DE69905121T2

DE69905121T2 - Verfahren und vorrichtung zum elektrochemischen bearbeiten von werkstücken

Info

Publication number: DE69905121T2
Application number: DE69905121T
Authority: DE
Inventors: L. Agafonov; A. Alimbekov; L. Belogorskij; Z. Gimaev; N. Kucenko; R. Muchutdinov; N. Zajcev
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: AU2743399A; AR018842A1; KR20010013485A; US6231748B1; WO1999051382A3; EP0998366B1; DE69905121D1; CN1104298C; MY132965A; JP2002501442A; EA001749B1; WO1999051382A2; CA2292905A1; CN1272076A; HUP0002857A3; BR9906345A; PL337506A1; EP0998366A2; HUP0002857A2; ES2191419T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Stromversorgung für einen Prozess zur elektrochemischen Bearbeitung eines elektrisch leitfähigen Werkstücks durch Anlegen elektrischer Bearbeitungsimpulse zwischen dem Werkstück und einer elektrisch leitfähigen Elektrode unter Zuführ von Elektrolyt zwischen dem Werkstück und der Elektrode.
Elektrochemische Bearbeitung ist ein Prozess, bei dem ein elektrisch leitfähiges Werkstück sich am Ort einer Elektrode auflöst, unter Zuruhr von Elektrolyt und elektrischem Strom. Hierzu wird die Elektrode in die Nähe des Werkstücks gebracht und ein kräftiger Strom wird, während Elektrolyt in die Lücke zwischen dem Werkstück und der Elektrode eingebracht wird, über den Elektrolyt durch das Werkstück und die Elektrode geführt, wobei das Werkstück relativ zur Elektrode positiv ist. Der Strom wird in Form von Bearbeitungsimpulsen mit einer bestimmten Amplitude und Dauer zugeführt. In den Intervallen zwischen den Bearbeitungsimpulsen wird der Elektrolyt erneuert. Während der Zuführ der Bearbeitungsimpulse werden die Elektrode und das Werkstück mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit aufeinander zu bewegt, wodurch die Elektrode einen Hohlraum oder schließlich ein Loch in der Oberfläche des Werkstücks bildet, wobei die Form dieses Hohlraums oder Loches eine Form aufweist, die der Form der Elektrode entspricht. Dieser Prozess kann beispielsweise zum Herstellen von komplizierten Hohlräumen oder Löchern in oder zum Formen von harten Metallen oder Legierungen verwendet werden.
Die Kopiergenauigkeit, mit der die Form des Hohlraums oder des Loches in dem Werkstück der Form der Elektrode folgt, ist für die Qualität des Ergebnisses wichtig inzwischen sind viele Veröffentlichungen in Form von Artikeln in Zeitschriften und Patentdokumenten erschienen, in denen Vorschläge zur Verbesserung der Kopiergenauigkeit der elektrochemischen Bearbeitung gemacht werden.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein elektrochemisches Bearbeitungsverfahren und eine Vorrichtung mit guter Kopiergenauigkeit zu verschaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs definierten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsimpulse mit elektrischen Passivierungsimpul sen mit der gleichen Polarität wie die Bearbeitungsimpulse abwechseln, wobei die Spannung der Passivierungsimpulse eine Amplitude hat, die nicht ausreicht, um das Werkstück und einen Passivierungsfilm auf dem Werkstück aufzulösen.
In den Intervallen zwischen den Bearbeitungsimpulsen, beim Erneuern des Elektrolyten, werden Passivierungsimpulse absichtlich mit einer solchen Amplitude angelegt, dass eine Passivierungsschicht aus Metalloxiden um die Elektrode auf dem Werkstück herum gebildet wird. Während des folgenden Bearbeitungsimpulses wird diese Schicht an der Stirnfläche der Elektrode selektiv entfernt. Auf diese Weise erhält der Bearbeitungsimpuls eine höhere Wirksamkeit in der Vorschubrichtung. Dies verbessert die Kopiergenauigkeit, weil verhältnismäßig mehr Material des Werkstücks an der Stirnfläche der Elektrode gelöst und in dem zu bearbeitenden Hohlraum in dem Werkstück kleinere Rundungen an den Rändern und Neigungen der seitlichen Oberfläche des Hohlraums gebildet werden. Als zusätzlicher Vorteil ist zu erwähnen, dass der Energieverbrauch des Prozesses kleiner ist und dass die Auflösungsrate des Werkstücks in der Vorschubrichtung höher ist. Wegen der örtlichen Passivierungsschichten wird nämlich die Energie der Bearbeitungsimpulse nicht mehr für das unerwünschte Entfernen von Material von den seitlichen Oberflächen des Hohlraums in dem Werkstück verwendet.
Vorzugsweise wird zwischen dem Werkstück und der Elektrode ein Abstand eingehalten, der während der Bearbeitungsimpulse kleiner ist als während der Passivierungsimpulse. Durch Erhöhen des Abstandes zwischen dem Werkstück und der Elektrode während der Passivierungsimpulse wird erreicht, dass wegen des größeren Abstandes das elektrische Feld der Passivierungsimpulse an der Stirnfläche der Elektrode weniger Einfluss hat als an den seitlichen Wänden des Hohlraums in dem Werkstück. Somit wird mit größerer Genauigkeit erreicht, dass gegenüber der Stirnfläche der Elektrode, d. h. am Boden des Hohlraums in dem Werkstück, eine dünnere Passivierungsschicht gebildet wird, oder sogar gar keine Passivierungsschicht, als anderswo in dem zu bearbeitenden Hohlraum. Die Amplitude, Dauer und Schwingungsform der Bearbeitungsimpulse werden so gewählt, dass Aktivierung der zu bearbeitenden Oberfläche nur bei dem kleineren Abstand während der Bearbeitungsimpulse auftritt. In diesem Fall tritt Anodenauflösung während des Anlegens von Bearbeitungsimpulsen nur an diesen Stellen des Werkstücks auf, wo die Lücke kleiner ist als der kritische Abstand. Der Rest des Werkstücks wird durch eine Passivierungsschicht geschützt und löst sich nicht auf. Dies führt zu einer sehr hohen Kopiergenauigkeit. Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens führen das Werkstück und die Elektrode relativ zu einander eine Schwingbewegung aus, wobei der Abstand zwischen dem Werkstück und der Elektrode während der Bearbeitungsimpulse ein Minimum erreicht.
