EP4675016A1 - Verfahren, vorrichtung und computerprogrammprodukt zur überwachung eines elektrolytzustandes - Google Patents

Verfahren, vorrichtung und computerprogrammprodukt zur überwachung eines elektrolytzustandes

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Publication number
EP4675016A1
EP4675016A1 EP24186923.9A EP24186923A EP4675016A1 EP 4675016 A1 EP4675016 A1 EP 4675016A1 EP 24186923 A EP24186923 A EP 24186923A EP 4675016 A1 EP4675016 A1 EP 4675016A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrolyte
workpiece
indicator
determined
limit value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24186923.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Vincent Stepputat
Michael Penzel
Sam Schröder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plasmotion GmbH
Original Assignee
Plasmotion GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plasmotion GmbH filed Critical Plasmotion GmbH
Priority to EP24186923.9A priority Critical patent/EP4675016A1/de
Priority to PCT/EP2025/069236 priority patent/WO2026008884A1/de
Publication of EP4675016A1 publication Critical patent/EP4675016A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/16—Polishing

Definitions

  • the invention relates to a method, a device, and a computer program for monitoring the electrolyte state during the plasma electrolytic processing of an electrically conductive surface of a workpiece.
  • a method, a device, and a computer program for monitoring the electrolyte state during the plasma electrolytic processing of an electrically conductive surface of a workpiece.
  • at least one property of an electrolyte that is stored, circulated, and/or applied to the surface of the workpiece is detected, and based on this, a statement is made about the state of the electrolyte.
  • the desired surface properties are not typically achieved in the primary manufacturing step, necessitating subsequent finishing or refining. This includes, for example, polishing, cleaning, sterilizing, texturing, and coating the surface, as well as deburring and rounding workpiece edges. Processes that modify surface properties through material removal are of particular economic and technological importance.
  • Metal surfaces are typically finished using machining processes with geometrically undefined cutting edges, such as grinding or mechanical polishing, which achieve low roughness and high gloss. These processes always require the surface to be accessible to a tool, usually a rotating one, making the machining of narrow, concave contours and internal surfaces virtually impossible. Furthermore, the process principle always necessitates precise alignment of the tool's relative position to the surface being machined. Changes to the target contour, for example, due to varying or customized workpieces, require complex adjustments to the NC program in automated processes, significantly limiting flexibility. If these adjustments are made manually, comparatively long machining times can be expected for complex components.
  • electrochemical material removal processes such as electropolishing and electrochemical machining, which are characterized by force-free material removal, are often used.
  • electrochemical metalworking workpieces are processed by anodic dissolution of the metal on the surface.
  • Such processes are used in various areas of mechanical engineering, such as aerospace engineering, automotive engineering, toolmaking, medical and microsystems technology, and energy plant engineering. Almost all metals can be processed in this way, and unlike machining, the process is not driven by friction. High strength or hardness is negatively affected. Therefore, electrochemical processing is particularly interesting for high-alloy materials such as nickel-based alloys, titanium alloys, or hardened materials.
  • Plasma electrolytic processing of electrically conductive surfaces represents a specific advancement in the known methods for the electrochemical treatment of metallic workpieces.
  • Plasma electrolytic processing methods are processes by which the properties of a workpiece surface that is at least temporarily in contact with an electrolyte are altered by applying an electrical voltage. This alteration is enabled, promoted, or influenced by the near-surface formation of a plasma. While plasma electrolytic oxidation, among other things, serves to produce wear-resistant surface layers, particularly on light metals, plasma electrolytic polishing modifies the surface layer by material removal.
  • This method allows for the rapid production of exceptionally smooth and glossy surfaces without the need for form-specific tools. Furthermore, there is no need to pretreat the workpiece or remove any oils or lubricants present on the surface.
  • plasma electrolytic machining can also create a workpiece surface with reduced corrosion resistance. The process is therefore suitable not only for reducing surface roughness but also for deburring, creating a glossy finish, passivating, cleaning, sterilizing, and smoothing the surface profile.
  • DE 10 2006 016 368 B4 This describes, for example, a system with an immersion bath into which a workpiece is immersed for processing.
  • the described system is suitable for cleaning and polishing electrically conductive workpiece surfaces and includes an electrolyte tank, a workpiece holder, and a power supply to provide the voltage required for plasma electrolytic processing.
  • a control system is provided to monitor and adjust the required current, which is adjusted according to the speed at which the workpiece is immersed in the electrolyte tank.
  • a locally limited plasma electrolytic processing of a workpiece is known, using systems that have nozzles for applying the electrolyte to the workpiece area to be processed.
  • This plasma electrolytic processing method known as jet plasma polishing, is based on the use of an electrolyte jet instead of an electrolyte bath, with the electrolyte nozzle, which directs an electrolyte jet onto the workpiece, simultaneously forming the cathode. Material removal occurs only at the point where the electrolyte jet strikes the workpiece surface. This limits the maximum required current and allows the processing to be focused on selected areas.
  • a facility for implementing the previously described procedure is made from the WO 2024/003401 A1
  • the essential feature of the plasma electrolytic processing system for workpieces described in this document is that it provides multiple nozzles for emitting electrolyte jets, enabling the processing of a material surface with differently shaped and/or oriented electrolyte jets. This allows even comparatively complex component geometries to be plasma electrolytically processed, manufactured, or polished.
  • the condition of the electrolyte is monitored by measuring the pH value and electrical conductivity, both of which must be kept within permissible limits. While these parameters represent important properties of an electrolyte, they do not provide a truly reliable indication of its condition, particularly its deterioration during processing. Furthermore, the electrolyte is consumed during use as erosion products accumulate and active reagents decrease. Until now, the responsibility for the proper condition of the electrolyte rested solely with the system operator, who, based on the aforementioned measurements and a visual inspection, decided whether the electrolyte could still be used or needed to be replaced or reprocessed.
  • the invention addresses the problem of providing a monitoring system that enables the most accurate possible statements about the quality, current state, and, above all, the suitability of an electrolyte for processing workpieces, taking into account existing quality requirements. This includes considering factors such as electrolyte contamination and reliably and relatively easily determining the number of workpieces that can still be processed with the electrolyte used. Furthermore, the method for determining the state of an electrolyte used for workpiece processing should allow for consideration of the material type, the shape of the workpiece, and/or the design of the workpiece clamping during processing.
  • the primary objective of the invention is therefore to provide information about the state of the electrolyte used for plasma electrolytic processing based on acquired sensor data, thereby enabling a forecast for the planned processing, particularly regarding the number of workpieces still to be produced, considering predefined quality parameters. Furthermore, the technical solution to be specified should be relatively easy to integrate into existing systems and ensure a safe automated process for the plasma electrolytic processing of workpieces.
  • the invention relates to a method for monitoring the electrolyte state during the plasma electrolytic processing of an electrically conductive surface of a workpiece, in which at least one property of an electrolyte is detected that is stored, circulated, and/or applied to the surface of the workpiece.
  • the method according to the invention is characterized in that the magnitude of a current passed through the electrolyte is measured and an electrical charge introduced into the electrolyte is determined, that a state indicator is determined based on the determined electrical charge using a transformation function, and that a limit value is specified for the state indicator, upon reaching or exceeding this limit value, a plasma electrolytically processed workpiece is initiated.
  • the workpiece fails to meet at least one predefined quality criterion.
  • information can be output and/or a signal generated when the limit value is reached, indicating the state of the electrolyte.
  • a signal is generated when the limit value is reached or exceeded to control an output unit, such as a screen or display, to output the information, and/or to control at least one device based on the signal in such a way that the plasma electrolytic processing is automatically interrupted, at least temporarily.
  • reaching and/or exceeding a limit value is understood to mean conforming to, or exceeding and/or falling below, a predetermined, stored, or otherwise determined limit value.
  • the essential aspect of the invention is that, based on a measured current, the electrical charge introduced into the electrolyte during the plasma electrolytic processing of at least one workpiece is determined. This charge corresponds to the product of the current flowing through the electrolyte and the duration of the respective measurement period. A state indicator is then derived from this charge using a transformation function.
  • This state indicator provides quantifiable information about the state of the electrolyte, ultimately forming the basis for deciding whether a currently manufactured and/or a future workpiece meets a quality criterion, without requiring additional measures that influence the state of the electrolyte, such as electrolyte regeneration or replacement.
  • the inventive method based on the determination of a state dictator using a transformation function, allows the state, and in particular any deterioration of the state, of the electrolyte used to be advantageously quantified.
  • the electrical charge introduced into the electrolyte is converted into a state indicator using a transformation function, wherein the transformation function is implemented depending on the system components present that influence the properties of the electrolyte, for example, those provided for the removal of erosion products from the electrolyte system.
  • the transformation function is based on a finite mathematical a series of products, wherein an electric charge introduced into the electrolyte, in particular a relative charge, i.e. the quotient of introduced charge and volume of the provided electrolyte, forms at least a part of at least one summand of the finite series.
  • the time elapsed since the electrolyte was prepared the time span during which the electrolyte assumes or exceeds a specific temperature, a temperature profile or at least a temperature assumed by the electrolyte in the past, the amount of water added, at least one property of the added water and/or the nature of any measures taken in the meantime to prepare the electrolyte.
  • the current status indicator is compared to a limit value of the status indicator, which is determined experimentally and/or computationally. A comparison is made. As long as the condition indicator does not exceed the limit, the workpieces processed up to that point meet the required quality criterion. However, if the currently determined condition indicator exceeds the limit, a workpiece processed at that point will no longer meet the quality criterion after processing is complete. It is therefore advantageous to stop a processing process shortly before reaching the limit, especially by interrupting it automatically. It is essential that the defined limit is always specific to the material being processed, the workpiece geometry, and/or the electrolyte used.
  • the chemical composition of the electrolyte for example the capacity of the electrolyte to absorb metal ions, the corrosion susceptibility of the material to be processed, the geometry of the workpiece to be processed, such as flow separation edges or cavities, the desired surface quality and/or the time profile of the polishing current are taken into account when determining the limit value.
  • a limit value of the state indicator corresponds to a number of workpieces that can be plasma electrolytically processed while meeting at least one quality criterion, without requiring additional filtering, cleaning, conditioning, and/or replacement of the electrolyte. Based on the current state indicator and its limit value, the number of workpieces that can still be processed while meeting a predetermined quality criterion can then be determined with particular advantage.
  • the current state indicator is always determined by means of a transformation function based on the charge introduced into the electrolyte at the time of measurement.
  • the limit value of the status indicator thus contains information from the start of a plasma electrolytic processing operation about the maximum number of workpieces that can be processed while adhering to the specified quality criterion. Furthermore, it is advantageous if the current status indicator, the limit value of the status indicator (i.e., the maximum permissible value of the status indicator for the respective plasma electrolytic processing operation), and/or a difference between the limit value of the status indicator and the current status indicator are displayed to a system operator, for example, via a display.
  • a violation of the limit value for the status indicator especially reaching or exceeding the limit value of the status indicator, leads to at least a temporary halt of the processing operation.
  • the current state indicator which is determined using a transformation function based on the current introduced into the electrolyte during a measurement period, and the limit value of the state indicator, which is determined before the start of the processing process and is available for further evaluation, effective use of the electrolyte used for each processing process is enabled, and rejects in the plasma electrolytic processing of workpieces are prevented, or at least the risk is minimized.
  • the current state indicator determined therefrom using a transformation function, and a comparison of the current state indicator with a maximum or minimum permissible limit value of the state indicator, information about The electrolyte status is indicated as soon as the current status indicator exceeds the permissible limit.
  • This information can be displayed visually, for example via a display, a light, or another indicator unit, and/or audibly, for example via a loudspeaker or a signal horn.
  • this information can also be transmitted to a central production control room and/or used to control a processing process, in particular the monitored plasma electrolytic processing process.
  • the relative charge i.e., the charge introduced into the electrolyte within a given time period, is determined in relation to the volume of the electrolyte. This enables evaluation and condition monitoring that is independent of the electrolyte volume and thus takes into account, for example, that the condition of an electrolyte stored in a small tank deteriorates more rapidly than the condition of an electrolyte in a large tank.
  • a specific embodiment of the invention is characterized by the fact that the state parameters temperature, pH value, and/or electrical conductivity of the electrolyte are assumed to be constant during the determination of the state indicator.
