in Fig. 1 und
2 gezeigt) eingelegt.
-
Sodann läßt man die Spindel 2 mit der Werkzeugelektrode 1 bis zu ihrer
unteren Endlage niedergehen. Dabei taucht die Werkzeugelektrode 1 zuerst mit dem
Einweiser 8 in die zu bearbeitende Bohrung 19 ein und zentriert diese, was durch
das vorhandene Spiel 23 möglich ist. Gleichzeitig mit der Spindel 2 geht auch die
Halterung 5 mit dem Kontaktbügel 6 nieder. Der Kontaktbügel 6 hat in Ruhestellung
die in Fig. 2 gezeigte gestreckte Form. Kurz bevor der Einweiser 8 die Bohrung 19
des Werkstücks 17 wieder verläßt, setzt der Kontaktbügel 6 mit seinem freien Ende
auf die obere Planfläche des Werkstücks 17 auf (Fig. 2) und hält das zentrierte
Werkstück 17 in seiner Lage fest.
-
Wenn die Spindel 2 und die Halterung 5 ihre untere Endlage erreicht
haben, hat der Einweiser 8 keine Berührung mehr mit dem Werkstück 17 und der Kontaktbügel
6 ist um einen
bestimmten Federweg zusammengedrückt (Fig. 1 und
3).
-
Gleichzeitig mit dem Erreichen der unteren Endlage wird der Zufluß
des Elektrolyten freigegeben und der Antriebsmotor, der die Werkzeugselektrode 1
in eine rotierende Bewegung (ca. 10 U/Min) versetzt, eingeschaltet. Unmittelbar
danach wird zwischen der Arbeitselektrode 1 und dem Werkstück 17 eine Gleichspannung
angelegt. Während einer Einwirkzeit von 25 Sekunden entsteht die Ringnut 24, von
etwa 0,4 mm Tiefe.
-
In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung gezeigt,
bei der mit Hilfe einer während der Bearbeitung feststehenden Werkzeugelektrode
wendelförmige Steignuten in eine Werkstückbohrung eingearbeitet werden können. Der
Aufbau dieser Einrichtung entspricht dem der Einrichtung nach Fig. 1 mit der einen
wesentlichen AusnaJe, daß hier die isolierende Hülle - bezeichnet mit 11' - der
Werkzeugelektrode - bezeichnet mit 1 - bei 26 durch eine als wendelförmige Steignut
ausgebildete Wirkfläche unterbrochen ist und daß im Inneren der Werkzeugelektrode
12 Kanäle 27,28 für den Zu- und Abfluß des Elektrolyten vorgesehen sind, die in
die Steignut 26 münden, bzw. von dieser ausgehen.
-
Der Weg des Elektrolyten ist durch Pfeile in der Fig. 3 angegeben.
Der Elektrolytfluß ist auch in umgekehrter Richtung möglich.
-
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die Werkstücke mit einem Spiel in den Werkzeugträger eingesetzt werden können,
also vor dem Niedergehen der Werkzeugelektrode nur grob zentriert werden brauchen,
wodurch das Einsetzen der Werkstücke wesentlich erleichert ist. Auch können durch
das Spiel bei der Verwendung einer Einrichtung mit mehreren gleichzeitig arbeitenden
Werkzeugelektroden die
Toleranzen von Werkstückträger (Kunststoff)
zu Drehantrieb (Stahl) ausgeglichen werden, die aufgrund von Wärmedehnungen und
der Fertigung auftreten. Ferner ist es durch die kombinierte Werkzeugelektrode aus
Arbeitselektrode und Einweiser möglich geworden, die nur grob zentrierte Werkstückbohrung
auf einfache Weise und ohneeinen zusätzlichen Arbeitsgang exakt zu zentrieren, so
daß die Arbeitselektrode sowohl beim Einführen in die zu bearbeitende Bohrung als
auch während der elektro'chemischen Bearbeitung keinem mechanischen Verschleiß unterliegt
und dadurch die Standzeit der Werkzeugelektrode wesentlich erhöht wird. Schließlich
wird durch den Einweiser noch zusätzlich bewirkt, daß möglicherweise in die zu bearbeitende
Bohrung hineinragende Grate,' z.B. verursacht durch eine Querbohrung, beim Hindurchtreten
des Einweisers durch die Bohrung diese aus der Bohrung beseitigt werden.