Die Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse spielt eine wichtige Rolle. Eine zu niedrige Spannung hat keine oder eine geringe Wirkung, weil die Passivierungsschichten zu dünn sind. Umgekehrt lässt eine zu hohe Spannung die zuvor gebildeten Passivierungsschichten an den seitlichen Oberflächen des Hohlraums verschwinden und bewirkt eine Verschlechterung der Kopiergenauigkeit. Eine noch höhere Spannung ergibt schließlich den gleichen Effekt wie die normalen Bearbeitungsimpulse und bewirkt, dass das Werkstück sich an verschiedenen unerwünschten Stellen in dem zu bearbeitenden Hohlraum auflöst. Zum Optimieren der Amplitude der Passivierungsimpulse ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse während der elektrochemischen Bearbeitung zumindest einmal eingestellt wird, wobei die Amplitude der Passivierungsimpulse in einer Reihe aufeinander folgender Passivierungsimpulse verändert wird, bis der zwischen dem Werkstück und der Elektrode gemessene Widerstandswert ein Maximum erreicht hat, woraufhin die elektrochemische Bearbeitung mit einer Amplitude des Passivierungsimpulses fortgesetzt wird, die dem Maximum des Widerstandswertes entspricht.
Während einer Reihe aufeinander folgender Passivierungsimpulse ändert sich die Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse allmählich, beispielsweise steigt sie von null auf einen bestimmten Maximalwert, bei dem das Werkstück beginnt, sich aufzulösen. Bei jedem nachfolgenden Passivierungsimpuls wird eine geringfügig höhere Spannung angelegt und der Widerstand der Lücke wird gemessen und gespeichert. Aus den gemessenen Widerstandswerten wird der größte Wert gewählt und die entsprechende Amplitude der Spannung wird fixiert und einige Zeit lang während der nachfolgenden Bearbeitung des Werkstücks beibehalten. Die Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse wird so für einen maximalen Lückenwiderstand optimiert. Dies bedeutet, dass die Bildung von Passivierungsschichten auf den seitlichen Oberflächen auch maximal und die Kopiergenauigkeit optimal ist.
Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst:
- eine Elektrode;
- Mittel zum Positionieren der Elektrode und des Werkstücks in einer räumlichen Beziehung, so dass eine Lücke zwischen der Elektrode und dem Werkstück erhalten bleibt;
- Mittel zur Zuführ von Elektrolyt in die Lücke;
- eine elektrisch an die Elektrode und das Werkstück anschließbare erste Stromversorgungsquelle, um dem Werkstück und der Elektrode Bearbeitungsimpulse zuzuführen;
- eine zweite Stromversorgungsquelle mit der gleichen Polarität wie die erste Stromversorgungsquelle und mit einer Ausgangsspannung, die mit Hilfe eines Steuersignals regelbar ist, welche zweite Stromversorgungsquelle elektrisch an die Elektrode und das Werkstück anschließbar ist, um dem Werkstück und der Elektrode Passivierungsimpulse zuzuführen;
- Mittel zum abwechselnden Anschließen der ersten und der zweiten Stromversorgungsquelle an das Werkstück und die Elektrode;
- Mittel zum Generieren eines variierenden Steuersignals zum Ändern der Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgungsquelle während aufeinander folgender Passivierungsimpulse;
- Mittel zum Messen, während der aufeinander folgenden Passivierungsimpulse, des elektrischen Widerstandes der Lücke zwischen dem Werkstück und der Elektrode zu einem Zeitpunkt während der Passivierungsimpulse und zum Speichern von Widerstandsinformationswerten, die für den Widerstand der Lücke zu dem genannten Zeitpunkt repräsentiv sind, und zum Speichern entsprechender Steuersignalwerte des Steuersignals zu dem genannten Zeipunkt und
- Mittel zum Berechnen eines maximalen Wertes aus den Widerstandsinformationswerten, und Mittel zum Halten des Steuersignals für die zweite Stromversorgungsquelle auf dem Steuersignalwert, der dem maximalen Wert entspricht.
Die zweite Stromversorgungsquelle ist regelbar und ihre Spannung wird allmählich erhöht, wobei der Wert der Spannung, für die der gemessene Lückenwiderstand maximal ist, gespeichert wird.
Bei Verwendung eines sich ändernden Lückenabstandes wird jeder Wert des Abstandes zwischen dem Werkstück und der Elektrode einer anderen optimalen Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse entsprechen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Werkstück und die Elektrode relativ zu einander eine Schwingbewegung ausführen und der Abstand zwischen ihnen praktisch niemals konstant ist. Um dieses Problem zu vermeiden, ist eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsimpulse in Zeitscheiben unterteilt werden und für jede einzelne Zeitscheibe die momentane Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse verändert wird, bis der zwischen dem Werkstück und der Elektrode gemessene Widerstandswert während der einzelnen Zeitscheibe ein Maximum erreicht hat, woraufhin die elektrochemische Bearbeitung mit Passivierungsimpulsen fortgesetzt wird, deren momentane Amplitude entsprechend der für jede Zeitscheibe gefundenen Amplitude verläuft, die dem Maximum des Widerstandswertes in der genannten Zeitscheibe entspricht.
Die Zeitspanne jedes der Passivierungsimpulse wird in eine Vielzahl Scheiben aufgeteilt und in jeder Scheibe wird die Amplitude der Spannung während aufeinander folgender Passivierungsimpulse verändert, bis der maximale Widerstand in der genannten Scheibe gefunden worden ist. Die entsprechende optimale Scheibenspannung des Passivierungsimpulses in dieser Scheibe wird gespeichert. Bei Beendigung dieser Einstellprozedur werden alle gespeicherten optimalen Scheibenspannungen hintereinander in der richtigen Abfolge innerhalb der Zeitspanne der Passivierungsimpulse erzeugt, wodurch die Amplitude der Spannung des Passivierungsimpulses eine Schwingungsform hat, die hinsichtlich der Veränderung des Lückenabstandes optimiert ist.
Hierzu ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass
- die Mittel zum Generieren des variierenden Steuersignals Mittel zum Ändern der Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgungsquelle zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb der Zeitspanne eines einzigen Passivierungsimpulses enthalten;
- die Mittel zum Messen und Speichern zum Speichern von Widerstandsinformationswerten ausgebildet sind, die für den momentanen Widerstand der Lücke zu den verschiedenen Zeitpunkten innerhalb des Passivierungsimpulses repräsentativ sind, und zum Speichern entsprechender Steuersignalwerte des Steuersignals zu den verschiedenen Zeitpunkten;