  • This specific embodiment of the invention thus allows the assessment of the electrolyte's state to be limited to the quantifiable deterioration of the electrolyte, which is not known from the prior art, since the comparatively easily controllable parameters of temperature, pH value, and electrical conductivity are assumed to be constant. Based on this assumption, a comparatively simple yet accurate method for the quantifiable assessment of the state of an electrolyte used for the plasma electrolytic processing of workpieces can be implemented.
  • a particular embodiment of the invention provides that, to determine a limit value for the condition indicator, in particular a limit value of the condition indicator, a number of workpieces made from a predetermined metallic material are preferably determined before the start of the actual industrial machining process. These workpieces must be producible without preparation and/or without at least partial replacement of the electrolyte while adhering to at least one quality criterion. Preferably, this number of workpieces is stored in a database as a material-specific limit value of a condition indicator. Furthermore, it is advantageous if the limit value of a condition indicator for the The combination of a material to be processed and the electrolyte used for processing is stored in a database. Furthermore, it is conceivable, alternatively or additionally, to determine limit values of a condition indicator and to store or make them available for further use, which are specific to a particular workpiece size and/or geometry.
  • Essential to the embodiments described above is the determination and storage of a limit value for a condition indicator. If this limit is violated, particularly exceeded, it is highly likely that, without intermediate electrolyte regeneration, the workpiece produced after exceeding the limit will no longer meet the specified quality criterion due to the deterioration of the electrolyte's condition.
  • By outputting, storing, and/or using a corresponding limit value in the control system of a plasma electrolytic processing system for workpieces it is thus possible to ensure, in a particularly efficient manner, that the processed workpieces meet a specified quality criterion while simultaneously preventing the premature replacement, cleaning, and/or regeneration of the electrolyte.
  • the limit value of the condition indicator provides a quantitative statement about the electrolyte's condition and thus a suitable, easily verifiable comparison between a current value and the relevant limit value.
  • This method advantageously allows for the detection of deterioration in the electrolyte's condition due to workpiece processing, quantifying this deterioration by considering the charge introduced into the electrolyte.
  • the threshold value of the condition indicator thus correlates with a threshold value for the introduced charge, the violation of which causes the processed workpieces to no longer meet a predefined quality criterion.
  • a transformation function is used to determine both the current condition indicator and the threshold value for a condition indicator. This transformation function is designed such that the respective condition indicator can ultimately be determined from the measured current flowing through the electrolyte. If several determinations of a threshold value are carried out for a specific material-electrolyte combination, the values of the various determined threshold values will follow a normal distribution.
  • a plurality of limit values of the condition indicator are stored in a database.
  • a database Preferably, it is possible in this way to store a large number of different such limit values of condition indicators. to lay down and make available for use, in particular for plasma electrolytic processing of metallic workpieces, always taking into account the limit value that is relevant for the workpiece being processed and/or the electrolyte used.
  • data is stored and provided that takes into account the type, in particular the geometric shape and design, of a component to be processed.
  • the data described above is made available to the control system of a plasma electrolytic processing system for workpieces, with suitable interfaces for wired and/or wireless data transmission being provided so that the corresponding data is taken into account in the control unit, for example, after a system operator has selected the combination of a material to be processed and the electrolyte intended for processing using an input unit.
  • the current status indicator determined during the operation of the plasma electrolytic processing system is compared with the specific limit value of a status indicator stored in the control unit, and if the limit value is violated, in particular as soon as the current status indicator exceeds the limit value of the status indicator, the workpiece processing is interrupted, at least temporarily, and corresponding information is output to the system operator.
  • the plasma electrolytic processing of components is automatically stopped when the stored limit value is reached, exceeded or fallen below.
  • a particular embodiment of the invention provides that the shape, size, and/or configuration of a holder specifically used for processing a workpiece is taken into account when determining the condition indicator. According to this embodiment, the shape of a holder and/or its arrangement is thus considered during processing with an electrolyte when assessing the condition of the electrolyte used.
  • the degree of contamination of the workpiece to be processed and/or a workpiece holder which can vary particularly when integrating a system for plasma electrolytic processing of workpieces into a complex industrial production process, is also taken into account when determining the The condition indicator is taken into account.
  • Corresponding contamination is often caused by the coolants and/or lubricants used and can be detected with optical and/or electrical sensors.
  • a correlation is established, particularly using statistical means, between the limit value for the status indicator and/or for the charge introduced into the electrolyte and the failure to meet at least one quality criterion, and the relevant limit value is determined over a predetermined confidence range. Furthermore, it is advantageously conceivable that an operator of a system implementing the method according to the invention receives feedback on the fulfillment of at least one quality criterion, and that this feedback is taken into account when determining the limit value, taking into account the respective value of the status indicator.
  • a specific embodiment of the invention provides that a system operator has the option of entering information regarding the degree of fulfillment of at least one quality criterion. Preferably, this information can then be used to consider data based on this information when determining the condition indicator and setting the limit value for the condition indicator. In this way, a practical adaptation of the method is possible.
  • the invention also relates to a device for monitoring and/or controlling a device for the plasma electrolytic processing of a workpiece.
  • the device is designed such that the method according to the invention can be carried out in its general form or according to one of the previously described embodiments.
  • the invention also relates to the material components required for the realization of the method according to the invention, in particular their suitable composition.
  • the invention also relates to a computer program product designed to effect the execution of the method according to the invention, at least temporarily, in a device for monitoring and/or controlling a device for the plasma electrolytic processing of an electrically conductive surface of a workpiece.
  • the invention relates to a method for monitoring and evaluating the condition of an electrolyte used in the plasma electrolytic processing of workpieces with a metallic surface.
  • the method according to the invention which will be described in detail below, the deterioration of the electrolyte's condition can be quantified, something that was previously impossible or only possible to a very limited extent.
  • the parameters temperature, pH value, and electrical conductivity of the electrolyte are initially disregarded; instead, these parameters are assumed to remain constant during the processing for the purpose of evaluating the electrolyte's condition.
  • FIG. 1 shows a schematic top view of a device 1 for plasma electrolytic processing, preferably for deburring and/or polishing, of a surface 2 of a workpiece 3, in which the inventive method for determining the state of the electrolyte used is advantageously employed.
  • the device 1 shown has a supply unit 5 that supplies the electrolyte required for the plasma electrolytic processing of a workpiece surface 2 to a delivery unit 4.
  • the supply unit 5 has a pump that, during operation, delivers the electrolyte almost pulsation-free from a reservoir 16 to several nozzle openings 10 of the delivery unit 4.
  • the delivery of the electrolyte begins after the Workpiece 3, whose surface 2 is to be machined, is fixed in the machining position, with a plurality of electrolyte jets from the individual outlet openings 10 striking the workpiece surface 2 to be machined from different directions.
  • the number of outlet openings 10 through which the electrolyte is dispensed, as well as their design, orientation, and means for their movement, if the nozzles are to be actively moved, are selected depending on the contour of the workpiece surface 2 to be machined and the machining task.
  • the application unit 4 has a movable nozzle head 21 with three nozzle-shaped outlet openings 10. Different electrolyte jets can be applied to the workpiece surface 2 to be processed via the outlet openings 10 as required.
  • the supply of electrolyte to the individual outlet openings 10, the control of the application unit 4, and the processing of the electrolyte extracted from the workpiece surface 2 are carried out as previously described.
  • the individual nozzle-shaped outlet openings 10 are movable relative to the workpiece 3 during processing, and according to the illustrated embodiment, three nozzle-shaped outlet openings 10, together with a nozzle head 21, are moved relative to the workpiece 3 as indicated by the arrows.
  • the controlled movement of the outlet openings 10 and the dispensing of the electrolyte are dependent on the contour of the workpiece 3, which is fixed or clamped in its processing position.
  • the movement of the nozzle head 21, the supply of electrolyte to the individual outlet openings 10, the switching on and off of the electrodes 6 arranged in the area of the outlet openings 10, and the adjustment of the voltage applied between an activated electrode 6 and the workpiece surface 2 to be processed are changed as required, in particular depending on the contour of a surface area currently being processed.
  • the nozzle head 21 with its nozzle-shaped outlet openings 10 is then moved in such a way that the desired contour of the workpiece surface 2 is processed.
  • a workpiece 3 previously manufactured in a mechanical series production process is to be deburred using the device 1 according to the invention. Due to the integration of plasma electrolytic processing of workpieces into an industrial manufacturing process, it is unavoidable that contaminants, such as lubricants and/or cooling fluids, from upstream mechanical processing steps are introduced into the electrolyte. Furthermore, during the course of the plasma electrolytic processing, Workpieces undergo a change in the properties of the electrolyte, which is also referred to as electrolyte consumption.
  • the device 1 shown has a control unit 9, which controls the supply unit 5, as well as an electrical power source 7 used as a voltage source and the individual actuating elements 8 of the device 1, with which the output of electrolyte jets and the properties of the electrolyte jets can be adjusted and changed as required.
  • a measuring unit 22 with suitable sensors for the continuous or discontinuous measurement of at least one property of the surface 2, in particular the surface roughness, is also provided for determining a distance between the output unit 4 and the surface 2 and/or for determining the position and/or orientation of the output unit 4 relative to the surface 2.
  • the measuring unit 22 and the control unit exchange data unidirectionally or bidirectionally via a data transmission link, which can be wireless and/or wired.
  • both the electrical voltage applied between the electrodes 6 of the device 1 and the workpiece surface 2 during processing can be varied, and the individual outlet openings 10 can be selectively closed and opened. Furthermore, the flow velocity and volume flow of the individual electrolyte jets can be changed as required.
  • the device shown includes a sensor unit that measures the current introduced into the electrolyte during workpiece machining. Alternatively or additionally, the current intensity in the area of the electrodes 6 can be detected. Based on the detected current intensity and the measurement period, the charge introduced into the electrolyte is determined in an evaluation element, which, according to the illustrated embodiment, is part of the control unit 9. As will be explained in detail below, a state indicator is derived from the determined charge using a transformation function. The current state indicator, determined continuously or at discrete time intervals during workpiece machining, enables a quantitative assessment of the electrolyte's condition.
  • the current state indicator is compared, preferably by means of the control unit, with a previously determined limit value for the state indicator specific to the respective machining process and provided to the control unit 9 from a database.
  • the machine operator Before starting workpiece machining, the machine operator must enter the relevant information for the...
  • the relevant material-electrolyte combination for processing is entered into an input unit of the device, so that the required limit value can be provided to control unit 9.
  • the current status indicator approaches the limit value and is ultimately within a predefined tolerance interval, corresponding information is output visually or audibly via an output unit. This allows the operator to visually check the electrolyte's condition, clean or replace the electrolyte, interrupt the processing operation, or take any other appropriate action. If the plasma electrolytic processing continues without further intervention and/or the current status indicator reaches or exceeds the stored limit value, the processing operation is automatically stopped and a corresponding message is issued.
  • the electrolyte stored in a reservoir 16 is preheated by means of a heating element 18 and then conveyed via the electrolyte supply 13 to the individual outlet openings 10 by means of a plurality of pumps, so that the individual outlet openings 10 can be supplied with the electrolyte separately.
  • the supply of the electrolyte to the outlet openings 10 is further controlled by actuating elements 8, such as valves, with which the flow characteristics can be specifically varied. In this way, at least two electrolyte jets with different properties are applied simultaneously or sequentially to the workpiece surface 2 to be processed via the outlet openings 10.
  • each nozzle is formed by a pipe section, the end of which forms the respective outlet opening 10, and a DC voltage of 200 V to 450 V is applied to the workpiece surface 2.
  • a DC voltage of 200 V to 450 V is applied to the workpiece surface 2.
  • a sensor unit is located on the pipe section, which measures the current flowing through the electrolyte. From the current intensity thus measured and the duration of the current flow, the charge introduced into the electrolyte is calculated, which is taken into account in the control unit to determine the current status indicator.
  • a sensor unit for measuring the current intensity of the electrolyte used for plasma electrolytic processing is located at each nozzle through which electrolyte is applied, at least intermittently, to a surface of the workpiece to be processed.
  • the charges determined for each outlet opening are summed to determine the total charge introduced into the electrolyte during charging and to calculate the current state indicator.