- Mittel zum Berechnen ausgebildet sind, um einzelne maximale Werte aus den Widerstandsinformationswerten entsprechender Zeitpunkte innerhalb aufeinander folgender Passivierungsimpulse zu berechnen und um ein Steuersignal zu generieren, das einen momentanen Wert hat, der zu den verschiedenen Zeitpunkten gleich den Steuersignalwerten ist, die den einzelnen maximalen Werten entsprechen.
Die Spannung der zweiten Stromversorgungsquelle wird somit innerhalb der Zeitspanne eines Passivierungsimpulses variiert, dessen Schwingungsform am besten mit der sich ändernden Lückengröße während des Passivierungsimpulses übereinstimmt.
Die vorstehend genannte Einstellprozedur zum Bestimmen und Beibehalten der optimalen Amplitudenschwingungsform für die Spannung der Passivierungsimpulse kann während der weiteren elektrochemischen Bearbeitung des Werkstücks so oft wiederholt werden wie notwendig.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Zeitintervallen zwischen den aufeinander folgenden Bearbeitungsimpulsen zusätzlich elektrische Impulse von entgegengesetzter Polarität zwischen dem Werkstück und der Elektrode angelegt werden, wobei die zuletzt genannten Impulse eine Spannung haben, deren Amplitude die Amplitude, bei der die Elektrode sich im Elektrolyten aufzulösen beginnt, nicht überschreitet und/oder in den Zeitintervallen zwischen den aufeinander folgenden Bearbeitungsimpulsen die Passivierungsimpulse mit elektrischen Impulsen von entgegengesetzter Polarität abwechseln, wobei die zuletzt genannten Impulse eine Spannung haben, deren Amplitude die Amplitude, bei der die Elektrode sich im Elektrolyten aufzulösen beginnt, nicht überschreitet.
Der Prozess wird jetzt mit elektrischen Impulsen von entgegengesetzter Polarität in den Intervallen zwischen den Bearbeitungsimpulsen ergänzt und/oder wechselt damit ab. Zweck, Auswirkung und Einstellung der Amplitude der Spannung der Impulse von entgegengesetzter Polarität werden ausführlich in der internationalen Anmeldung WO 97/03781 beschrieben. Die genannte Anmeldung beschreibt, zwischen welchen optimalen Grenzen die Amplitude der Spannung der Impulse von entgegengesetzter Polarität eingestellt werden sollte, um einerseits zu verhindern, dass die Elektrode sich auflöst und so die Bearbeitungsgenauigkeit verringert, und andererseits eine hohe Bearbeitungseffizienz in Kombination mit einem wohldefinierten Oberflächenzustand zu erhalten, beispielsweise in Form eines gewissen Glanzes. Bei Bearbeitung von Chromnickelstahl zeigt sich, dass unter diesen Arbeitsbedingungen eine geringere Konzentration an sechswertigem toxischem Chrom in der fertigen Elektrolytlösung zurückbleibt, wodurch Anforderungen hinsichtlich des Umweltschutzes leichter zu erfüllen sind.
Der Widerstand der Lücke kann durch Messung des durch die Lücke zwischen der Elektrode und dem Werkstück fließenden Stroms und die an dieser Lücke anliegende Spannung und durch Speicherung der Messdaten in einem Speicher berechnet wer den. Der Strom und die Spannung werden vorzugsweise mit Hilfe von Analog-Digital- Umsetzern gemessen, die mit einem Computer gekoppelt sind, in dem die Messdaten gespeichert werden. Der Computer berechnet den maximalen Lückenwiderstand durch Analyse der Messdaten. Der Computer generiert weiterhin das Steuersignal zum Regeln der Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgungsquelle. Während der Einstellprozedur wird die Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgungsquelle auf Kommando des vom Computer kommenden Steuersignals allmählich verändert. Nachdem der Computer den maximalen Widerstandswert gefunden hat, wird das entsprechende Steuersignal von dem Computer eine bestimmte Zeit lang ständig generiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 Schwingungsformen von Signalen, die bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten;
Fig. 3 den Verlauf des Zustandes des Elektrolyten zwischen der Elektrode und dem Werkstück bei der Ausrührung der Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4 eine Schwingungsform eines Signals, das bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auftritt;
Fig. 5 eine Schwingungsform einer alternativen Stromimpulsfolge zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 6 ein elektrisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 7 die Bildung von Passivierungsschichten in dem Bearbeitungshohlraum des Werkstücks bei Ausführung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 8 Schwingungsformen der Spannung an und den Widerstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück bei Ausführung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 9A und Fig. 9B Ablaufpläne einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 10 Schwingungsformen zusätzlicher Signale, die in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten und
Fig. 11 Schwingungsformen zusätzlicher Signale, die in einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten.
In dieser Zeichnung haben Teile mit gleicher Funktion oder Zweck gleiche Bezugszeichen.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks 2. Das Werkstück 2 ist auf einem Tisch 4 angeordnet, der sich mit einer Vorschubgeschwindigkeit Vk zu einer Elektrode 6 bewegt, die mit Hilfe einer von einem Motor 10 angetriebenen Kurbelwelle 8 eine Schwingbewegung relativ zum Werkstück 2 ausführt. Das Werkstück ist beispielsweise aus einem chromhaltigen Stahl hergestellt. Ein Elektrolyt, beispielsweise eine wässrige Lösung aus Nitraten von Alkalimetallen, fließt in der Lücke 5 zwischen dem Werkstück 2 und der Elektrode 6 und zirkuliert bei einem Druck P&sub1; aus einem Reservoir 3. Das Werkstück 2, der Tisch 4 und die Elektrode 6 sind elektrisch leitfähig. Die Elektrode 6 und der Tisch 4 sind mit einer Stromversorgungsquelle 12 verbunden, die elektrische Impulse zur Elektrode 6 und dem Tisch 4 abgibt. Die elektrischen Impulse enthalten Bearbeitungsimpulse mit einer Polarität, für die der Tisch 4 und daher das Werkstück 2 relativ zur Elektrode 6 positiv sind, wobei diese Impulse mit Passivierungsimpulsen der gleichen Polarität, aber mit einer Spannung und Schwingungsform, die nachfolgend beschrieben werden, abwechseln. Während der Bearbeitungsimpulse löst sich das Metall des Werkstücks 2 in dem Elektrolyten anodisch auf. Während der Passivierungsimpulse wird das Werkstück 2 örtlich passiviert.
Eine Kurve I in Fig. 2 stellt die Veränderung der Größe S(t) der Lücke 5 zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 2 dar. Eine Kurve II in Fig. 2 zeigt den Verlauf der Spannung U an der Lücke 5 während einer nachfolgend zu beschreibenden Einstellprozedur und eine Kurve III zeigt den Verlauf der Spannung U an der Lücke 5 während der nachfolgenden Bearbeitungsperiode. Die Bearbeitungsimpulse MP werden in einem Zeitintervall ti zugeführt, angedeutet in Kurve IV von Fig. 2, in dem die Elektrode 6 am dichtesten beim Werkstück 2 liegt. Während dieser Bearbeitungsimpulse hat die Spannung an der Lücke 5 eine Schwingungsform mit einem globalen Minimum, wie in Kurve II der Fig. 2 gezeigt wird. Die Bearbeitungsimpulse wechseln in einem Zeitintervall tu mit Passivierungsimpulsen ab, in Kurve V von Fig. 2 angedeutet. Es sei bemerkt, dass die dargestellten Schwingungsformen der Spannung U an der Lücke 5 nur eine Näherung der tatsächlichen Spannungsformen sind.
Fig. 3 gibt einen Eindruck der Prozesse wieder, die in der Lücke 5 auftreten. Im Anfangsstadium der Annäherung der Elektrode 6 an das Werkstück 2 ist bei einer verhältnismäßig großen Lückengröße Smax die Elektrolytströmung turbulent und der Elektrolyt enthält Dampf- und Gasblasen. In diesem Stadium hat der Raum zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 2 einen verhältnismäßig hohen elektrischen Widerstand, was aus dem ersten Maximum in der Spannung U in Kurve II von Fig. 2 ersichtlich ist. Infolge der Annäherung der Elektrode 6 nimmt der Druck in dem Elektrolyten zu und die Dampf- und Gasblasen lösen sich auf, so dass der Elektrolyt in der Lücke homogen und uniform ist und mit einer kleinen Lückengröße eine hohe Stromdichte erreicht werden kann. Daher nimmt der elektrische Widerstand ab, was aus dem Auftreten eines globalen Minimums in der Spannung U in Kurve II von Fig. 2 ersichtlich ist. Infolge des zunehmenden Abstandes zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 2 und der erneuten Bildung von Dampf- und Gasblasen steigt der elektrische Widerstand wieder auf ein zweites Maximum an, wie in Kurve II von Fig. 2 gezeigt. Die Zuführung elektrischer Leistung kann so groß sein, dass der Elektrolyt heftig zu kochen beginnt, was zu Hohlraumbildung in der Lücke führt. Die Hohlraumbildung bewirkt eine vorübergehende Zunahme des elektrischen Widerstandes des Elektrolyten, die sich während der Bearbeitungsimpulse als lokales Maximum im Verlauf der Spannung U zwischen der Elektrode und dem Werkstück manifestiert. Fig. 4 zeigt mehr im Einzelnen den Verlauf der Spannung U mit dem lokalen Maximum U3max, das nach dem globalen Minimum Umin auftritt.
Es sei bemerkt, dass eine solche heftige Hohlraumbildung durch das Anlegen von Gruppen von Bearbeitungsimpulsen vermieden werden kann, wobei diese Gruppen mit Passivierungsimpulsen abwechseln. Eine solche Impulsfolge ist in Fig. 5 dargestellt. Auf diese Weise läuft der Prozess bei gleicher minimaler Lückengröße gleichmäßiger und mit genauerem Ergebnis ab.
Fig. 6 zeigt das elektrische Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Bearbeitungsvorrichtung, einschließlich einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsquelle 2. Die Stromversorgungsquelle 12 umfasst eine Stromquelle 14 zum Liefern der Bearbeitungsimpulse, welche Stromquelle einen Strom I liefert, dessen Größe mit einem Steuersignal CSI regelbar ist, und eine regelbare Spannungsquelle 16 zum Liefern der Passivierungsimpulse, welche Spannungsquelle eine Ausgangsspannung Up abgibt, die mit einem Steuersignal CSU regelbar ist. Der negative Anschluss der Stromquelle 14 und der negative Anschluss der regelbaren Spannungsquelle 16 sind beide über einen Serienwider stand 18 mit der Elektrode 6 verbunden. Der positive Anschluss der Stromquelle 14 ist über einen Schalter 20 mit dem Werkstück 2 verbunden. Der Schalter 20 wird zu den Zeitintervallen ti (siehe Fig. 2) unter der Steuerung eines Signals Si geschlossen, das von einer Synchronisiereinheit 22 abgegeben wird. Der positive Anschluss der regelbaren Spannungsquelle 16 ist mit dem Werkstück 2 über einen Schalter 24 verbunden. Der Schalter 24 wird zu den Zeitintervallen tu (siehe Fig. 2) unter der Steuerung eines Signals Su geschlossen, das ebenfalls von der Synchronisiereinheit 22 abgegeben wird, die auch für die Synchronisation des Motors 10 sorgt. Die analoge Spannung U zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 2 wird an den Anschlüssen 32 und 34 mit einem Analog-Digital-Umsetzer 26 gemessen und in ein digitales Signal DU umgesetzt, das in einem Computer 28 gespeichert, analysiert und verarbeitet wird. Der durch die Lücke fließende Strom I wird durch Messung des Spannungsabfalls über dem Serienwiderstand 18 an den Anschlüssen 36 und 38 mit Hilfe eines zweiten Analog-Digital-Umsetzers 30 gemessen, der den analogen Spannungsabfall in ein digitales Signal DI umsetzt, das vom Computer 28 in gleichartiger Weise wie das digitale Signal DU verarbeitet wird. Anstelle eines Serienwiderstandes 18 ist es auch möglich, einen Stromtransformator oder eine andere geeignete Schnittstelle zu verwenden. Der Analog-Digital-Umsetzer 30 kann entfallen, wenn zu geeigneten Zeitpunkten die Eingangsanschlüsse des Analog-Digital-Umsetzers 26 von Spannungsmessung an den Anschlüssen 32 und 34 auf Strommessung bei den Anschlüssen 36 und 38 umgeschaltet werden. Die Synchronisiereinheit 22, die Analog-Digital-Umsetzer 26 und 30 und der Computer 28 werden mit Taktimpulsen gespeist (in Fig. 6 nicht abgebildet), die dafür sorgen, dass die Datenerfassung und die Datenverarbeitung synchron zum Auftreten der abwechselnden Bearbeitungs- und Passivierungsimpulse und der Schwingung der Elektrode ablaufen. Die Position des Tisches 4 wird mit einem Positionssensor 40 überwacht, der ein Signal DS abgibt, das ein Maß für die Verschiebung des Tisches 4 ist. Der Computer 28 erzeugt das Steuersignal CSI für die Stromquelle 14 und das Steuersignal CSU für die regelbare Spannungsquelle 16 über geeignete Schnittstellen 42 und 44, die beispielsweise als Digital-Analog-Umsetzer ausgeführt sein können. Der Drehwinkel der Kurbelwelle 8 wird mit Hilfe eines Sensors 46 gemessen, der ein Signal DP an den Computer 28 abgibt, das ein Maß für den relativen Abstand zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 2 ist.