  • the electrolyte After the electrolyte comes into contact with the workpiece surface 2, it is extracted from the supply unit 5 via an electrolyte discharge unit 14 and fed to a processing unit 15 for electrolyte treatment.
  • suspended particles are removed using a cyclone filter.
  • the turbidity, pH value, and electrical conductivity of the discharged electrolyte are measured using at least one sensor unit 17. If the electrolyte is particularly contaminated, a precipitating agent is added from a tank via a dosing unit to induce a precipitation reaction in the electrolyte, and the electrolyte is then pumped into a separate treatment tank.
  • salt and/or a pH regulator are added from appropriate storage containers with suitable dosing units 19, if required.
  • the processed electrolyte returns to the storage tank 16.
  • a temperature sensor 20 and a heating element 18 are provided in the storage tank 16 to ensure the electrolyte is always heated to the required temperature before being fed to the dispensing unit 4 with its multiple outlet openings 10.
  • each of the aforementioned electrolyte processing measures is taken into account in the transformation function. It follows that the status indicator in a plasma electrolytic processing system for workpieces changes more slowly if electrolyte processing measures are carried out during the processing than if the system is operated without electrolyte processing.
  • the device 1 shown allows for two different forms of continuous processing of a workpiece 3.
  • the dispensing unit 4 with its nozzle head 21 can be set up and positioned such that the outer contour of the workpiece 3 to be processed is reproduced exactly or approximately. Once the appropriate positioning is complete, the workpiece 3 is guided along the dispensing unit 4 with the nozzle head 21 and its outlet openings 10. If individual surface areas of the workpiece 3 guided along the dispensing unit 4 are not to be processed, it is possible to interrupt the dispensing of electrolyte jets and/or the application of a voltage in these areas, in particular via an actuating device 12.
  • the strength of the current introduced into the electrolyte during a specific time interval is measured, and the charge introduced into the electrolyte is determined.
  • the control and evaluation unit then takes into account the volume of electrolyte used in the plasma electrolytic processing system for the workpieces, thus determining a relative charge value for further analysis of the electrolyte's condition.
  • characteristic curves are stored in a database connected to the control unit via a suitable data transmission system. These curves contain a limit value for a condition indicator for each specific combination of components made from a particular material and electrolyte. This limit value corresponds to the number of workpieces that can be processed consecutively without replacing or reconditioning the electrolyte while still meeting a predefined quality criterion.
  • condition indicator determined during the machining process violates or exceeds the limit value stored in the database for the specific electrolyte workpiece combination, it is highly likely that the workpieces subsequently machined will no longer meet the specified quality criteria. Therefore, if the condition indicator limit value is exceeded, the machine operator is notified and/or the machining process is automatically stopped. If the machine operator only receives this information without the machining process being automatically stopped, the operator has the option to decide whether the machining process should continue without further intervention or whether the electrolyte should first be replaced or reprocessed.
  • Essential to the described, controlled process for plasma electrolytic machining of a workpiece is the monitoring and consideration of the electrolyte's state during process control.
  • the electrical charge introduced into the electrolyte is determined, and a current state indicator is calculated using a transformation function. This current state indicator is then compared to a previously determined threshold value.
  • a specific charge i.e., the charge introduced per unit volume, is used to determine the respective state indicator. This accounts for the fact that a larger quantity of electrolyte is consumed less during machining than a smaller quantity.
  • the specific charge threshold which corresponds to the state indicator threshold, is reached during the machining process when the electrolyte's state allows for further machining of the workpieces while maintaining the required state.
  • condition indicator corresponds to the number of workpieces that can be processed without additional preparation or replacement of the electrolyte while adhering to the predefined quality criterion.
  • Fig. 2 The observed trend of the condition criterion is due to the fact that the condition indicator increases during workpiece machining, while remaining constant during machining breaks.
  • Fig. 3 In the partial views a), b) and c) a total of three diagrams are shown, which are for the plasma electrolytic processing of workpieces made of steel of material number 1.4404 ( Fig. 3a )), steel of material number 1.4542 ( Fig. 3b )) and from 1.4301 ( Fig. 3c )) each shows the number of workpieces that can be machined up to a limit value of the condition indicator, above which a specified quality criterion is no longer met by the machined workpieces.
  • the limit value of the condition indicator for a specific electrolyte-material combination has been previously determined or is known, the number of components that can still be processed while complying with the required quality criterion can be determined from the current condition indicator of an electrolyte without having to replace or reprocess the electrolyte used.
  • Fig. 4 In this context, a state curve is shown, depicting the progression of the state indicator over time. It is clearly visible that the state of the electrolyte changes.
  • the depicted function curve is based on a transformation function that takes into account the components present in the actual system for electrolyte preparation, and in particular their functional influence.
  • This function determined for real-world conditions, primarily considers the filtering effect of the system and leads to a state indicator that can be used for monitoring and control in real-world processes. In this way, the state monitoring of the electrolyte can be quantified and objectified even for real plasma electrolytic processing with intermediate electrolyte preparation, enabling it to be carried out without relying on the expert knowledge of individual system operators.
  • the transformation function allows us to consider that the state indicator is also influenced by the complex interplay of material removal products, impurities, consumption of complexing agents, degradation of surface tension-modifying substances through plasma-physical reactions, and the aging of organic substances.
  • the geometry of the component being machined also affects the change in the electrolyte's state and thus the state indicator. It was found that large, flat surfaces and bores, in particular, reduce the state indicator's threshold value. This is because, as the electrolyte's state deteriorates, machining differences become visible, and material removal products can accumulate in bores.

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Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Elektrolytzustandes während der plasmaelektrolytischen Bearbeitung einer elektrisch leitfähigen Oberfläche (2) eines Werkstücks (3), bei dem zumindest eine Eigenschaft eines Elektrolyten, der bevorratet, in einem Kreislauf gefördert und/oder auf die Oberfläche (2) des Werkstücks (3) ausgebracht wird, erfasst wird,
Die beschriebene technische Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Stärke eines durch den Elektrolyten geleiteten elektrischen Stroms gemessen und eine Ladung ermittelt wird, dass auf der Grundlage der ermittelten Ladung mittels einer Transformationsfunktion ein Zustandsindikator bestimmt wird, wobei der Zustandsindikator einen Grenzwert berücksichtigt, bei dessen Verletzung ein plasmaelektrolytisch bearbeitetes Werkstück wenigstens ein vorgegebenes Qualitätskriterium nicht erfüllt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Überwachung eines Elektrolytzustandes während der plasmaelektrolytischen Bearbeitung einer elektrisch leitfähigen Oberfläche eines Werkstücks. Hierbei wird zumindest eine Eigenschaft eines Elektrolyten, der bevorratet, in einem Kreislauf gefördert und/oder auf die Oberfläche des Werkstücks ausgebracht wird, erfasst und basierend hierauf eine Aussage über den Zustand des Elektrolyten getroffen.
  • Bei Werkstücken aus Metalllegierungen werden die Zieleigenschaften der Oberfläche regelmäßig nicht im primären Fertigungsschritt erreicht, sodass eine nachgelagerte Endbearbeitung bzw. Veredelung erforderlich ist. Diese umfasst beispielsweise das Polieren, Reinigen, Sterilisieren, Texturieren und Beschichten der Oberfläche sowie das Entgraten und Verrunden von Werkstückkanten. Dabei kommt insbesondere den Verfahren, welche die Oberflächeneigenschaften durch Materialabtrag verändern, eine erhebliche wirtschaftliche und technologische Bedeutung zu.
  • Bekannt ist die Endbearbeitung von Metalloberflächen durch spanabhebende Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide, wie Schleifen oder mechanisches Polieren, die eine geringe Rauheit und hohen Glanz ermöglichen. Diese setzen stets eine Erreichbarkeit der Fläche durch ein in der Regel rotierendes Werkzeug voraus, sodass die Bearbeitung von schmalen, konkaven Konturen und Innenflächen kaum realisierbar ist. Zudem erfordert das Verfahrensprinzip stets eine exakte Abstimmung der Relativposition des Werkzeugs zur bearbeiteten Oberfläche. Änderungen der Zielkontur, z. B. durch wechselnde oder individualisierbare Werkstücke, erfordern bei automatisierter Prozessführung aufwändige Anpassungen im NC-Programm, die die Flexibilität erheblich einschränken. Wird sie hingegen manuell durchgeführt, ist bei komplexen Bauteilen mit vergleichsweise langen Bearbeitungszeiten zu rechnen.
  • Aus diesem Grund kommen oftmals Verfahren zur elektrochemischen Materialabtragung, etwa das Elektropolieren und das elektrochemische Abtragen, die sich durch einen kraftfreien Materialabtrag auszeichnen, zum Einsatz. Bei der elektrochemischen Metallbearbeitung werden die Werkstücke durch anodische Auflösung des an der Oberfläche befindlichen Metalls bearbeitet. Entsprechende Verfahren finden ihren Einsatz in unterschiedlichen Gebieten des Maschinenbaus, wie etwa der Luft- und Raumfahrttechnik, im Fahrzeugbau, Werkzeugbau in der Medizin- und Mikrosystemtechnik und sowie im Energieanlagenbau. Nahezu alle Metalle lassen sich auf diese Weise bearbeiten, wobei der Prozess im Gegensatz zur spanenden Bearbeitung nicht durch eine hohe Festigkeit oder Härte negativ beeinflusst wird. Insofern ist die elektrochemische Bearbeitung insbesondere für hochlegierte Werkstoffe, wie nickelbasierte Legierungen, Titanlegierungen oder gehärtete Werkstoffe, interessant.
  • Eine spezielle Weiterentwicklung der bekannten Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken stellt die plasmaelektrolytische Bearbeitung elektrisch leitfähiger Oberflächen dar. Plasmaelektrolytische Bearbeitungsverfahren sind Verfahren, mit denen die Beschaffenheit einer zumindest zeitweise mit einem Elektrolyten in Kontakt stehenden Werkstückoberfläche durch das Anlegen einer elektrischen Spannung verändert wird, wobei diese Veränderung durch die oberflächennahe Ausbildung eines Plasmas ermöglicht, begünstigt oder beeinflusst wird. Während unter anderem das plasmaelektrolytische Oxidieren der Herstellung verschleißbeständiger Randschichten insbesondere auf Leichtmetallen dient, wird beim plasmaelektrolytischen Polieren die Randschicht durch Materialabtrag verändert.
  • Dies geschieht im Vergleich zum Elektropolieren unter Verwendung von wässrigen Salzlösungen statt hochkonzentrierten Säuren als Elektrolyt, wobei das Werkstück typischerweise in ein solches Elektrolytbad eingetaucht und anodisch kontaktiert wird.
  • Auf diese Weise lassen sich besonders glatte und glänzende Oberflächen innerhalb kürzester Zeit und ohne formgebundene Werkzeuge erzeugen. Außerdem ist es nicht erforderlich, das jeweilige Werkstück vorzubehandeln oder eventuell auf der Oberfläche vorhandene Öle oder Schmierstoffe zu entfernen. Ferner lässt sich je nach Material, das bearbeitet wird, durch eine plasmaelektrolytische Bearbeitung eine Werkstückoberfläche erzeugen, deren Korrosionsneigung gehemmt ist. Das Verfahren eignet sich mithin nicht nur für die Reduzierung der Oberflächenrauheit, sondern auch unter anderem für das Entgraten, das Erzeugen von Glanz, das Passivieren, das Reinigen, das Sterilisieren sowie die Glättung des Oberflächenprofils.
  • Generell sind zwei unterschiedliche technische Ausführungen für die plasmaelektrolytische Bearbeitung von Werkstücken bekannt. Die DE 10 2006 016 368 B4 beschreibt beispielsweise eine Anlage mit einem Tauchbad, in das ein Werkstück zur Bearbeitung eingetaucht wird. Die beschriebene Anlage ist geeignet zum Reinigen und Polieren von elektrisch leitfähigen Werkstückoberflächen und verfügt über einen Elektrolytbehälter, eine Aufnahme für das Werkstück und eine Energieversorgung zur Bereitstellung der zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung erforderlichen Spannung. Ferner ist eine Steuerung zur Überwachung und Einstellung der erforderlichen Stromstärke vorgesehen, die die Stromstärke in Abhängigkeit der Geschwindigkeit, mit der das Werkstück in den Elektrolytbehälter eingetaucht wird, einstellt.