Durch Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit Vk des Tisches 4 kann die Lücke 5 so eingestellt werden, dass ein lokales Maximum U3max auftritt, wie in Fig. 4 gezeigt. Dieses lokale Maximum kann durch Analyse der Spannung U mit Hilfe des Ana log-Digital-Umsetzers 26 und des Computers 28 oder mit Hilfe eines Oszilloskops delektiert werden. Auf Wunsch kann jedoch ein beliebiger anderer Arbeitspunkt für die Größe der Lücke 5 gewählt werden, d. h. auch einer, für den in der Spannung U kein lokales Maximum U3max auftritt.
Fig. 7 veranschaulicht die Auswirkung der Passivierungsimpulse. Die Amplitude der Spannung Up der regelbaren Spannungsquelle 16 wird so gewählt, dass im Bearbeitungshohlraum in dem Werkstück 2 Passivierungsschichten PL gebildet werden. Die Amplitude der Spannung Up ist jedoch nicht so hoch, dass das Werkstück sich auflöst und auch nicht so hoch, dass die Passivierungsschichten sich wieder auflösen. Wegen der Schwingbewegung ist der Abstand d2 zwischen der Stirnfläche der Elektrode 6 während der Bearbeitungsimpulse kleiner als der Abstand d1 zwischen der seitlichen Wand des Bearbeitungshohlraums und der Elektrode 6. Bei richtiger Wahl der Amplitude und Dauer der Bearbeitungsimpulse wird erreicht, dass das Werkstück 2 sich nur vom auflöst, d. h. gegenüber der Stirnfläche der Elektrode 6 in der Vorschubrichtung, und nicht am Ort der Passivierungsschichten PL. Dies ergibt eine sehr gute Kopiergenauigkeit, wobei die Form des Hohlraums in dem Werkstück 2 der Form der Elektrode 6 sehr genau folgt. Komplizierte Profile und gestanzte Neigungen mit einer Genauigkeit von 10 Bogenminuten sind erreichbar. Die örtlich deponierten Passivierungsschichten PL sorgen nicht nur für eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit, sondern auch für einen besseren Energiewirkungsgrad und eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit. Es wird nämlich keine Energie für das unerwünschte Entfernen von Material aus den seitlichen Wänden des Bearbeitungshohlraums verschwendet.
Für einen optimalen Effekt ist es daher wünschenswert, wenn die Spannung Up der Passivierungsimpulse eine Amplitude hat, die nicht so groß ist, dass die Passivierungsschichten PL oder sogar das Werkstück 2 sich auflösen, und die auch nicht so klein ist, dass nicht genug oder nahezu gar keine Passivierungsschichten gebildet werden. In beiden Fällen lösen die Bearbeitungsimpulse das Werkstück 2 auf, wo immer das möglich ist, und erzeugen einen relativ größeren Bearbeitungshohlraum in allen Richtungen und verschlechtem dadurch die Kopiergenauigkeit. Die optimale Amplitude der Passivierungsimpulse ist diejenige Amplitude, für die der Widerstand der Lücke 5 am höchsten ist. Dann ist nämlich das Wachstum der elektrisch schlecht leitenden Passivierungsschichten PL maximal und die Kopiergenauigkeit ist auch maximal.
Um eine optimale Einstellung der Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse zu erreichen, führt die elektrochemische Bearbeitungsvorrichtung (Fig. 6) eine Einstellprozedur aus, bei der während einer Vielzahl aufeinander folgender Schwingungen der Elektrode 6 die Spannung Up der Passivierungsimpulse schrittweise von null Volt bis auf die Spannung Uap erhöht wird, bei der das Werkstück 2 in Anodenauflösung geht. Hierzu legt der Computer 28 mittels der Schnittstelle 44 ein geeignetes Steuersignal CSU an die regelbare Spannungsquelle 16. Nach jedem Anstieg der Spannung Up wird der Widerstand der Lücke 5 mit Hilfe der Analog-Digital-Umsetzer 26 und 30 gemessen. Der gemessene Widerstandswert und das entsprechende Steuersignal CSU werden als numerische Werte in dem Hauptspeicher des Computers 28 gespeichert. Aus allen gefundenen Widerstandswerten bestimmt der Computer den größten Wert und die zugehörige Amplitude der Spannung Up. Die Einstellprozedur ist jetzt beendet und der Bearbeitungsprozess wird für eine bestimmte Zeit TM mit der so gefundenen Amplitude der Spannung Up fortgesetzt. Infolge der Schwingbewegung der Elektrode 6 ändert sich der Abstand zwischen dem Werkstück 2 und der Elektrode 6 in der Vorschubrichtung während der Passivierungsimpulse ständig. Jeder Wert für den Abstand zwischen dem Werkstück und der Elektrode entspricht einer anderen optimalen Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse. Um dies zu berücksichtigen, wird die Zeitspanne des Passivierungsimpulses in Scheiben unterteilt. Die optimale Amplitude für jede Zeitscheibe wird jetzt bestimmt, wobei der Widerstand der Lücke in dieser Zeitscheibe maximal ist. Nach Ablauf der Einstellprozedur gibt der Computer 28 eine solche Reihe von Steuersignalen an die regelbare Spannungsquelle 16 innerhalb der Zeitspanne jedes Passivierungsimpulses ab, dass die Amplitude des Passivierungsimpulses einen Verlauf erhält, der für die sich ändernde Lückengröße optimiert ist. Ein Beispiel für eine solche sich ändernde Amplitude der Passivierungsimpulse wird in Kurve III von Fig. 2 gegeben. Diese verfeinerte Einstellprozedur soll jetzt anhand der Graphiken von Fig. 8 und einem Ablaufplan in Fig. 9A und 9B naher beschrieben werden.
Fig. 8, Kurve I zeigt den Abstand S zwischen dem Werkstück 2 und der Elektrode 6. Die Drehung der Kurbelwelle 8 erzeugt einen sinusförmigen Verlauf des Abstandes S, der während der Bearbeitungsimpulse MP ein Minimum Smin annimmt. Jede Umdrehung der Kurbelwelle 8 entspricht einer Schwingung mit einer Periode T. Die Einstellprozedur nimmt eine Gruppe von m Schwingungen ein und hat daher eine Dauer mT. Auf die Einstellprozedur, d. h. die Gruppe von m Schwingungen, folgt eine Bearbeitungsdauer TM, in der das Werkstück mit Hilfe von Bearbeitungsimpulsen MP und Passivie rungsimpulsen PP, die einen bei der vorhergehenden Einstellprozedur bestimmten Amplitudenverlauf haben, weiter bearbeitet. Die Länge der Bearbeitungsdauer TM hängt von den Betriebsbedingungen ab und kann je nach Bedarf eingestellt werden. Nach Ablauf der Bearbeitungsdauer TM wird die Einstellprozedur, die wiederum m Schwingungen einnimmt, wiederholt. Die Anzahl Male, die die Einstellprozedur wiederholt