  • Aus der DE 20 2016 100 50 U1 ist die lokal begrenzte plasmaelektrolytische Bearbeitung eines Werkstücks mit Hilfe von Anlagen bekannt, die Düsen zur Ausbringung des Elektrolyten auf den zu bearbeitenden Werkstückbereich aufweisen. Dieses plasmaelektrolytische Bearbeitungsverfahren, das sogenannte Jet-Plasmapolieren, beruht somit auf dem Einsatz eines Elektrolytstrahls anstatt eines Elektrolytbades, wobei die Elektrolytdüse, die einen Elektrolytstrahl auf das Werkstück richtet, gleichzeitig die Kathode bildet. Zu einem Materialabtrag kommt es lediglich an der Stelle, an der der Elektrolytstrahl auf die Oberfläche des Werkstücks auftrifft. Die maximal erforderliche Stromstärke wird dadurch begrenzt und die Bearbeitung lässt sich auf ausgewählte Stellen fokussieren.
  • Eine Anlage zur Umsetzung des zuvor beschriebenen Verfahrens ist aus der WO 2024/003401 A1 bekannt. Wesentlich an der in diesem Dokument beschriebenen Anlage zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken ist, dass eine Mehrzahl von Düsen zur Ausbringung von Elektrolytstrahlen vorgesehen ist, um eine Bearbeitung einer Werkstoffoberfläche mit unterschiedlich ausgebildeten und/oder ausgerichteten Elektrolytstrahlen zu bewirken. Auf diese Weise lassen sich auch vergleichsweise komplexe Bauteilgeometrien plasmaelektrolytisch bearbeiten, erzeugen oder polieren.
  • In Anlagen zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken ist der Zustand oder die Qualität der jeweils verwendeten Elektrolyten von entscheidender Bedeutung. Vor allem in Anlagen, bei denen ein Elektrolyt mithilfe einer Mehrzahl von Düsen auf das zu bearbeitende Werkstück ausgebracht wird, ist der Zustand des Elektrolyten von großer Bedeutung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass derartige Anlagen im Gegensatz zu den noch häufiger zum Einsatz kommenden Anlagen mit Elektrolytbad automatisiert betrieben werden oder sogar in einen zumindest weitgehend automatisiert ablaufenden Produktionsprozess, etwa zur Herstellung von Aluminiumprofilen, von Tiefziehbauteilen oder von Strangpressprofilen in der Fahrzeugfertigung, bei dem die Werkstücke selbsttätig eingespannt, bearbeitet und schließlich der Anlage entnommen werden, integriert sind. Eine derartige Anlagenintegration ist in der Regel mit deutlichen höheren Verschmutzungen der einzelnen Werkstücke, beispielsweise durch Kühlschmiermittel oder Verzunderungen, verbundenen, die den Elektrolyten stark belasten. Bisher war die Beeinflussung des Elektrolyten nicht in derart hohem Maße gegeben, da einerseits der Integrationsgrad einzelner Prozesse geringer war und andererseits beim Einsatz von Elektrolytbädern der Einfluss der genannten Verschmutzungen derart klein ist, dass sie nahezu ignoriert werden können, vor allem, da Verschmutzungspartikel üblicherweise zu Boden des Elektrolytbades sinken und Bauteile in der Regel im vorgereinigten Zustand bearbeitet werden. Demgegenüber werden in Anlagen, die eine Mehrzahl von Düsen zur Ausbringung des Elektrolyten aufweisen und oftmals in einen automatisierten Fertigungsprozess integriert sind, Verunreinigungen und Schmutzpartikel mit dem Elektrolyten in einem Kreislauf gefördert, sodass die Gefahr besteht, dass die Düsen verstopft oder beschädigt werden und/oder die im Elektrolyten enthaltenen Verschmutzungen die Bearbeitung eines Werkstücks nachteilig beeinflussen. Ohne eine zuverlässige Zustandsüberwachung der Eigenschaften des Elektrolyten ist eine wirtschaftliche Nutzung derartiger Anlagen kaum vorstellbar, sodass die Überwachung des Zustandes des jeweils verwendeten Elektrolyten besonders wichtig ist und zuverlässige Ergebnisse benötigt werden.
  • Bei den bekannten Anlagen erfolgt eine Überwachung des Zustandes eines Elektrolyten durch Messung des pH-Wertes sowie der elektrischen Leitfähigkeit, die jeweils in einem Zulässigkeitswertebereich gehalten werden müssen. Die vorgenannten Zustandsparameter stellen wichtige Eigenschaften eines Elektrolyten dar, ermöglichen allerdings nicht eine wirklich zuverlässige Aussage über den Zustand eines Elektrolyten, insbesondere seine Verschlechterung während eines Bearbeitungsprozesses. Im Übrigen verbraucht sich der Elektrolyt während seiner Nutzung, da in ihm Abtragsprodukte angereichert und aktive Reagenzien reduziert werden. Bislang lag die Verantwortung für den ordnungsgemäßen Zustand eines Elektrolyten allein beim Anlagenbediener, der aufgrund der vorgenannten Messwerte und einer Sichtprüfung entschied, ob der Elektrolyt noch verwendet werden kann oder ausgetauscht bzw. aufbereitet werden muss. Dies erfordert regelmäßig eine große Erfahrung von dem Anlagenbediener, sodass die Effizienz und Wirtschaftlichkeit eines Prozesses zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken in hohem Maß von dem für die Anlagenbedienung zur Verfügung stehenden Personal abhängt. Dies ist insbesondere bei den bereits erwähnten Anlagen zum strahlbasierten Plasmapolieren der Fall. Diese Anlagen ermöglichen einen besonders effizienten und gleichmäßigen Materialabtrag, reagieren allerdings in Abhängigkeit der jeweils zu bearbeitenden Werkstoffe und verwendeten Elektrolyten sensibel auf sich ändernde Prozessparameter, gewählte Werkstoffe und Elektrolytzusammensetzung reagieren. Insbesondere die Wahl des zu bearbeiteten Werkstoffs hat einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Alterung bzw. Zustandsveränderungen eines Elektrolyten während eines Bearbeitungsprozesses.
  • Ausgehend von den bekannten Systemen zur Überwachung der Eigenschaften eines Elektrolyten, der zum Plasmapolieren verwendet wird, und den zuvor geschilderten Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Überwachungssystem anzugeben, mit dem möglichst genaue Aussagen über die Qualität, den augenblicklichen Zustand, vor allem aber über die Eignung zur Bearbeitung von Werkstücken unter Berücksichtigung bestehender Qualitätsanforderungen eines Elektrolyten gemacht werden können. Hierbei soll etwa eine Verschmutzung des Elektrolyten zu berücksichtigen sein sowie eine Aussage über die noch mit dem jeweils verwendeten Elektrolyten bestimmungsgemäß zu bearbeitenden Werkstücke zuverlässig und auf vergleichsweise einfache Weise möglich sein. Mit dem anzugebenen Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines für die Werkstückbearbeitung verwendeten Elektrolyten soll es ferner möglich sein, die Werkstoffart, die Form des Werkstücks und/oder die Ausgestaltung der Werkstückeinspannung während der Bearbeitung zu berücksichtigen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist somit vor allem darin zu sehen, Informationen über den Zustand des jeweils für eine plasmaelektrolytische Bearbeitung verwendeten Elektrolyten auf der Grundlage von erfassten Sensordaten bereitzustellen und so eine Prognose für die geplante Bearbeitung, insbesondere der Anzahl der unter Berücksichtigung vorgegebener Qualitätsparameter noch zu produzierende Werkstücke zu erstellen. Darüber hinaus sollte sich die anzugebende technische Lösung verhältnismäßig einfach in bestehende Anlagen integrieren lassen und einen sicheren automatisierten Prozess zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken sicherstellen.
  • Die zuvor beschriebene Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Ebenso wird diese Aufgabe mit einer Einheit zur Überwachung und/oder Steuerung gemäß Anspruch 15 sowie mit einem Computerprogrammprodukt, das gemäß Anspruch 16 ausgeführt ist, gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf Figuren näher erläutert.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Elektrolytzustandes während der plasmaelektrolytischen Bearbeitung einer elektrisch leitfähigen Oberfläche eines Werkstücks, bei dem zumindest eine Eigenschaft eines Elektrolyten erfasst wird, der bevorratet, in einem Kreislauf gefördert und/oder auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Stärke eines durch den Elektrolyten geleiteten Stroms gemessen und eine in den Elektrolyten eingebrachte elektrische Ladung ermittelt wird, dass auf der Grundlage der ermittelten elektrischen Ladung mittels einer Transformationsfunktion ein Zustandsindikator bestimmt wird und für den Zustandsindikator ein Grenzwert vorgegeben ist, bei dessen Erreichen bzw. bei dessen Verletzung ein plasmaelektrolytisch bearbeitetes Werkstück wenigstens ein vorgegebenes Qualitätskriterium nicht erfüllt. Vorzugsweise lässt sich so zumindest bei Erreichen des Grenzwerts eine Information ausgeben und/oder ein Signal erzeugen, durch die über einen Zustand des Elektrolyten informiert wird. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass bei Erreichen oder einer Verletzung des Grenzwerts ein Signal erzeugt wird, um eine Ausgabeeinheit, etwa einen Bildschirm oder Display zur Ausgabe der Information anzusteuern, und/oder um auf Grundlage des Signals wenigstens eine Vorrichtung derart anzusteuern, dass die plasmaelektrolytische Bearbeitung zumindest zeitweise automatisiert unterbrochen wird.
  • Unter einem Erreichen und/oder einer Verletzung eines Grenzwerts wird im Sinne der Erfindung eine Übereinstimmung mit oder eine Über- und/oder Unterschreitung eines vorgegebenen, hinterlegten oder auf sonstige Weise ermittelten Grenzwerts verstanden. Wesentlich für die Erfindung ist, dass auf der Grundlage einer gemessenen Stromstärke die während der plasmaelektrolytischen Bearbeitung wenigstens eines Werkstücks in den Elektrolyten eingebrachte elektrische Ladung, die dem Produkt aus der Stärke des den Elektrolyten durchfließenden Stroms und der Dauer des jeweiligen Messzeitraums entspricht, ermittelt und hieraus mit Hilfe einer Transformationsfunktion ein Zustandsindikator bestimmt wird. Mit dem so bestimmten Zustandsindikator lässt sich eine quantifizierbare Information über den Zustand des Elektrolyten erhalten, die letztendlich die Grundlage für die Entscheidung bildet, ob ein aktuell hergestelltes und/oder ein in Zukunft zu bearbeitendes Werkstück ein Qualitätskriterium erfüllt, ohne dass zusätzliche, den Zustand des Elektrolyten beeinflussende Maßnahmen, wie etwa eine Aufbereitung oder ein Austausch des Elektrolyten, vorgenommen werden müssen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren basierend auf der Ermittlung eines Zustandsdiktators mit Hilfe einer Transformationsfunktion kann der Zustand, insbesondere die eine Verschlechterung des Zustands, des jeweils verwendeten Elektrolyten auf vorteilhafte Weise quantifiziert werden. Hierbei wird die in den Elektrolyten eingebrachte elektrische Ladung mittels einer Transformationsfunktion in einem Zustandsindikator umgerechnet, wobei die Transformationsfunktion in Abhängigkeit der jeweils vorhandenen Systemkomponenten, die die Eigenschaft des Elektrolyten beeinflussen, beispielsweise solche, die zur Abführung von Abtragsprodukten aus dem Elektrolytsystem vorgesehen sind, ausgeführt ist.
  • In Bezug auf die Ermittlung einer geeigneten Transformationsfunktion ist es generell denkbar, dass diese experimentell und/oder zumindest teilweise unter Einsatz mathematischer Methoden festgelegt wird. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Transformationsfunktion auf einer endlichen mathematischen Reihe von Produkten basiert, wobei eine in den Elektrolyten eingebrachte elektrische Ladung, insbesondere eine relative Ladung, also der Quotient aus eingebrachter Ladung und Volumen des bereitgestellten Elektrolyten, zumindest einen Teil wenigstens eines Summanden der endlichen Reihe bildet.