wird, hängt auch von den Betriebsbedingungen und dem gewünschten Ergebnis ab. Im einfachsten Fall wird die Einstellprozedur nur einmal ausgeführt und wird das Werkstück während der nachfolgenden Bearbeitungsdauer in einem Durchlauf elektrochemisch bearbeitet. Jede Gruppe hat eine Folgenummer i, die von 1 bis zu einem Wert läuft, der durch die Gesamtlänge der Zeit für den Bearbeitungsprozess bestimmt wird. Jede Schwingung in der Gruppe i hat eine Folgenummer j, die von 1 bis m läuft. Darüber hinaus ist jede Schwingung, d. h. auch die Schwingungen in der Bearbeitungsdauer TM, in Zeitscheiben einer Länge Dt unterteilt. Jede Scheibe hat eine Folgenummer k, die von 1 bis n läuft. In Fig. 8 ist jeder Passivierungsimpuls PP in 8 Scheiben unterteilt, d. h. n = 8, aber natürlich ist eine größere oder kleinere Anzahl Scheiben auch möglich. Die Anzahl benötigter Scheiben hängt von der Größe und der zeitlichen Änderung der Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Elektrode ab. Mehr Scheiben führen zu einer Erhöhung der Auflösung, mit der die optimale Schwingungsform der Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse bestimmt wird, und zu einer Verbesserung der Kopiergenauigkeit.
Die Kurve II in Fig. 8 zeigt den schrittweisen Anstieg der Amplitude der Passivierungsimpulse. In Schwingung j = 1 erfolgt der erste Schritt, ausgehend von null Volt. Für alle Scheiben k = 1 bis k = n sind die Schritte gleich. Weiterhin wird die vorletzte Schwingung mit der Folgenummer j = m - 1 und die letzte Schwingung mit der Folgenummer j = m gezeigt. Bei der letzten Schwingung mit der Folgenummer j = m ist die Amplitude der Spannung gleich der Spannung Uap, bei der das Werkstück in Anodenauflösung geht. Nach Ablauf jeder Zeitscheibe k (k = 1..n) wird der Widerstand R der Lücke gemessen und im Speicher des Computers gespeichert. Außerdem wird der entsprechende Wert des Steuersignals CSU als numerischer Wert gespeichert. Diese n Widerstandsmessungen werden für jede Schwingung j (j = 1..m) wiederholt und das Ergebnis wird in Kurve III veranschaulicht, in der die Widerstandswerte für die einzelnen Scheiben gezeigt werden. Für jede Scheibe wird der maximale Widerstand Rmax in der Reihe von m Messungen bestimmt. Angenommen wird als Beispiel, dass die in der vorletzten Schwingung mit der Folgenummer j = m - 1 gemessenen Widerstandswerte pro Scheibe auch die maximalen Wi derstandswerte Rmax(j = m - 1, k = 1) bis Rmax (j = m - 1, k = n) für jede Scheibe sind. Dies ist jedoch nicht notwendig. Der maximale Lückenwiderstand für jede einzelne Scheibe k kann in Schwingungen mit unterschiedlicher Folgenummer j gefunden werden. Der Computer keimt den Wert des entsprechenden Steuersignals CSU für jeden für den maximalen Widerstand Rmax gefundenen Wert. Nach Ablauf der Einstellprozedur, d. h. während der Bearbeitungsdauer TM, erzeugt der Computer 28 die entsprechenden Werte des Steuersignals CSU in der richtigen Abfolge innerhalb der Zeitspanne jedes Passivierungsimpulses. Die Kurve IV in Fig. 8 zeigt ein Beispiel für den Verlauf der Spannung U an der Lücke in der Bearbeitungsdauer TM.
Der Bearbeitungsprozess und die Einstellprozedur verlaufen wie in den Ablaufplänen von Fig. 9A und 9B gezeigt. Die Blöcke in diesen Figuren haben die folgenden Inschriften:
B0: Beginn
B1: i = 1
B2: U*k = 0, k = 1..n
B3: R*k = 0, k = 1..n
B4: Uk11 = 0, k = 1..n
B5: j = 1
B6: DP überprüfen
Schalter 20 EIN; Schalter 22 AUS
Bearbeitungsimpuls generieren
B7: k = 1
B8: Ukji = (Ukij + dU) < Uap
Schalter 20 AUS; Schalter 22 EIN
B9: Dt warten
B10: Ikji messen
B11: Rkji = Ukji/Ikji
B12: Rkji > R*k?
B13: R*k = Rkji
B14: U*k = Ukji
B15: k = k + 1
B16: k > n?
B17: j = j + 1
B18: j > m?
B19: ECM(U*k, TM)
B20: i = i + 1
B21: ECM stoppen?
B22: Ende
In Block B1 wird die Folgenummer i der Gruppe auf den Anfangswert 1 gesetzt. In Block B2 werden alle einzelnen optimalen Spannungen U* für alle Scheiben k auf den Ausgangswert null gesetzt. In Block B3 werden alle einzelnen maximalen Widerstandswerte R* für alle Scheiben k auf den Ausgangswert null gesetzt. In Block B4 werden die Anfangswerte der zu erhöhenden Passivierungsimpulsamplituden für alle Scheiben k auf null gesetzt. In Block B5 wird der Zähler j, der den Stand der Anzahl abgelaufener Schwingungen beibehält, auf den Ausgangswert 1 gesetzt.
Nach dieser Initialisierung wird der Bearbeitungsprozess gestartet. In Block B6 wird das Signal DP überprüft, das die Elektrodenposition angibt. Bei korrekter Position wird die Stromquelle 14 durch Öffnen des Schalters 20 angeschlossen und die regelbare Spannungsquelle 16 wird durch Öffnen des Schalters 24 getrennt. Anschließend wird ein Bearbeitungsimpuls angelegt. Dieser Bearbeitungsimpuls hat eine bestimmte Dauer, die auch durch den Computer bestimmt wird. Nach Beendigung des Bearbeitungsimpulses wird in Block B7 der Scheibenzähler k auf den Wert 1 gesetzt.
In Block B8 wird die Amplitude Ukji in der k-ten Scheibe der j-ten Schwingung der i-ten Gruppe des Passivierungsimpuls um einen Schritt mit dem Wert du erhöht. Die resultierende Amplitude sollte die Spannung Uap nicht überschreiten. Außerdem wird die Stromquelle 14 durch Öffnen des Schalters 20 getrennt und die regelbare Spannungsquelle durch Schließen des Schalters 24 angeschlossen. Anschließend wird in Block B9 eine Wartezeit von einer Scheibenperiode Dt in Acht genommen. Danach wird in Block B10 der momentane Wert des Stroms Ikji in der k-ten Scheibe der j-ten Schwingung der i- ten Gruppe gemessen und gespeichert. In t Block B11 wird der momentane Widerstandswert Rkji durch Dividieren der momentanen Spannung Ukji durch den momentanen Strom Ikji berechnet.
In Block B12 wird überprüft, ob der so gefundene momentane Widerstandswert Rkji größer ist als der einzelne maximale Widerstandswert R*k der Scheibe.
Wenn das nicht der Fall ist, erfolgt ein Sprung zu Block B15. Wenn der genannte Wert größer ist, wird der einzelne maximale Widerstandswert R*k gleich dem momentanen Widerstandswert Rkji gemacht, was in Block B13 erfolgt. Außerdem wird in Block B14 die entsprechende einzelne optimale Spannung U* für die genannte Scheibe gleich dem momentanen Wert Ukji gemacht. In Block B15 wird untersucht, ob der Scheibenzählerstand k größer ist als n. Wenn das nicht der Fall ist, sind noch nicht alle Scheiben durchlaufen und kehrt das Programm zurück nach Block B8, wird die Spannung für die nächste Scheibe um einen Schritt erhöht, der Strom gemessen, der Widerstand berechnet und der maximale Widerstandswert mit dem zugehörigen momentanen Spannungswert gespeichert. Dies setzt sich fort, bis alle Scheiben durchlaufen sind.
Sobald alle Scheiben abgearbeitet sind, wird der Schwingungszählerstand j in Block B17 um eins erhöht und mit dem Wert m in Block B18 verglichen. Wenn die Anzahl verstrichene Schwingungen kleiner oder gleich m ist, kehrt das Programm zu Block B6 zurück und ein folgender Bearbeitungsimpuls wird angelegt und in dem nachfolgenden Passivierungsimpuls wird die Spannung um einen Schritt erhöht. Dies setzt sich m Schwingungen lang fort. Anschließend wird in Block B20 der elektrochemische Bearbeitungsprozess während der Zeitdauer TM mit den einzelnen optimalen Scheibenspannungen U*k (k = 1..n) fortgesetzt. Danach wird in Block B20 der Gruppenzähler i um 1 erhöht. In Block B21 wird entschieden, ob der Bearbeitungsprozess lange genug gedauert hat. Wenn der Bearbeitungsprozess längere Zeit fortgesetzt werden muss, sollte der Gruppenzahler erhöht werden, bevor die Entscheidung, zu stoppen, getroffen wird. Ein Kriterium zum Stoppen des Bearbeitungsprozesses kann beispielsweise die Verschiebung des Tisches 4 mit Hilfe des Signals DS des Positionssensors 40 oder die verstrichene Prozessdauer sein. Wenn der Bearbeitungsprozess noch nicht abgeschlossen ist, erfolgt eine Rückkehr nach Block B2 und eine neue Einstellprozedur beginnt, auf die eine andere Bearbeitungsdauer TM folgt. Bei Erreichen des Endwertes wird der Bearbeitungsprozess in Block B22 beendet.
Das oben beschriebene Verfahren und die oben beschriebene Vorrichtung wurden zur Bearbeitung einer Testprobe verwendet. Das Material der Probe und der Elektrode war Stahl 40 · 13 in ausgeglühtem Zustand, die Bearbeitungsfläche betrug 2 cm² und der Elektrolyt war 8% NaNO&sub3;. In dem Bearbeitungsprozess betrug die Spannung der Bearbeitungsimpulse 7 V, die Dauer der Bearbeitungsimpulse war 2 ms, der Druck des Elektrolyten nahe dem Einlass zur Lücke betrug 350 kPa, die Temperatur des Elektrolyten betrug 18ºC, die Frequenz der Schwingungen der Elektrode war 47 Hz, die Amplitude der Schwingungen war 0,2 mm. Die Spannung der Passivierungsimpulse betrug +2,8 V bei einer minimalen Lücke und +3,8 V bei einer maximalen Lücke.
Eine Analyse der Bearbeitungsergebnisse hat erwiesen, dass im Vergleich zu herkömmlichen Bearbeitungsverfahren die Verwendung des erfindungsgemäßen elektrochemischen Bearbeitungsverfahrens eine Zunahme der Bearbeitungsproduktivität um einen Faktor von 1,25 und eine Verringerung des Energieverbrauchs um einen Faktor von 1,2 ergab. Der Kopierfehler der Elektrode auf der zu bearbeitenden Oberfläche betrug nicht mehr als 0,01 mm.
Auf Wunsch können die in der Kurve III von Fig. 2 und in der Kurve IV von Fig. 8 gezeigten Passivierungsimpulse mit elektrischen Impulsen der entgegengesetzten Polarität ergänzt werden und/oder damit abwechseln. Zweck, Auswirkung und Einstellung der Amplitude der Spannung der Impulse von entgegengesetzter Polarität werden ausführlich in der internationalen Anmeldung WO 97/03781 beschrieben. Die genannte Anmeldung beschreibt, zwischen welchen optimalen Grenzen die Amplitude der Spannung der Impulse von entgegengesetzter Polarität eingestellt werden sollte, um einerseits zu verhindern, dass die Elektrode sich auflöst und so die Bearbeitungsgenauigkeit verringert, und andererseits eine hohe Bearbeitungseffizienz in Kombination mit einem wohldefinierten Oberflächenzustand zu erhalten, beispielsweise in Form eines gewissen Glanzes. Die in der internationalen Anmeldung beschriebene Vorrichtung ist in vielerlei Hinsicht der in Fig. 1 und 6 gezeigten Vorrichtung gleich. Zur Erzeugung von Spannungsimpulsen von entgegengesetzter Polarität in den Intervallen zwischen den Bearbeitungsimpulsen sollte jedoch die Polarität der regelbaren Spannungsquelle 16 (Fig. 6) vorübergehend umgekehrt werden oder es sollte eine zusätzliche regelbare Spannungsquelle von entgegengesetzter Polarität vorgesehen werden sowie ein dem Schalter 24 vergleichbarer zusätzlicher Schalter.
Die Kurve II in Fig. 10 veranschaulicht, wie die Bearbeitungsimpulse mit negativen Spannungsimpulsen abwechseln. Statt der positiven Passivierungsimpulse werden jetzt negative Impulse angelegt, die dem Werkstück einen hohen Glanz geben. Die negative Spannungsimpulse können vor, während oder nach Beendigung des vorstehend beschriebenen Bearbeitungsverfahrens angelegt werden.
Fig. 11 zeigt eine Alternative, bei der in den Intervallen zwischen den Bearbeitungsimpulsen erst ein negativer Spannungsimpuls angelegt wird und danach ein positiver Passivierungsimpuls, dessen Schwingungsform und Amplitude entsprechend der vorstehend beschriebenen Einstellprozedur bestimmt werden.
Bisher ist angenommen worden, dass die Elektrode und das Werkstück relativ zueinander eine Schwingbewegung ausführen, wobei ein Bearbeitungsimpuls während des kleinsten Abstandes zwischen dem Werkstück und der Elektrode angelegt wird. Vergrößern des Abstandes begünstigt die Leichtigkeit, mit der der Elektrolyt erneuert werden kann. Genau genommen ist jedoch eine solche Änderung des Abstandes nicht notwendig, wenn die Betriebsbedingungen und das gewünschte Ergebnis dies zulassen.
Statt einer drehenden Kurbelwelle ist es möglich, auch andere Antriebsmechanismen zu verwenden, um eine Schwingbewegung oder eine andere Bewegung zur Änderung des Abstandes zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 2 zu erzeugen. Hierzu kann eine elektrisch oder hydraulisch angetriebene Konstruktion mit einem Ritzel und einer Zahnstange verwendet werden oder eine elektrisch oder hydraulisch angetriebene Leitspindel. Man kann dann die Elektrode 6 gegen das Werkstück 2 anstoßen lassen, woraufhin die Lückengröße eingestellt wird. Während des Bearbeitungsprozesses wird die Lückengröße angepasst, um eine mittlere nahezu konstante Vorschubgeschwindigkeit zu erhalten, die nahezu gleich der Auflösungsrate des Werkstücks 2 ist.