  • Im Weiteren ist es denkbar, eine verstrichene Zeit seit Ansetzen des Elektrolyten, eine Zeitspanne, innerhalb der der Elektrolyt eine spezifische Temperatur annimmt oder überschreitet, einen Temperaturverlauf oder wenigstens eine in der Vergangenheit vom Elektrolyten angenommene Temperatur, eine Menge zugeführten Wassers, wenigstens eine Eigenschaft des zugesetzten Wassers und/oder Art und Weise zwischenzeitlich durchgeführter Maßnahmen zur Aufbereitung des Elektrolyten zumindest teilweise bei der Ermittlung der einzelnen Summanden der mathematischen Reihe zu berücksichtigen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Zustandsindikator Z mittels der im folgenden angegebenen Transformationsfunktion ermittelt: Z = A * RLM + B * P 1 + C * P 2 , wobei gilt:
    • RLM:
    in den Elektrolyten eingebrachte Ladungsmenge
    A:
    Faktor, der den Aufbau des Plasmapoliersystems, bspw. die Eigenschaften verwendeter Filter berücksichtigt;
    P1:
    Erster Prozessparameter
    B:
    Faktor der Einflüsse auf den ersten Prozessparameter berücksichtigt
    P2:
    wenigstens ein zweiter Prozessparameter
    C:
    Faktor der Einflüsse auf den wenigstens einen zweiten Prozessparameter berücksichtigt
  • Bei der Ermittlung der geeigneten Transformationsfunktion lassen sich somit nahezu beliebig viele Zustandsparameter, Eigenschaften der verwendeten Anlage und/oder Eigenschaften des jeweils eingesetzten Elektrolyten berücksichtigen. Gemäß einer besonderen Weiterbildung ist es etwa denkbar, bei der Ermittlung des Zustandsindikators Eigenschaften von Stromspitzen, die auf einen höheren Alterungsgrad des Elektrolyten schließen lassen, und oder ein Feedback des Anlagenbedieners zu berücksichtigen.
  • Während des Bearbeitungsprozesses wird der aktuelle Zustandsindikator mit einem Grenzwert des Zustandsindikators, der experimentell und/oder rechnerisch ermittelt wird verglichen. Solange der Zustandsindikator den Grenzwert nicht überschreitet, erfüllen die bis dahin bearbeiteten Werksrücke ein zu erfüllendes Qualitätskriterium. Überschreitet der aktuell ermittelte Zustandsindikator hingegen den Grenzwert so erfüllt ein zu diesem Zeitpunkt bearbeitetes Werkstück das Qualitätskriterium nach Abschluss seiner Bearbeitung nicht mehr. Es ist daher von Vorteil, einen Bearbeitungsprozess kurz vor Erreichen des Grenzwerts zu stoppen, insbesondere automatisiert zu unterbrechen. Hierbei ist es wesentlich, dass der festgelegte Grenzwert stets spezifisch für den bearbeiteten Werkstoff, die Werkstückgeometrie und/oder den eingesetzten Elektrolyten ist. Es ist somit ein Zustand denkbar, bei dem Werkstücke aus einem ersten Werkstoff nicht mehr bearbeitet werden können, da der Grenzwert des Zustandsindikators bereits erreicht wurde, während Werkstücke aus einem anderen Werkstoff unter Einhaltung der Qualitätsanforderungen noch bearbeitet werden können, da der Zustandsindikator noch einen Wert unterhalb des Grenzwerts annimmt.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird bei der Ermittlung des Grenzwerts die chemische Zusammensetzung des Elektrolyten, beispielsweise die Kapazität des Elektrolyten Metallionen aufzunehmen, die Korrosionsanfälligkeit des zu bearbeitenden Werkstoffes, die Geometrie des zu bearbeitenden Werkstücks, etwa Strömungsabrisskanten oder Kavitäten, die gewünschte Oberflächengüte und/oder der zeitliche Verlauf des Polierstromes.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden die zuvor beschriebenen Einflussfaktoren in unterschiedliche Qualitätsanforderungsstufen eingeordnet, zum Beispiel:
    • Q1:
    Schwer zu bearbeitende Werkstoffe, komplexe Strömungsbedingungen im Elektrolyten,
    Q2:
    Standardmäßig zu bearbeitende Werkstoffe, Werkstücke mit nicht komplexer Geometrie, normale Strömungsbedingungen
    Q3:
    einfache Werekstückgeometrien, geringe Oberflächenanforderungen
  • Im Weiteren ist es auf vorteilhafte Weise denkbar, dass zur Erhöhung der Genauigkeit der Beurteilung des Zustandes eines verwendeten Elektrolyten zusätzliche Betriebsparameter und/oder erfasste Eigenschaften des Elektrolyten berücksichtigt werden. Denkbar ist es, dass zur Beurteilung des Zustandes eines Elektrolyten ein Wärmeeintrag in den Elektrolyten, eine Trübung des Elektrolyten und/oder eine Temperaturentwicklung erfasst und in der Transformationsfunktion bei der Ermittlung des Zustandsindikators berücksichtigt wird. Entsprechende Maßnahmen erhöhen die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zustandsbeurteilung des während einer plasmaelektrolytischen Bearbeitung verwendeten Elektrolyten.
  • Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Grenzwert des Zustandsindikators einer Anzahl von Werkstücken entspricht, die unter Einhaltung wenigstens eines Qualitätskriteriums plasmaelektrolytisch bearbeitet werden können, ohne dass es einer zusätzlichen Filterung, Reinigung, Aufbereitung und/oder eines Austauschs des verwendeten Elektrolyten bedarf. Auf der Grundlage des aktuellen Zustandsindikators und des Grenzwerts des Zustandsindikators lässt sich dann besonders vorteilhaft die Anzahl der noch unter Einhaltung eines vorgegebenen Qualitätskriteriums bearbeitbaren Werkstücke ermitteln. Hierbei wird der aktuelle Zustandsindikator stets mittels einer Transformationsfunktion aus der in den Elektrolyten zum Messzeitpunkt eingeleiteten Ladung bestimmt.
  • Gemäß dieser Ausführungsformen enthält der Grenzwert des Zustandsindikators somit von Beginn einer plasmaelektrolytischen Bearbeitung eine Information über die maximale Anzahl der unter Einhaltung des vorgegebenen Qualitätskriteriums bearbeitbaren Werkstücke. Im Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der aktuelle Zustandsindikator, der-Grenzwert des Zustandsindikators, also der für die jeweilige plasmaelektrolytische Bearbeitung maximal zulässige Wert des Zustandsindikators und/oder eine Differenz zwischen dem Grenzwert des Zustandsindikators und dem aktuellen Zustandsindikator einem Anlagenbediener, etwa über ein Display, ausgegeben wird. Alternativ oder in Ergänzung ist es von Vorteil, wenn insbesondere im Rahmen eines automatisierten Betriebs einer Anlage zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken zu deren Regelung eine Verletzung des Grenzwerts für den Zustandsindikators, vor allem ein Erreichen oder eine Überschreitung des Grenzwerts des Zustandsindikators zu einem zumindest zeitweisen Stoppen des Bearbeitungsprozesses führt.
  • Auf der Grundlage des aktuellen Zustandsindikators, der mit Hilfe einer Transformationsfunktion basierend auf der in einem Messzeitraum in den Elektrolyten eingeleiteten Stroms ermittelt wird, und des Grenzwerts des Zustandsindikators, der bereits vor dem Beginn des Bearbeitungsprozesses ermittelt und zur weiteren Auswertung zur Verfügung steht, wird einerseits eine effektive Nutzung des jeweils für eine Bearbeitungsprozess verwendet Elektrolyten ermöglicht, andererseits Ausschuss bei der plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken verhindert, oder zumindest das Risiko minimiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf der Grundlage einer Messung der Stärke des den Elektrolyten in einem Messzeitraum durchströmenden Stroms, dem hieraus mit einer Transformationsfunktion ermittelten aktuellen Zustandsindikator und einem Vergleich des aktuellen Zustandsindikators mit einem maximal oder minimal zulässigen Grenzwert des Zustandsindikators eine Information über einen Zustand des Elektrolyt ausgegeben wird, sobald der aktuelle Zustandsindikator den zulässigen Grenzwert des Zustandsindikators verletzt. Die Ausgabe der Information kann optisch, etwa mit einem Display, einer Leuchte oder einer sonstigen Anzeigeeinheit und/oder akustisch, beispielsweise mittels eines Lautsprechers oder einer Signalhupe, erfolgen. Vorzugsweise ist es denkbar, dass diese Information auch an eine zentrale Produktionsleitwarte übertragen und/oder zur Steuerung eines Bearbeitungsprozesses, insbesondere des überwachten plasmaelektrolytischen Bearbeitungsprozesses, verwendet wird.
  • Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird die relative Ladung, also die innerhalb einer Zeitspanne in den Elektrolyten eingebrachte Ladung bezogen auf das Volumen des Elektrolyten ermittelt. Hierdurch wird eine Auswertung und Zustandsüberwachung realisiert, die unabhängig vom Volumen des Elektrolyten ist, und so etwa berücksichtigt, dass sich der Zustand eines beispielsweise in einem kleinen Becken bevorrateten Elektrolyten schneller verschlechtert als der Zustand eines in einem großen Tank befindlichen Elektrolyten.
  • Weiterhin zeichnet sich eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung dadurch aus, dass die Zustandsparameter Temperatur, pH-Wert und/oder elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten während der Ermittlung des Zustandsindikators als konstant angenommen werden. Diese spezielle Ausführungsform der Erfindung ermöglicht somit eine Beschränkung bei der Beurteilung des Zustands eines Elektrolyten auf die aus dem Stand der Technik nicht bekannte quantifizierbare Zustandsverschlechterung des Elektrolyten, da gerade die vergleichsweise einfach zu beeinflussenden Parameter Temperatur, pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit als konstant angenommen werden. Aufgrund dieser Annahme lässt sich ein vergleichsweise einfaches und dennoch genaues Verfahren zur quantifizierbaren Beurteilung des Zustandes eines zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken verwendeten Elektrolyten realisieren.
  • Eine besondere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Bestimmung eines Grenzwerts für den Zustandsindikator, insbesondere eines Grenzwert des Zustandsindikators, bevorzugt vor Beginn des eigentlichen industriellen Prozesses zur Werkstückbearbeitung eine Anzahl von aus einem vorgegebenen metallischen Werkstoff hergestellten Werkstücken ermittelt wird, die ohne Aufbereitung und/oder ohne zumindest teilweisen Austausch des Elektrolyten unter Einhaltung des wenigstens einen Qualitätskriteriums herstellbar ist. Vorzugsweise wird diese Anzahl von Werkstücken als werkstoffspezifischer Grenzwert eines Zustandsindikators in einer Datenbank hinterlegt. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Grenzwert eines Zustandsindikators für die Kombination eines zu bearbeitenden Werkstoffs mit dem für die Bearbeitung verwendeten Elektrolyt in einer Datenbank abgelegt wird. Ferner ist es denkbar alternativ oder in Ergänzung Grenzwerte eines Zustandsindikators zu ermitteln und für eine weitere Nutzung zu hinterlegen bzw. bereitzustellen, die spezifisch für eine bestimmte Werkstückgröße und/oder -geometrie sind.
  • Wesentlich für die zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist, dass ein Grenzwert eines Zustandsindikators ermittelt und abgelegt wird, bei dessen Verletzung, insbesondere Überschreitung, mit hoher Wahrscheinlichkeit zu erwarten ist, dass ohne zwischenzeitliche Aufbereitung des Elektrolyten das nach Überschreitung des Grenzwerts hergestellte Werkstück das vorgegebenen Qualitätskriterium aufgrund der Verschlechterung des Zustands des Elektrolyten nicht mehr erfüllt. Durch Ausgabe eines entsprechenden Grenzwertes, Hinterlegung und/oder Nutzung bei der Steuerung einer Anlage zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken ist es somit möglich, auf besonders effiziente Weise sicherzustellen, dass die bearbeiteten Werkstücke ein vorgegebenes Qualitätskriterium erfüllen und dennoch der verwendeten Elektrolyten nicht zu früh ausgetauscht, gereinigt und/oder aufbereitet wird. Der Grenzwert des Zustandsindikators ermöglicht hierbei eine quantitative Aussage über den Zustand eines Elektrolyten und somit einen geeigneten, einfach nachvollziehbaren Vergleich zwischen einem aktuellen Wert und dem jeweils einschlägigen Grenzwerts. Auf vorteilhafte Weise lässt sich so eine Verschlechterung des Zustandes des Elektrolyten aufgrund der Bearbeitung von Werkstücken feststellen, wobei eine Quantifizierung unter Berücksichtigung der in den Elektrolyten eingebrachten Ladung erfolgt. Der Grenzwert des Zustandsindikators korreliert somit mit einem Grenzwert der eingebrachten Ladung, bei dessen Verletzung die bearbeiteten Werkstücke ein vorgegebenes Qualitätskriterium nicht mehr erfüllen. Zur Ermittlung sowohl des aktuelles Zustandsindikators als auch des Grenzwerts für einen Zustandsindikator wird gemäß der Erfindung eine Transformationsfunktion berücksichtigt, die derart ausgebildet ist, dass sich letztendlich aus der gemessenen Stärke des den Elektrolyten durchfließenden Stroms der jeweilige Zustandsindikator bestimmen lässt. Werden für eine spezifische Werkstoff-Elektrolyt-Kombination mehrere Bestimmungen eines Grenzwerts durchgeführt, so ergibt sich für die Werte der verschiedenen ermittelten Grenzwerte eine Normalverteilung.
  • In einer ganz speziellen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Grenzwerten des Zustandsindikator, die jeweils spezifisch für einen Werkstoff, eine Werkstoff-Elektrolyt-Kombination, eine Werkstückgröße und/oder eine Werkstückgeometrie sind, in einer Datenbank abgelegt werden. Bevorzugt ist es auf diese Weise möglich eine Vielzahl verschiedener derartiger Grenzwerte von Zustandsindikatoren abzulegen und einer Verwendung, insbesondere einer plasmaelektrolytischen Bearbeitung metallischer Werkstücke zur Verfügung zu stellen, wobei stets derjenige Grenzwert berücksichtigt wird, der für das bearbeitete Werkstück und/oder den verwendeten Elektrolyten einschlägig ist.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist in diesem Zusammenhang denkbar, dass Daten hinterlegt und bereitgestellt werden, die die Art, insbesondere die geometrische Form und konstruktive Gestaltung eines zu bearbeitenden Bauteils, berücksichtigen. Auf vorteilhafte Weise werden die zuvor beschriebenen Daten der Steuerung einer Anlage zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken zur Verfügung gestellt, wobei geeignete Schnittstellen zur drahtgebundenen und/oder drahtlosen Datenübertragung vorgesehen sind, damit in der Steuereinheit die entsprechenden Daten berücksichtigt werden, beispielsweise nachdem ein Anlagenbediener die Kombination eines zu bearbeitenden Werkstoffs und des für die Bearbeitung vorgesehenen Elektrolyten mittels einer Eingabeeinheit ausgewählt hat. Im Anschluss daran ist es möglich, dass der während des Betriebs der Anlage zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken ermittelte aktuelle Zustandsindikator mit dem in der Steuereinheit hinterlegten spezifischen Grenzwert eines Zustandsindikators verglichen und bei einer Grenzwertverletzung, insbesondere sobald der aktuelle Zustandsindikator den Grenzwert des Zustandsindikators übersteigt, die Werkstückbearbeitung zumindest zeitweise unterbrochen und eine entsprechende Information an den Anlagenbediener ausgegeben wird. Bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang somit denkbar, dass bei Erreichen oder Über- oder Unterschreiten des hinterlegten Grenzwerts die plasmaelektrolytische Bearbeitung von Bauteilen automatisiert gestoppt wird.
  • Im Weiteren sieht eine besondere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass eine Form, Größe und/oder Ausgestaltung einer spezifisch für die Bearbeitung eines Werkstücks verwendeten Halterung zur Aufnahme des Werkstücks bei der Ermittlung des Zustandsindikators berücksichtigt wird. Gemäß dieser Ausführungsformen wird somit die Form einer Halterung und/oder dessen Anordnung während der Bearbeitung mit einem Elektrolyten bei der Beurteilung des Zustandes des verwendeten Elektrolyten berücksichtigt.
  • Im Weiteren ist es von Vorteil, wenn auch ein Verschmutzungsgrad des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder einer Werkstückhalterung, der insbesondere bei der Integration einer Anlage zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken in einen komplexen industriellen Produktionsprozesses variieren kann, bei der Ermittlung des Zustandsindikator berücksichtigt wird. Entsprechende Verschmutzungen werden oftmals durch verwendete Kühl- und/oder Schmiermittel verursacht und können mit optischen und/oder elektrischen Sensoren detektiert werden.
  • Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Zusammenhang, insbesondere mit statistischen Mitteln, zwischen dem Grenzwert für den Zustandsindikator und/oder für die in den Elektrolyten eingebrachte Ladung und der Nichterfüllung des wenigstens einen Qualitätskriteriums hergestellt wird und der jeweils maßgebliche Grenzwert über einen vorgegebenen Konfidenzbereich festgelegt wird. Darüber hinaus ist es auf vorteilhafte Weise denkbar, dass ein Anlagenbediener einer das erfindungsgemäße Verfahren umsetzenden Anlage eine Rückmeldung zur Erfüllung mindestens eines Qualitätskriterium erhält und diese Rückmeldung unter Maßgabe des jeweiligen Werts des Zustandsindikators bei der Festlegung des Grenzwerts Berücksichtigung findet.
  • Im Übrigen sieht eine spezielle Weiterbildung der Erfindung vor, dass ein Anlagenbediener die Möglichkeit hat, eine Eingabe mit einer Information in Bezug auf ein Maß der Erfüllung des mindestens einen Qualitätskriteriums zu geben. Vorzugsweise lässt sich diese Information daraufhin nutzen, um Daten, die auf der Information basieren, bei der Ermittlung des Zustandsindikators, der Festlegung des Grenzwerts für den Zustandsindikators zu berücksichtigen. Auf diese Weise ist eine praxistaugliche Anpassung des Verfahrens möglich.
  • Neben einem Verfahren zur Beurteilung des Zustandes eines während der plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken verwendeten Elektrolyten betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Überwachung und/oder Steuerung einer Vorrichtung zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung eines Werkstücks. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass das Verfahren gemäß der Erfindung in seiner allgemeinen Form oder gemäß einer der zuvor beschriebenen Weiterbildungen ausführbar ist. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch die für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen gegenständlichen Komponenten, insbesondere deren geeignete Zusammensetzung, betrifft. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, das ausgebildet ist, um die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in seiner allgemeinen Form oder gemäß einer der zuvor beschriebenen Weiterbildungen in einer Vorrichtung zur Überwachung und/oder Steuerung einer Vorrichtung zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung einer elektrisch leitfähigen Oberfläche eines Werkstücks wenigstens zeitweise zu bewirken.
  • Im Folgenden wird die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand spezieller Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die genannten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1:
    Vorrichtung zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken;
    Fig. 2:
    Kurve der Entwicklung des Zustandsindikators über die Zeit unter Berücksichtigung eines theoretischen Systemverhaltens;
    Fig. 3:
    grafische Darstellung der Grenzwerte des Zustandsindikators für verschiedene Werkstoff-Elektrolyt-Kombinationen; sowie
    Fig. 4:
    Kurve der Entwicklung des Zustandsindikators über die Zeit unter Berücksichtigung eines realen Systemverhaltens.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Bewertung des Zustandes eines Elektrolyten, der bei der plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken mit metallischer Oberfläche verwendet wird. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, das im Folgenden eingehend beschrieben werden wird, ist die Zustandsverschlechterung des verwendeten Elektrolyten quantifizierbar, was bislang nicht oder nur sehr unzureichend möglich war. Gemäß dem im Folgenden beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zunächst die Parameter Temperatur, pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten nicht berücksichtigt, sondern diese Parameter während des Bearbeitungsprozesses für die Zustandsbewertung des Elektrolyten als konstant angenommen.
  • Das gemäß der im Folgenden beschriebenen Ausführungsform der Erfindung umgesetzte Verfahren lässt sich auf vorteilhafte Weise in einer Anlage realisieren, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.
  • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Vorrichtung 1 zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung, vorzugsweise zum Entgraten und/oder Polieren, einer Oberfläche 2 eines Werkstücks 3, bei dem auf vorteilhafte Weise das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Zustandes des verwendeten Elektrolyten zum Einsatz kommt. Die dargestellte Vorrichtung 1 verfügt über eine Versorgungseinheit 5, die einer Ausbringungseinheit 4 den zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung einer Werkstückoberfläche 2 benötigten Elektrolyten zuführt. Die Versorgungseinheit 5 verfügt hierbei über eine Pumpe, die während des Betriebs den Elektrolyten nahezu pulsationsfrei aus einem Vorratsbehälter 16 zu mehreren Austrittsöffnungen 10 der Ausbringungseinheit 4 in Form von Düsen fördert. Die Förderung des Elektrolyten beginnt, nachdem das Werkstück 3, dessen Oberfläche 2 bearbeitet werden soll, in der Bearbeitungsposition fixiert wurde, wobei eine Mehrzahl von Elektrolytstrahlen aus den einzelnen Austrittsöffnungen 10 aus verschiedenen Richtungen auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche 2 auftreffen. Die Anzahl der Austrittsöffnungen 10, durch die der Elektrolyt ausgebracht wird, sowie deren Ausgestaltung, Ausrichtung sowie Mittel zu ihrer Bewegung, sofern die Düsen aktiv bewegt werden sollen, werden in Abhängigkeit der Kontur der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 2 sowie der Bearbeitungsaufgabe gewählt.
  • Bei der hier beschriebenen Vorrichtung zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung verfügt die Ausbringungseinheit 4 über einen bewegbaren Düsenkopf 21 mit drei Austrittsöffnungen 10 in Düsenform. Über die Austrittsöffnungen 10 können bedarfsgerecht unterschiedliche Elektrolytstrahlen auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche 2 ausgebracht werden. Die Versorgung der einzelnen Austrittsöffnung 10 mit dem Elektrolyten, die Steuerung der Ausbringungseinheit 4 sowie die Aufbereitung des von der Werkstückoberfläche 2 abgesaugten Elektrolyten erfolgt, wie zuvor beschrieben. Die einzelnen düsenförmigen Austrittsöffnungen 10 sind während der Bearbeitung relativ zum Werkstück 3 bewegbar, wobei gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei düsenförmige Austrittsöffnungen 10 gemeinsam mit einem Düsenkopf 21, wie mit Pfeilen angedeutet, relativ zum Werkstück 3 bewegt werden.
  • Die gesteuerte Bewegung der Austrittsöffnungen 10 und die Ausbringung des Elektrolyten erfolgt in Abhängigkeit der Kontur des in seiner Bearbeitungsposition fixierten bzw. eingespannten Werkstücks 3, wobei die Bewegung des Düsenkopfes 21, die Zuführung von Elektrolyt zu den einzelnen Austrittsöffnungen 10, das Zu- und Abschalten der im Bereich der Austrittsöffnungen 10 angeordneten Elektroden 6 sowie die Einstellung der zwischen einer aktivierten Elektrode 6 und der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche 2 anliegenden Spannung bedarfsgerecht, insbesondere in Abhängigkeit der Kontur eines gerade zu bearbeitenden Oberflächenbereichs, während der Bearbeitung verändert wird Während des Bearbeitungsvorgangs wird der Düsenkopf 21 mit seinen düsenförmigen Austrittsöffnungen 10 dann derart verfahren, dass die gewünschte Kontur der Werkstückoberfläche 2 bearbeitet wird.
  • Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel soll ein zuvor in einer mechanischen Serienfertigung hergestelltes Werkstück 3 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 entgratet werden. Aufgrund der Einbindung der plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken in einen industriellen Herstellungsprozess ist es nicht zu vermeiden, dass Verschmutzungen, etwa in Form von Schmier- und/oder Kühlflüssigkeiten, aus vorgelagerten mechanischen Bearbeitungsschritten in den Elektrolyten eingeleitet werden. Im Weiteren kommt es im Laufe der plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken zu einer Eigenschaftsänderung des Elektrolyten, was auch als Verbrauch des Elektrolyten bezeichnet wird.
  • Die gezeigte Vorrichtung 1 verfügt über eine Steuereinheit 9, mit der die Versorgungseinheit 5, aber auch eine als Spannungsquelle eingesetzte elektrische Energiequelle 7 sowie die einzelnen Stellelemente 8 der Vorrichtung 1, mit denen die Ausbringung von Elektrolytstrahlen und die Eigenschaften der Elektrolytstrahlen bedarfsgerecht eingestellt und verändert werden können, gesteuert werden. Um eine geeignete Steuerung der unterschiedlichen Elemente erreichen zu können, ist ferner eine Messeinheit 22 mit geeigneten Sensoren zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Messung wenigstens einer Eigenschaft der Oberfläche 2, insbesondere der Oberflächenrauheit, zur Bestimmung eines Abstandes zwischen der Ausbringungseinheit 4 und der Oberfläche 2 und/oder zur Bestimmung der Position und/oder Ausrichtung der Ausbringungseinheit 4 relativ zur Oberfläche 2 vorgesehen. Die Messeinheit 22 und die Steuereinheit stehen über eine Datenübertragungsstrecke, die drahtlos und/oder drahtgebunden ausgeführt sein kann, in einem uni- oder bidirektionalen Datenaustausch.
  • Auf diese Weise können sowohl die während der Bearbeitung zwischen den Elektroden 6 der Vorrichtung 1 und der Werkstückoberfläche 2 anliegende elektrische Spannung variiert als auch die einzelnen Austrittsöffnungen 10 gezielt verschlossen und geöffnet werden. Weiterhin kann die Strömungsgeschwindigkeit und der Volumenstrom der einzelnen Elektrolytstrahlen bedarfsgerecht verändert werden.
  • Wesentlich für die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung ist, dass eine Sensoreinheit vorgesehen ist, mit der während der Werkstückbearbeitung die Stärke des in den Elektrolyten eingebrachten Stroms gemessen wird. Alternativ oder in Ergänzung ist es denkbar, dass die aktuelle Stromstärke im Bereich der Elektroden 6 erfasst wird. Auf der Grundlage der erfassten Stromstärke und des Messzeitraums wird in einem Auswerteelement, dass gemäß der gezeigten Ausführungsform Teil der Steuereinheit 9 ist, die in den Elektrolyten eingebrachte Ladung ermittelt. Wie im Folgenden noch ausführlich erläutert werden wird, wird aus der ermittelten Ladung mit Hilfe einer Transformationsfunktion ein Zustandsindikator ermittelt. Der während der Werkstückbearbeitung kontinuierlich oder in diskreten zeitlichen Abständen ermittelte aktuelle Zustandsindikator ermöglicht eine quantitative Beurteilung des Zustandes des Elektrolyten. In diesem Zusammenhang ist es wesentlich, dass der aktuelle Zustandsindikator, bevorzugt mittels der Steuereinheit, mit einem zuvor ermittelten, für die jeweilige Bearbeitung einschlägige Werkstoff-Elektrolyt-Kombination spezifischen Grenzwert für den Zustandsindikator verglichen wird, der der Steuereinheit 9 aus einer Datenbank zur Verfügung gestellt wird. Vor Beginn der Werkstückbearbeitung hat hierzu der Anlagenbediener die für die Bearbeitung einschlägige Werkstoff-Elektrolyt-Kombination in eine Eingabeeinheit der Vorrichtung eingegeben, sodass der benötigte Grenzwert der Steuereinheit 9 zur Verfügung gestellt werden konnte. Nähert sich der aktuelle Zustandsindikator dem Grenzwert und liegt schließlich innerhalb eines vorgegeben Toleranzintervalls, wird eine entsprechende Information optisch oder akustisch über eine Ausgabeeinheit ausgegeben, sodass der Anlagenbediener die Möglichkeit erhält, den Zustand des Elektrolyten optisch zu überprüfen, den Elektrolyten zu reinigen oder auszutauschen, den Bearbeitungsvorgang zu unterbrechen oder eine sonstige geeignete Maßnahme vorzunehmen. Wird die plasmaelektrolytische Bearbeitung ohne weiteren Eingriff fortgesetzt und/oder erreicht oder überschreitet der aktuelle Zustandsindikator den hinterlegten Grenzwert des Zustandsindikators, wird der Bearbeitungsvorgang automatisch gestoppt und eine Information hierüber ausgegeben.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird der in einem Vorratsbehälter 16 bevorratete Elektrolyt mithilfe eines Heizelementes 18 vorerwärmt und dann über die Elektrolytzufuhr 13 mittels einer Mehrzahl von Pumpen zu den einzelnen Austrittsöffnungen 10 gefördert, sodass die einzelnen Austrittsöffnungen 10 separat mit dem Elektrolyten versorgt werden können. Die Zuführung des Elektrolyten zu den Austrittsöffnungen 10 erfolgt ferner über Stellelemente 8, wie etwa Ventile, mit denen die Strömungseigenschaften gezielt variiert werden können. Über die Austrittsöffnungen 10 werden so wenigstens zwei Elektrolytstrahlen mit unterschiedlichen Eigenschaften zeitgleich oder nacheinander auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche 2 aufgebracht.
  • Während des Bearbeitungsvorgangs wird zwischen wenigstens einer Elektrode 6, die gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils durch ein Rohrstück gebildet wird, dessen Ende die jeweilige Austrittsöffnung 10 bildet, und der Werkstückoberfläche 2 eine Gleichspannung von 200 V bis 450 V angelegt. Sobald der Elektrolytstrahl auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche 2 auftrifft, kommt es zu einer Gas- bzw. Dampfbildung und es bildet sich auf der Oberfläche 2 eine Gas-Plasma-Hülle aus, unter der es zu dem gewünschten Materialabtrag kommt. An dem Rohrstück befindet sich eine Sensoreinheit, mit der die Stärke des den Elektrolyten durchfließenden Stroms gemessen wird. Aus der so erfassten Stromstärke und dem Zeitraum, in dem der Strom fließt, ergibt sich die jeweils in den Elektrolyten eingebrachte Ladung, die in der Steuereinheit zur Ermittlung des aktuellen Zustandsindikators berücksichtigt wird. Eine Sensoreinheit zur Erfassung der Stromstärke des für die plasmaelektrolytische Bearbeitung verwendeten Elektrolyten befindet sich an jeder Düse, über die zumindest zeitweise Elektrolyt auf eine zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks ausgebracht wird. Die jeweils ermittelten, den einzelnen Austrittsöffnungen zuzuordnenden Ladungen werden summiert, sodass die während der Ladung insgesamt in den Elektrolyten eingebrachte Ladung bestimmt und hieraus der aktuelle Zustandsindikator ermittelt wird.
  • Nachdem der Elektrolyt auf die Werkstückoberfläche 2 aufgetroffen ist, wird dieser mittels einer Elektrolytabfuhr 14 der Versorgungseinheit 5 abgesaugt und einer Aufbereitungseinheit 15 zur Elektrolytaufbereitung zugeführt. Hier werden in einem ersten Schritt mithilfe eines Zyklonfilters Schwebteilchen entfernt. Daraufhin wird mittels wenigstens einer Sensoreinheit 17 die Trübung, der pH-Wert sowie die elektrische Leitfähigkeit des abgeführten Elektrolyten gemessen. Sollte der Elektrolyt besonders stark verschmutzt sein, wird über eine Dosiereinheit aus einem Tank ein Fällungsmittel zudosiert, um so eine Fällungsreaktion im Elektrolyten zu bewirken, und der Elektrolyt in einen separaten Aufbereitungstank umgepumpt. Weiterhin wird in Abhängigkeit der erfassten Messwerte für die Leitfähigkeit und den pH-Wert des Elektrolyten bei Bedarf Salz und/oder ein pH-Regulator aus entsprechenden Vorratsbehälter mit geeigneten Dosiereinheiten 19 zudosiert. Im Anschluss daran gelangt der aufbereitete Elektrolyt wieder in den Vorratsbehälter 16. Im Bereich des Vorratsbehälters 16 sind ein Temperatursensor 20 und ein Heizelement 18 vorgesehen, sodass der Elektrolyt stets auf die benötigte Temperatur erwärmt wird, bevor dieser der Ausbringungseinheit 4 mit der Mehrzahl von Austrittsöffnungen 10 zugeführt wird. Wie im Folgenden noch näher erläutert werden wird, wird jede der zuvor genannten Maßnahmen zur Aufbereitung des Elektrolyten in der Transformationsfunktion berücksichtigt. Hieraus folgt, dass sich der Zustandsindikator in einer Anlage zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken langsamer verändert, sofern zwischenzeitlich während der Werkstückbearbeitung Maßnahmen zur Aufbereitung des Elektrolyten vorgenommen werden, als wenn eine Anlage ohne eine Elektrolytaufbereitung betrieben wird.
  • Mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 sind prinzipiell zwei unterschiedliche Formen der kontinuierlichen Bearbeitung eines Werkstücks 3 möglich. So kann die Ausbringungseinheit 4 mit ihrem Düsenkopf 21 derart eingerichtet und positioniert werden, dass hierdurch die Außenkontur des zu bearbeitenden Werkstücks 3 exakt oder ungefähr abgebildet wird. Sobald eine entsprechende Positionierung abgeschlossen ist, wird das Werkstück 3 entlang der Ausbringungseinheit 4 mit dem Düsenkopf 21 und seinen Austrittsöffnungen 10 geführt. Sofern einzelne Oberflächenbereiche des entlang der Ausbringungseinheit 4 geführten Werkstücks 3 nicht bearbeitet werden sollen, ist es möglich, in diesen Bereich das Ausbringen von Elektrolytstrahlen und/oder das Anlegen einer Spannung, insbesondere über ein Stellmittel 12, zu unterbrechen.
  • Es wird die Stärke des in einem speziellen Zeitintervall in den Elektrolyten eingeleitet Stroms gemessen und die in den Elektrolyten eingebrachte Ladung bestimmt. In der hierfür vorgesehenen Steuer und Auswerteeinheit wird im Weiteren das Volumen des in der Anlage zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung der Werkstücke verwendeten Elektrolyten berücksichtigt, sodass schließlich ein Wert einer relativen Ladung für die weitere Ermittlung des Zustandes des Elektrolyten berücksichtigt wird. Im Weiteren sind in einer Datenbank, die durch eine geeignete Datenübertragung mit der Steuereinheit verbunden ist, Kennlinien abgelegt, die jeweils für eine spezifische Kombination von Bauteilen aus einem bestimmten Werkstoff und einem Elektrolyten einen Grenzwert für einen Zustandsindikator enthalten, wobei der Grenzwert der Anzahl von mit dem Elektrolyten zu bearbeitenden Werkstücken entspricht, die ohne Austausch oder Aufbereitung des Elektrolyten nacheinander bearbeitet werden können um ein vorgegebenes Qualitätskriterium zu erfüllen. Verletzt, bzw. überschreitet der während des Bearbeitungsprozesses ermittelte Zustandsindikator den Grenzwert, der in der Datenbank für die spezielle Elektrolytwerkstückkombination hinterlegt ist, so ist zumindest mit großer Wahrscheinlichkeit davon auszugehen, dass die im Weiteren bearbeiteten Werkstücke nicht mehr das vorgegebene Qualitätskriterium erfüllen. Aus diesem Grund wird bei Verletzung des Grenzwerts für den Zustandsindikator auf vorteilhafte Weise eine Information für den Anlagenbediener ausgegeben und/oder der Bearbeitungsprozess automatisiert gestoppt. Erhält der Anlagenbediener lediglich eine entsprechende Information, ohne dass der Bearbeitungsprozess automatisiert gestoppt wird, hat der Bediener zumindest die Möglichkeit, selbst zu entscheiden, ob der Bearbeitungsprozess ohne weitere Eingriffe in die Anlage fortgesetzt werden soll oder zunächst ein Austausch oder eine Aufbereitung des verwendeten Elektrolyten erfolgt.
  • Wesentlich für den beschriebenen, gesteuerten Prozess zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung eines Werkstücks ist, dass der Zustand des Elektrolyten überwacht und bei der Steuerung des Prozesses berücksichtigt wird. Hierzu wird die in den Elektrolyten eingebrachte elektrische Ladung ermittelt und mit einer Transformationsfunktion ein aktueller Zustandsindikator bestimmt, der dann mit einem zuvor ermittelten Grenzwert für den Zustandsindikator verglichen wird. Für die Ermittlung des jeweiligen Zustandsindikators wird eine spezifische Ladung, also die pro Volumeneinheit eingebrachte Ladung verwendet und auf diese Weise berücksichtigt, dass sich eine große Menge Elektrolyt während der Bearbeitung weniger verbraucht als eine kleine Menge. Der Grenzwert der spezifischen Ladung, der mit einem Grenzwert des Zustandsindikators korrespondiert, wird während des Bearbeitungsvorgangs dann erreicht, wenn der Zustand des Elektrolyten eine weitere Bearbeitung der Werkstücke unter Einhaltung wenigstens eines vorgegebenen Qualitätskriteriums nicht zulässt. Ein gerade noch zulässiger Zustandsindikator wird somit dann erreicht, wenn das letzte Werkstück, das das wenigstens eine vorgegebene Qualitätskriterium erfüllt, hergestellt wurde. Der in diesem Fall gewählte Wert des Zustandsindikator entspricht damit der Anzahl von Werkstücken, die ohne zusätzliche Aufbereitung oder Austausch des Elektrolyten unter Einhaltung des vorgegebenen Qualitätskriteriums bearbeitet werden können.
  • Der in Fig. 2 gezeigten Verlauf des Zustandskriteriums ist dadurch bedingt, dass es während der Bearbeitung von Werkstücken zu einem Anstieg des Zustandsindikators kommt, während der Zustandsindikator in Bearbeitungspausen konstant bleibt. In Ergänzung sind in Fig. 3 in den Teilansichten a), b) und c) insgesamt drei Diagramme gezeigt, die für die plasmaelektrolytische Bearbeitung von Werkstücken aus Stahl der Werkstoffnummer 1.4404 (Fig. 3a)), Stahl der Werkstoffnummer 1.4542 (Fig. 3b)) und aus 1.4301 (Fig. 3c)) jeweils die Anzahl von Werkstücken zeigen, die bis zu einem Grenzwert des Zustandsindikators bearbeitet werden können, bei dessen Überschreitung ein vorgegebenes Qualitätskriterium von den bearbeiteten Werktücken nicht mehr erfüllt wird. Während 70 Werkstücke aus Stahl der Werkstoffnummer 1.4404 (Fig. 3a)) und 45 Werkstücke des Stahls der Werkstoffnummer 1.4542 (Fig. 3b)) unter Einhaltung eines vorgegebenen Qualitätskriteriums bearbeitet werden können, sind dies bei der plasmaelektrolytischen Bearbeitung von 1.4301 (Fig. 3c)) nur 25 Werkstücke. Ausdrücklich wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es sich bei den angegebenen Zahlenwerten lediglich um Beispiele handelt, die von den in der Realität erhaltenen Werte abweichen können.
  • Aus Fig. 3 ergibt sich somit, dass ein Elektrolyt mit einem Zustandsindikatorwert von 35 zwar nicht mehr für die Bearbeitung von 1.4301, aber durchaus für die Bearbeitung von Werkstücken aus den Stählen mit den Werkstoffnummern 1.4404 und 1.4542 genutzt werden kann.
  • Auf diese Weise kann, sofern für eine spezifische Elektrolyt-Werkstoff-Kombination der Grenzwert des Zustandsindikators zuvor ermittelt wurde bzw. bekannt ist, aus dem aktuellen Zustandsindikator eines Elektrolyten die Anzahl von Bauteilen bestimmen, die unter Einhaltung des geforderten Qualitätskriteriums noch bearbeitet werden kann, ohne dass der verwendete Elektrolyt ausgetauscht oder aufbereitet werden muss.
  • In Abweichung zu dem zuvor beschriebenen theoretischen Ansatz, müssen bei einer realen Anlage zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung von Werkstücken auch weitere Parameter, die die Bearbeitung und den Zustand des Elektrolyten beeinflussen, berücksichtigt werden. Hierzu gehören insbesondere die Einflüsse durch Systemkomponenten, die Abtragsprodukte aus dem Elektrolyten entfernen.
  • Bei der Ermittlung des für eine reale Anlage geeigneten Zustandsindikator sind somit weitere Eigenschaften der Anlage in der Transformationsfunktion zu berücksichtigen, beispielsweise, ob eine Querstromfiltration, galvanische Abscheidung, kontinuierliche Siebfilter oder Papierfilter vorgesehen sind. Bei diskontinuierlich arbeitenden Systemen ist es ferner sinnvoll, die einzelnen Schritte zur Aufbereitung des Elektrolyten sowie die diskontinuierlichen Filterschritte zu berücksichtigen. In Fig. 4 ist in diesem Zusammenhang eine Zustandskurve abgebildet, die den Verlauf des Zustandsindikator über die Zeit darstellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich der Zustand des Elektrolyten
  • in einer realen Anlage mit zwischenzeitlich erfolgender Elektrolytaufbereitung langsamer verändert als dies gemäß dem zuvor beschriebenen theoretischen Ansatz der Fall ist. Die der in Fig. 4 dargestellte Funktionskurve basiert hierbei auf einer Transformationsfunktion, die die in der realen Anlage vorhandenen Komponenten zur Aufbereitung des Elektrolyten, insbesondere deren funktionellen Einfluss, berücksichtigt. Diese für reale Bedingungen ermittelte Funktion berücksichtigt vor allem den Filtereinfluss des Systems und führt zu einem Zustandsindikator, der für reale Prozess zur Kontrolle und Steuerung genutzt werden kann. Auf diese Weise lässt sich auch für reale plasmaelektrolytische Bearbeitungsprozesse mit zwischenzeitlicher Elektrolytaufbereitung die Zustandskontrolle des Elektrolyten quantifizieren und objektivieren, sodass sie durchgeführt werden kann, ohne dass auf Expertenwissen einzelner Anlagenbediener zurückgegriffen werden muss.
  • Im Weiteren lässt sich mittels der Transformationsfunktion berücksichtigen, dass der Zustandsindikator auch durch das komplexe Zusammenspiel aus Abtragprodukten, Verunreinigungen, Verbrauch an Komplexbildern, Abbau oberflächenspannungsmodifizierender Substanzen durch plasmaphysikalische Reaktionen und Alterung von organischen Substanzen beeinflusst wird. Auch die Geometrie des zu bearbeitenden Bauteils hat einen Einfluss auf die Zustandsänderung des Elektrolyten und damit den Zustandsindikator. Hierbei wurde herausgefunden, dass insbesondere große, plane Flächen und Bohrungen den Grenzwert des Zustandsindikators reduzieren. Dies ist darauf zurückzuführen dieses, damit sich verschlechtern Elektrolytzustand Bearbeitungsunterschiede sichtbar werden und sich Abtragsprodukte in Bohrungen absetzen können
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung einer elektrisch leitfähigen Werkstückoberfläche
    2
    Oberfläche
    3
    Werkstück
    4
    Ausbringungseinheit
    5
    Versorgungseinheit
    6
    Elektrode
    7
    elektrische Energiequelle
    8
    Stellelement
    9
    Steuereinheit
    10
    Austrittsöffnung
    11
    Verstelleinheit
    12
    Stellmittel
    13
    Elektrolytzufuhr
    14
    Elektrolytabfuhr
    15
    Aufbereitungseinheit
    16
    Vorratsbehälter
    17
    Sensoreinheit
    18
    Heizelement
    19
    Dosiereinheit
    20
    Temperatursensor
    21
    Düsenkopf
    22
    Messeinheit
    23
    Sensoreinheit zur Messung der Stromstärke

Claims (15)

  1. Verfahren zur Überwachung eines Elektrolytzustandes während der plasmaelektrolytischen Bearbeitung einer elektrisch leitfähigen Oberfläche (2) eines Werkstücks (3), bei dem zumindest eine Eigenschaft eines Elektrolyten, der bevorratet, in einem Kreislauf gefördert und/oder auf die Oberfläche (2) des Werkstücks (3) ausgebracht wird, erfasst wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Stärke eines durch den Elektrolyten geleiteten elektrischen Stroms gemessen und eine Ladung ermittelt wird, dass auf der Grundlage der ermittelten Ladung mittels einer Transformationsfunktion ein Zustandsindikator bestimmt wird, wobei der Zustandsindikator einen Grenzwert berücksichtigt, bei dessen Verletzung ein plasmaelektrolytisch bearbeitetes Werkstück (3) wenigstens ein vorgegebenes Qualitätskriterium nicht erfüllt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert des Zustandsindikators einer Anzahl der Werkstücke (3) entspricht, die unter Einhaltung des wenigstens einen Qualitätskriteriums von einem Zeitpunkt der Ermittlung der Ladung bis zu einer Aufbereitung und/oder einem zumindest teilweisen Austausch des Elektrolyten noch bearbeitbar sind.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Grundlage einer Messung der Stärke des den Elektrolyten durchströmenden Stroms ermittelte Zustandsindikator mit einem maximal zulässigen Grenzwert eines Zustandsindikators verglichen und eine Information über einen Zustand des Elektrolyten ausgegeben wird, sobald der ermittelte Zustandsindikator den maximal zulässigen Grenzwert eines Zustandsindikators überschreitet.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die relative Ladung pro Volumeneinheit des Elektrolyten (A·s/m3) ermittelt und der Zustandsindikator unter Berücksichtigung der relativen Ladung pro Volumeneinheit bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsparameter Temperatur, pH-Wert und/oder elektrische Leitfähigkeit des Elektrolyten während der Ermittlung des Zustandsindikators als konstant angenommen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von aus einem vorgegebenen metallischen Werkstoff hergestellten Werkstücken (3) ermittelt wird, die ohne Aufbereitung und/oder ohne zumindest teilweisen Austausch des Elektrolyten unter Erfüllung des wenigstens eines Qualitätskriteriums herstellbar ist, und diese Anzahl als werkstoffspezifischer Grenzwert eines Zustandsindikators in einer Datenbank hinterlegt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Grenzwerten des Zustandsindikators, die jeweils spezifisch für einen metallischen Werkstoff sind, in einer Datenbank abgelegt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Grundlage einer Messung der Stärke des den Elektrolyten durchströmenden Stroms ermittelte Zustandsindikator mit dem in der Datenbank hinterlegten, werkstoffspezifischen Grenzwerts verglichen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines einen maximal zulässigen Grenzwert überschreitenden Zustandsindikators die plasmaelektrolytische Bearbeitung von Bauteilen automatisiert gestoppt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeeintrag in den Elektrolyten, eine Trübung des Elektrolyten und/oder eine Temperaturentwicklung erfasst und in der Transformationsfunktion bei der Ermittlung des Zustandsindikators berücksichtigt werden.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Form- und/oder Größenfaktor, der spezifisch für das zu bearbeitende Werkstück (3) und/oder für eine Halterung zur Aufnahme des Werkstücks (3) ist, bei der Ermittlung des Zustandsindikators berücksichtigt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschmutzungsgrad des zu bearbeitenden Werkstücks (3) und/oder einer Halterung zur Aufnahme des Werkstücks (3) bei der Ermittlung des Zustandsindikators berücksichtigt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verletzung des Grenzwerts und eine Nichterfüllung des wenigstens einen Qualitätskriteriums in einen statistischen Zusammenhang gebracht werden, und der maßgebliche Grenzwert über einen vorgegebenen Konfidenzbereich festgelegt wird.
  14. Vorrichtung zur Überwachung und/oder Steuerung einer Vorrichtung zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung einer elektrisch leitfähigen Oberfläche (2) eines Werkstücks (3), die geeignet ist, das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche umzusetzen.
  15. Computerprogrammprodukt das ausgebildet ist, um die Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einer Vorrichtung zur Überwachung und/oder Steuerung einer Vorrichtung zur plasmaelektrolytischen Bearbeitung einer elektrisch leitfähigen Oberfläche (2) eines Werkstücks (3) wenigstens zeitweise zu bewirken.
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