Claims

1. Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines elektrisch leitfähigen Werkstücks (2) durch Anlegen elektrischer Bearbeitungsimpulse zwischen dem Werkstück (2) und einer elektrisch leitfähigen Elektrode (6) unter Zufuhr von Elektrolyt zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6), dadurch gekennzeichnet dass die Bearbeitungsimpulse mit elektrischen Passivierungsimpulsen mit der gleichen Polarität wie die Bearbeitungsimpulse abwechseln, wobei die Spannung der Passivierungsimpulse eine Amplitude hat, die nicht ausreicht, um das Werkstück (2) und einen Passivierungsfilm auf dem Werkstück (2) aufzulösen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse während der elektrochemischen Bearbeitung zumindest einmal eingestellt wird, wobei die Amplitude der Passivierungsimpulse in einer Reihe aufeinander folgender Passivierungsimpulse verändert wird, bis der zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) gemessene Widerstandswert ein Maximum erreicht hat, woraufhin die elektrochemische Bearbeitung mit einer Amplitude des Passivierungsimpulses fortgesetzt wird, die dem Maximum des Widerstandswertes entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsimpulse in Zeitscheiben unterteilt werden und für jede einzelne Zeitscheibe die momentane Amplitude der Spannung der Passivierungsimpulse verändert wird, bis der zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) gemessene Widerstandswert während der einzelnen Zeitscheibe ein Maximum erreicht hat, woraufhin die elektrochemische Bearbeitung mit Passivierungsimpulsen fortgesetzt wird, deren momentane Amplitude entsprechend der für jede Zeitscheibe gefundenen Amplitude verläuft, die dem Maximum des Widerstandswertes in der genannten Zeitscheibe entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) ein Abstand eingehalten wird, der während der Bearbeitungsimpulse kleiner ist als während der Passivierungsimpulse.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) und die Elektrode (6) relativ zueinander eine Schwingbewegung ausführen, wobei der Abstand zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) während der Bearbeitungsimpulse ein Minimum erreicht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Zeitintervallen zwischen den aufeinander folgenden Bearbeitungsimpulsen zusätzlich elektrische Impulse von entgegengesetzter Polarität zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) angelegt werden, wobei die zuletzt genannten Impulse eine Spannung haben, deren Amplitude die Amplitude, bei der die Elektrode (6) sich im Elektrolyten aufzulösen beginnt, nicht überschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Zeitintervallen zwischen den aufeinander folgenden Bearbeitungsimpulsen die Passivierungsimpulse mit elektrischen Impulsen von entgegengesetzter Polarität abwechseln, wobei die zuletzt genannten Impulse eine Spannung haben, deren Amplitude die Amplitude, bei der die Elektrode (6) sich im Elektrolyten aufzulösen beginnt, nicht überschreitet.

8. Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines elektrisch leitfähigen Werkstücks (2) durch Anlegen elektrischer Bearbeitungsimpulse zwischen dem Werkstück (2) und einer elektrisch leitfähigen Elektrode (6) unter Zuruhr von Elektrolyt zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst:

- eine Elektrode (6);

- Mittel (4, 40) zum Positionieren der Elektrode (6) und des Werkstücks (2) in einer räumlichen Beziehung, so dass eine Lücke (5) zwischen der Elektrode (6) und dem Werkstück (2) erhalten bleibt;

- Mittel (3) zur Zuführ von Elektrolyt in die Lücke (5)

- eine elektrisch an die Elektrode (6) und das Werkstück (2) anschließbare erste Stromversorgungsquelle (14), um dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) Bearbeitungsimpulse zuzuführen;

- eine zweite Stromversorgungsquelle (16) mit der gleichen Polarität wie die erste Stromversorgungsquelle (14) und mit einer Ausgangsspannung, die mit Hilfe eines Steuersignals (CSU) regelbar ist, welche zweite Stromversorgungsquelle (16) elektrisch an die Elektrode (6) und das Werkstück (2) anschließbar ist, um dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) Passivierungsimpulse zuzuführen;

- Mittel (20, 24) zum abwechselnden Anschließen der ersten (14) und der zweiten (16) Stromversorgungsquelle an das Werkstück (2) und die Elektrode (6);

- Mittel (28, 44) zum Generieren eines variierenden Steuersignals zum Ändern der Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgungsquelle (16) während aufeinander folgender Passivierungsimpulse;

- Mittel (18, 30,26, 28) zum Messen, während der aufeinander folgenden Passivierungsimpulse, des elektrischen Widerstandes der Lücke (5) zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) zu einem Zeitpunkt während der Passivierungsimpulse und zum Speichern von Widerstandsinformationswerten, die für den Widerstand der Lücke (5) zu dem genannten Zeitpunkt repräsentiv sind, und zum Speichern entsprechender Steuersignalwerte des Steuersignals (CSU) zu dem genannten Zeipunkt und

- Mittel (28) zum Berechnen eines maximalen Wertes aus den Widerstandsinformationswerten, und Mittel (28, 44) zum Halten des Steuersignals (CSU) für die zweite Stromversorgungsquelle (16) auf dem Steuersignalwert, der dem maximalen Wert entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Mittel (28, 44) zum Generieren des variierenden Steuersignals Mittel zum Ändern der Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgungsquelle (16) zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb der Zeitspanne eines einzigen Passivierungsimpulses enthalten;

- die Mittel (18, 30, 26, 28) zum Messen und Speichern zum Speichern von Widerstandsinformationswerten ausgebildet sind, die für den momentanen Widerstand der Lücke (5) zu den verschiedenen Zeitpunkten innerhalb des Passivierungsimpulses repräsentativ sind, und zum Speichern entsprechender Steuersignalwerte des Steuersignals zu den verschiedenen Zeitpunkten;

- Mittel (28) zum Berechnen ausgebildet sind, um einzelne maximale Werte aus den Widerstandsinformationswerten entsprechender Zeitpunkte innerhalb aufeinander folgender Passivierungsimpulse zu berechnen und um ein Steuersignal zu generieren, das einen momentanen Wert hat, der zu den verschiedenen Zeitpunkten gleich den Steuersignalwerten ist, die den einzelnen maximalen Werten entsprechen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin Mittel (8, 10) zum Ändern des Abstandes zwischen der Elektrode (6) und dem Werkstück (2) enthält, wobei der Abstand während der Zurührung der Bearbeitungsimpulse kleiner ist als während der Zurührung der Passivierungsimpulse.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel (8, 10) zum Erzeugen einer Schwingbewegung zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) enthält und Mittel (22) zum Synchronisieren der Mittel (20,24) zum abwechselnden Anschließen der ersten (14) und der zweiten (16) Stromversorgungsquelle an die Schwingbewegung des Werkstücks (2).

12. Elektrische Stromversorgungsquelle zur Verwendung in einem Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines elektrisch leitfähigen Werkstücks (2) durch Anlegen elektrischer Bearbeitungsimpulse zwischen dem Werkstück (2) und einer elektrisch leitfähigen Elektrode (6) unter Zuführ von Elektrolyt zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Stromversorgungsquelle umfasst:

- Mittel (18, 30, 26, 28) zum Messen, während der aufeinander folgenden Passivierungsimpulse, des elektrischen Widerstandes der Lücke (5) zwischen dem Werkstück (2) und der Elektrode (6) zu einem Zeitpunkt während der Passivierungsimpulse und zum Speichern von Widerstandsinformationswerten, die für den Widerstand der Lücke (5) zu dem genannten Zeitpunkt repräsentiv sind, und zum Speichern entsprechender Steuersignalwerte des Steuersignals (CSU) zu dem genannten Zeipunkt und

13. Elektrische Stromversorgung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass