DE102007023494A1

DE102007023494A1 - Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung eine metallischen Werkstücks

Info

Publication number: DE102007023494A1
Application number: DE102007023494A
Authority: DE
Inventors: Vladimir V. Dr. Popov; Martin Dr. Bauer; Jürgen Fleig
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2007-05-19
Filing date: 2007-05-19
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-05-20
Also published as: DE102007023494B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücks, mit einem Elektrodenkörper aus einem elektrisch leitenden Material, dessen Oberfläche teilweise mit einem Isoliermaterial versehen ist, so dass nicht isolierte, freiliegende Bereiche des Elektrodenkörpers verbleiben. Die Elektrode zeichnet sich dadurch aus, dass das elektrisch leitende Material und/oder das Isoliermaterial derart ausgewählt und geformt werden, dass sich beim Betrieb der Elektrode unterschiedliche Stromdichten im Elektrodenkörper ergeben.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für die elektrochemische Bearbeitung (ECM) eines metallischen Werkstücks, mit einem Elektrodenkörper aus einem elektrisch leitenden Material, dessen Oberfläche teilweise mit einem Isoliermaterial versehen ist, so dass nicht isolierte, freiliegende Bereiche des Elektrodenkörpers verbleiben. Derartige Elektroden werden beispielsweise zur Bearbeitung von Bauteilen für fluiddynamische Lager verwendet.
Beschreibung des Standes der Technik
Elektroden zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken (im folgenden auch kurz ECM-Elektroden genannt) werden in der Fertigungstechnik einerseits zur Einarbeitung von Bohrungen und Konturen bei Bauteilen und anderseits zum Entgraten von schwer zugänglichen Bohrgraten eingesetzt. Der Materialabtrag am Werkstück erfolgt durch anodische Auflösung des elektrisch leitenden Werkstückes. Zur Bearbeitung wird ein Stromkreis zwischen Anode (Werkstück) und Kathode (Elektrode) über eine Elektrolytlösung, beispielsweise einer Kochsalzlösung, geschlossen. Das ECM-Verfahren arbeitet in der Regel mit einer Gleichspannung zwischen etwa 10 bis 60 Volt, wobei die Intensität des Materialabtrages über die Stromdichte und die Zeit, während derer der geschlossene Stromkreis auf die zu bearbeitende Stelle einwirkt, gesteuert wird.
Die Geometrie von ECM-Elektroden ist an die Geometrie der zu bearbeitenden Werkstücke sowie an die zu lösende Bearbeitungsaufgabe und die angestrebte Endkontur des Werkzeugs angepasst. ECM-Elektroden sind beispielsweise stabförmig zylindrisch, wobei die Größe und der Durchmesser für die Bearbeitung von Bauteilen, beispielsweise von Miniaturfluidlagern, etwa dem eines Streichholzes entspricht.
Hydrodynamische Fluidlager werden beispielsweise in Spindelmotoren zum Antrieb von Festplattenspeichern eingesetzt. Zum Aufbau eines hydrodynamischen Druckes im Lagerspalt sind die Lageroberflächen mit einer rillen- bzw. grabenförmigen Struktur versehen. In Folge einer rotatorischen Relativbewegung der beiden Lagerbauteile erzeugen diese Rillenstrukturen eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid und somit einen Druck im Lagerspalt.
Es ist bekannt, die Rillenstrukturen der Lageroberflächen durch mechanisches Abtragen von Material oder durch plastisches Einformen auszubilden. Nachteil bei diesen mechanischen Bearbeitungsprozessen ist, dass es durch das Abtragen oder das Verdrängen des Materials zu Materialaufwerfungen kommen kann, die in einem Nachbearbeitungsprozess wieder entfernt werden müssen. Je kleiner die Lagerbauteile werden, desto schwieriger ist diese mechanische Bearbeitung. Das ECM-Verfahren arbeitet demgegenüber mit guter Präzision und bietet sich nun für die Einarbeitung der Rillenstrukturen in die Lageroberflächen an.
Typischerweise umfasst ein hydrodynamisches Fluidlager Radiallagerbereiche, die in der Regel aus zwei einzelnen beabstandeten Radiallagern bestehen. Jedes Radiallager ist durch oben beschriebene Rillenstrukturen gekennzeichnet, die in der Regel in einem ECM-Prozess auf die Lagerfläche, meist die Lagerbuchse, aufgebracht werden. Dabei wird angestrebt, dass die Tiefe der Rillenstrukturen über die gesamte Länge des Lagers, also in beiden Lagerbereichen dieselbe ist, da dies bei der Entwicklung der Lagerbereiche festgelegt wird.
In der Praxis jedoch weichen die durch ECM hergestellten Rillenstrukturen, insbesondere deren Tiefe, voneinander ab, insbesondere die Strukturen, die durch voneinander beabstandete Bereiche der Elektrode hergestellt wurden. Dies rührt daher, dass die Elektrode nur einseitig mit der Spannungsquelle verbunden ist, so dass die lokale Stromdichte über die Länge der Elektrode variiert. Dadurch hat der ECM-Prozess über die Länge der Elektrode einen unterschiedlichen Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad wird durch die über die Zeit integrierte Stromdichte bestimmt. Andere Gründe für die unterschiedliche Stromdichte entlang der Elektrode sind Bläschenbildungen im Elektrolyt bzw. eine Verschmutzung des Elektrolyts während des ECM-Prozesses. Ein Hauptgrund ist jedoch die durch die einseitige Spannungsversorgung der Elektrode hervorgerufene unterschiedliche Stromdichte in der Elektrode.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstückes anzugeben, die einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist, und insbesondere ein gleichmäßigeres Bearbeiten des Werkstückes über die gesamte Länge der Elektrode ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrode mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Elektrode zeichnet sich dadurch aus, dass das elektrisch leitende Material und/oder das Isoliermaterial derart ausgewählt und geformt sind, dass sich beim Betrieb der Elektrode zumindest in den freiliegenden Bereichen unterschiedliche Stromdichten ergeben.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung werden unterschiedliche Stromdichten in der Elektrode dadurch erreicht, dass der Elektrodenkörper aus mindestens zwei Materialen mit jeweils unterschiedlichen spezifischen elektrischen Widerständen besteht. Vorzugsweise sind die nicht mit dem Isoliermaterial versehenen Bereiche der Oberfläche, also die freiliegenden Bereiche, die direkt an das Werkstück angrenzen, teilweise aus einem ersten Material mit einem ersten spezifischen elektrischen Widerstand und teilweise aus einem zweiten Material mit einem zweiten spezifischen elektrischen Widerstand. Hierbei weist das erste Material vorzugsweise einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand auf als das zweite Material.
Durch die Verwendung von zwei Materialien mit unterschiedlichen spezifischen elektrischen Widerständen zur Herstellung des Elektrodenkörpers, kann die lokale Stromdichte, welche während des ECM-Prozesses auf das Werkstück einwirkt, eingestellt und damit die abtragende Wirkung der Elektrode, die auf das Werkstück wirkt, über deren Länge gleichmäßiger werden. Als Materialen zur Herstellung der Elektrode kommen Metalle oder Metalllegierungen in Frage, beispielsweise Kupfer, Silber, Aluminium, Titan, Messing, Platin, Chrom, Nickel, Gold, Stahl oder deren Legierungen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektrodenkörper im wesentlichen zweigeteilt, wobei der Teil, also die Seite des Elektrodenkörpers, die mit der Spannungsquelle verbunden ist, aus dem ersten Material besteht und die andere, von der Spannungsquelle entfernte Seite des Elektrodenkörpers aus dem zweiten Material. Hierbei weist das unmittelbar an die Spannungsquelle angrenzende erste Material einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand auf, als das zweite Material.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Elektrodenkörper einen inneren Kernbereich aus einem Material mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand, welcher teilweise von dem zweiten Material mit höherem spezifischem elektrischem Widerstand umgeben ist. Vorzugsweise ist das Material des Kernbereichs mit der Spannungsquelle verbunden.
Das Material des Kernbereichs und das umgebende Material können über die Länge des Elektrodenkörpers variierende Dicken aufweisen. Somit variiert der elektrische Widerstand über die Länge der Elektrode und im Betrieb der Elektrode stellen sich an den freiliegenden Bereichen des Elektrodenkörpers unterschiedliche Stromdichten ein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das elektrisch leitende Material durch eine Zwischenisolation in einen inneren Kernbereich und einen äußeren Mantelbereich geteilt sein. Der Kernbereich ist an einer Seite mit einer Spannungsquelle verbunden und an seiner anderen Seite durch eine Kontaktverbindung mit dem Mantelbereich verbunden. Dies entspricht prinzipiell der Zuführung der Spannung von der Spitze der Elektrode her, wobei sich folglich im Betrieb der Elektrode an den freiliegenden Bereichen, die der Spitze am nächsten liegen, eine höhere Stromdichte einstellt als in den Bereichen, die fernab von der Spitze nahe der Halterung liegen.
Um die Stromdichte innerhalb der Elektrode lokal beeinflussen zu können, kann ferner in der Zwischenisolation mindestens ein Durchbruch vorgesehen sein, der den Kernbereich mit dem Mantelbereich unmittelbar elektrisch verbindet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es aber auch vorgesehen sein, dass die beiden Materialien des Elektrodenkörpers voneinander elektrisch isoliert sind und jedes Material mit einer eigenen Spannungsquelle verbunden ist. Somit kann die Spannung und damit der Stromfluss durch die beiden Teile des Elektrodenkörpers voneinander unabhängig geregelt werden.
Eine andere Möglichkeit zur Beeinflussung der Stromdichte in der Elektrode besteht erfindungsgemäß darin, das zwischen den freiliegenden Bereichen des Elektrodenkörpers angeordnete Isoliermaterial unterschiedlich dick auf dem Elektrodenkörper aufzubringen. Das elektrisch leitende Material bildet in den freiliegenden Bereichen Rippen zwischen dem Isoliermaterial aus, wobei der Querschnitt der Rippen in Richtung der Oberfläche des Elektrodenkörpers vorzugsweise kleiner wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei ergeben sich aus den Zeichnungen und ihren Beschreibungen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode in einer ersten Ausführung;
2 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode in einer zweiten Ausgestaltung;
3 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Elektrode nach dem Stand der Technik.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Elektrode.
5 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung einer Elektrode gemäß 4.
6 zeigt mögliche Querschnitte der in den 4 und 5 dargestellten Rippen 322, 324.
7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode.
8 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung der Elektrode gemäß 7.
9 zeigt eine nochmals abgewandelte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Elektrode.
10 zeige eine abgewandelte Ausgestaltung der Elektrode gemäß 9.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
3 zeigt eine ECM-Elektrode nach dem Stand der Technik. Die gezeigte Elektrode kann beispielsweise zur Bearbeitung von Lageroberflächen von fluiddynamischen Lagern verwendet werden. Die Elektrode 210 umfasst hierbei einen zylindrischen Elektrodenkörper 214, der an einer Seite in eine Halterung 212 aufgenommen werden kann. Die Elektrode 210 ist mit der Kathode einer Spannungsquelle 230 verbunden. Der Elektrodenkörper 214 ist im wesentlichen vollständig von einem Isoliermaterial 218 umschlossen, welches beispielsweise ein Kunststoffmaterial, ein Keramikmaterial oder keramikähnliches Material oder ein Kunststoff-Keramik-Komposit ist. Von der Isolierung 218 ausgenommen sind lediglich entsprechende freiliegende Bereiche 220 an denen das Material des Elektrodenkörpers bis an die Oberfläche reicht. Der Elektrodenkörper 214 besteht aus einem elektrisch leitenden Metall, beispielsweise aus Kupfer.
Aufgrund der einseitigen Zuführung der elektrischen Spannung zur Elektrode und dem spezifischen elektrischen Widerstand des Elektrodenmaterials nimmt die lokale Stromdichte in der Elektrode mit zunehmender Entfernung zur Spannungsquelle 230 ab.
1 zeigt nun eine verbesserte Elektrode 10 gemäß der Erfindung. Die Elektrode 10 umfasst wiederum einen Elektrodenkörper 14, der jedoch aus zwei unterschiedlichen Materialen besteht. Ein erster Teil des Elektrodenkörpers besteht aus einem ersten Material 14, beispielsweise aus Messing, während das andere Teil des Elektrodenkörpers aus einem zweiten Material 16, beispielsweise Kupfer, besteht. Der spezifische elektrische Widerstand von Messing ist größer als der spezifische elektrische Widerstand von Kupfer. Das Material 14 des Elektrodenkörpers 1 ist mit der Halterung 12 und mit einer Spannungsquelle 30 verbunden. Beide Materialien 14 und 16 des Elektrodenkörpers sind wiederum von einem Isoliermaterial 18 umgeben, wobei entsprechende freiliegende Bereiche 20 verbleiben, welche den eigentlichen elektrochemischen Effekt auf das zu bearbeitende Werkstück ausüben. Die freiliegenden Bereiche 20, die durch das erste Material 14 des Elektrodenkörpers gebildet werden, haben einen höheren elektrischen Widerstand und damit eine geringere Leitfähigkeit, als die anderen freiliegenden Bereiche 20, die durch das Material 16 des Elektrodenkörpers gebildet werden, da das Material 16 einen niedrigeren elektrischen Widerstand hat und damit eine höhere Stromdichte bei gleicher Spannung zulässt als vergleichsweise das Material 14 des Elektrodenkörpers. Durch Variation der beiden Materialien 14, 16 bzw. deren Geometrien des Elektrodenkörpers können die gewünschten Stromdichten im Elektrodenkörper eingestellt werden.
2 zeigt eine andere Ausgestaltung einer Elektrode 110. Die Elektrode 110 umfasst einen Elektrodenkörper bestehend aus einem Kernteil aus einem ersten Material 114 mit einem ersten spezifischen elektrischen Widerstand. Dieses Kernmaterial 114 erstreckt sich über die gesamte Länge der Elektrode 110 bis hin zur Halterung 112, wobei die Elektrode an eine Spannungsquelle 130 angeschlossen wird. An der der Halterung 112 zugewandten Seite ist der Elektrodenkern 114 mit einer Hülse aus einem anderen Material 116 mit einem höheren elektrischen spezifischen Widerstand umgeben. Sowohl das Material 114 als auch das Material 116 bilden entsprechende freiliegende Bereiche 120 aus, die bis an die Oberfläche der Elektrode 110 reichen und den ECM-Prozess bewirken. Die übrige Oberfläche der Elektrode 110 ist mit einem Isoliermaterial 118 beschichtet.
Im Material 114 ergibt sich bei Anlegen einer Spannung durch den niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand eine höhere Stromdichte als vergleichsweise im Material 116, welches einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Das Material 114 kann beispielsweise Kupfer sein, während das Material 116 aus Messing besteht.
Durch Auswahl der Materialien 114 und 116 sowie deren Geometrien bzw. deren Querschnitt usw., kann in den beiden Bereichen der Elektrode 110 eine gewünschte Stromdichte eingestellt werden.
In 4 wird eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode 310 mit der zugehörigen Halterung 312 dargestellt. Von dem Elektrodenkörper selbst sind jeweils vergrößerte Darstellungen gezeigt. Der Elektrodenkörper besteht aus einem elektrisch leitenden Material 314, das über die Halterung 312 mit einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Das Material 314 des Elektrodenkörpers ist mit einem Isoliermaterial 318 umgeben. Erfindungsgemäß weist das Isoliermaterial 318 über die Länge der Elektrode gesehen keine konstante Dicke auf, sondern variiert in seiner Dicke. Insbesondere in den freiliegenden Bereichen 320 der Elektrode, wo die Materialbearbeitung stattfindet, ist die Dicke des Isoliermaterials 318 erheblich größer als in den übrigen Bereichen der Elektrode. Dadurch bildet das elektrisch leitende Material 314 in den freiliegenden Bereichen 320 Rippen 322 zwischen dem Isoliermaterial 318 aus, deren Querschnitt in Richtung der Oberfläche des Elektrodenkörpers kleiner wird. Diese Rippen sind je nach Dicke des Isoliermaterials 318 unterschiedlich lang, wobei sich im Betrieb der Elektrode in jeder Rippe eine individuelle Stromdichte einstellt. Durch die Querschnittsform der Rippen kann die Stromdichte ebenfalls beeinflusst werden. Somit werden die Lagerrillen eines oder mehrerer Radiallager mit einer definierten, beispielsweise identischen Tiefe und Kontur hergestellt. In 4 ist eine konische Querschnittsform der Rippen 322 dargestellt.
5 zeigt eine im wesentlichen gleiche Ausführungsform der Elektrode wie 4, mit dem Unterschied, dass die Rippen 324 einen polygonen Querschnitt aufweisen und im Bereich der Oberfläche der Elektrode sehr schmal sind, so dass sich im Vergleich zu 4 hier geringere Stromdichten an der Oberfläche der Elektrode ergeben.
6 zeigt Beispiele von möglichen Querschnitten der Rippen 322 und 324 gemäß den 4 und 5. Es sind zylindrische Polygone oder auch Querschnitte mit gekrümmten Mantellinien denkbar.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 7 und 8 gezeigt. Diese Figuren unterscheiden sich nur minimal, so dass die nachfolgende Beschreibung grundsätzlich für beide Figuren gilt. Es ist wiederum die Elektrode 410 gezeigt, die in einer Halterung 412 befestigt ist. Der innere Elektrodenkörper besteht aus einem ersten elektrisch leitenden Material 414, das mit der Kathode einer Spannungsquelle 430 verbunden ist. Die Außenoberfläche des Kernmaterials 414 folgt einer bestimmten Konturlinie 436, das heißt das Kernmaterial 414 ist nicht überall gleich dick. Auf dieses Kernmaterial ist ein weiteres elektrisch leitfähiges Material 416 aufgebracht, das eine zylindrische Außenoberfläche hat, die durch ein Isolationsmaterial 418 abgedeckt ist. In dem Isolationsmaterial 418 ergeben sich freiliegende Bereiche 420, an denen das Material 416 bis zur Oberfläche des Elektrodenkörpers tritt. Durch die Konturlinie 436, die den Übergang zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Material 414 mit vorzugsweise einem niedrigen spezifischen Widerstand und dem zweiten elektrisch leitfähigen Material 416 mit vorzugsweise einem höheren elektrischen Widerstand definiert, stellen sich an den freiliegenden Bereichen 420 beim Betrieb der Elektrode unterschiedliche Stromdichten ein. Je weiter außen die Kontur 436 verläuft, das heißt je dünner das äußere Material 416 ist, desto besser ist die Leitfähigkeit in diesem Bereich und desto größer ist die erreichbare Stromdichte.
Im Gegensatz zu 7 zeigt 8 eine Elektrode 410, die eine von 7 abweichende Konturlinie 438 zwischen den beiden elektrisch leitenden Materialen 414 und 416 aufweist.
In 9 ist ein Schnitt einer weiteren Ausgestaltung einer Elektrode 510 gezeigt. Die Elektrode ist in einer Halterung 512 aufgenommen. In dieser Halterung befindet sich ebenfalls ein Anschluss für die Zuführung einer Elektrolytflüssigkeit 534 die im Bereich zwischen Elektrode 510 und Halterung 512 in Längsrichtung der Elektrode austritt. Der Elektrodenkörper umfasst einen durchgehenden Kern aus einem elektrisch leitenden Material 514, das von einer Zwischenisolation 526 umgeben ist. Dieser Kernbereich 514 ist mit der Kathode einer Spannungsquelle 530 verbunden. Die Zwischenisolation 526 trennt den inneren Kernbereich von einem äußeren Mantelbereich 514', der beispielsweise aus demselben elektrisch leitenden Material besteht, wie der innere Kernbereich 514. Das Material des äußeren Mantelbereichs 514' ist von einem Isoliermaterial 518 umgeben, wobei sich freiliegende Bereiche 520 ergeben, an denen das elektrisch leitende Material 514' an die Oberfläche tritt. Der innere Kernbereich 514 ist also von dem äußeren Mantelbereich 514' durch die Zwischenisolierung 526 isoliert. Um eine Verbindung zwischen den beiden elektrisch leitenden Materialen des inneren Kernbereiches 514 und des Mantelbereiches 514' herzustellen, ist an dem freien Ende der Elektrode eine Kontaktverbindung 528 vorgesehen, beispielsweise eine Lötstelle, an der der innere Kernbereich 514 mit dem äußeren Mantelbereich 514' verlötet ist.
Der durch die Spannungsquelle 530 eingespeiste elektrische Strom durchläuft den inneren Kernbereich und gelangt über die Kontaktverbindung 528 zum äußeren Mantelbereich. Das ist gleichbedeutend mit einer Stromzuführung von dem freien Ende der Elektrode, wobei sich im Betrieb der Elektrode an den freiliegenden Bereichen 520, die der Spitze am nächsten liegen, eine höhere Stromdichte einstellt, als in den Bereichen, die fernab von der Spitze nahe der Halterung 512 liegen.
10 zeigt im wesentlichen dieselbe Ausbildung der Elektrode wie 9, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Im Unterschied zu 9 sind hier jedoch in der Zwischenisolierung 526 Durchbrüche 532 vorgesehen, die eine lokale Beeinflussung der Stromdichte innerhalb der Elektrode ermöglichen. Im Bereich dieser Durchbrüche ist der Kernbereich mit dem Mantelbereich elektrisch leitend verbunden, so dass ein Teil des Stromes über diese Durchbrüche 532 zu den freiliegenden Bereichen 520 gelangt.
Vorzugsweise werden zum Betrieb der in den 9 und 10 dargestellten ECM-Elektroden zwei separate Spannungsquellen 530, 536 verwendet, wobei der innere Kernbereich 514 mit der ersten Spannungsquelle 530 und der äußere Mantelbereich 514' mit der zweiten Spannungsquelle 536 elektrisch leitend verbunden ist. Durch eine Variation der Spannungen werden die gewünschten Ströme an den jeweiligen Bereichen eingestellt, und somit die Tiefe und Breite der im Werkstück abgetragenen Lagerrilienstrukturen beeinflusst.

10: Elektrode
12: Halterung
14: erstes Material des Elektrodenkörpers
16: zweites Material des Elektrodenkörpers
18: Isoliermaterial
20: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)
30: Spannungsquelle
110: Elektrode
112: Halterung
114: erstes Material des Elektrodenkörpers
116: zweites Material des Elektrodenkörpers
118: Isoliermaterial
120: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)
130: Spannungsquelle
210: Elektrode
212: Halterung
214: Material (Elektrodenkörper)
218: Isoliermaterial
220: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)
230: Spannungsquelle
310: Elektrode
312: Halterung
314: Material (Elektrodenkörper)
318: Isoliermaterial
320: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)
322: Rippen
324: Rippen
410: Elektrode
412: Halterung
414: erstes Material des Elektrodenkörpers
416: zweite Materialien des Elektrodenkörpers
418: Isoliermaterial
420: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)
430: Spannungsquelle
436: Kontur
438: Kontur
510: Elektrode
512: Halterung
514: Material des Elektrodenkörpers (innerer Kernbereich)
514': Mantelbereich des Elektrodenkörpers
518: Isoliermaterial
520: Freiliegende Bereiche (d. Elektrodenkörpers)
526: Zwischenisolierung
528: Kontaktverbindung
530: 1. Spannungsquelle
532: Durchbruch
534: Anschluss für Elektrolytflüssigkeit
536: 2. Spannungsquelle

Claims

Elektrode (10; 110, 310; 410; 510) zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücks, mit einem Elektrodenkörper aus einem elektrisch leitenden Material (14, 16; 114, 116; 314; 414, 416; 514), dessen Oberfläche teilweise mit einem Isoliermaterial (18; 118; 318; 418; 518) versehen ist, so dass nicht isolierte, freiliegende Bereiche (20; 120; 320; 420; 520) des Elektrodenkörpers verbleiben, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material (14, 16; 114, 116; 314; 414, 416; 514) und/oder das Isoliermaterial derart ausgewählt (18; 118; 318; 418; 518) und geformt werden, dass sich beim Betrieb der Elektrode unterschiedliche Stromdichten im Elektrodenkörper ergeben.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper aus mindestens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitenden Material (14, 16; 114, 116; 414, 416) mit jeweils unterschiedlichen spezifischen elektrischen Widerständen besteht.
Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die freiliegenden Bereiche (20; 120) des Elektrodenkörpers teilweise aus dem ersten Material (14, 114) mit einem ersten spezifischen elektrischen Widerstand und teilweise aus dem zweiten Material (16; 116) mit einem zweiten spezifischen elektrischen Widerstand bestehen.
Elektrode nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (14; 114) einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als das zweite Material (16; 116).
Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkörper an einer Seite mit einer Spannungsquelle (30) verbunden ist, wobei diese Seite des Elektrodenkörpers aus dem ersten Material (14) mit höherem spezifischem elektrischen Widerstand besteht an welches sich das zweite Material (16) mit niedrigem spezifischem elektrischen Widerstand anschießt.
Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer Kernbereich (116; 414) des Elektrodenkörpers mit einer Spannungsquelle (130; 430) verbunden ist und aus einem Material mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand besteht, das teilweise mit einem Material (114; 416) mit einem höheren spezifischen elektrischen Widerstand umgeben ist.
Elektrode nach Anspruch 6, dass die beiden Materialien (114, 116) über die Länge des Elektrodenkörpers in ihrer Dicke variieren.
Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Materialien (14, 16; 114, 116) des Elektrodenkörpers voneinander isoliert sind, und jedes Material mit Mitteln zum Anschluss an eine separate Spannungsquelle verbunden ist.
Elektrode nach Anspruch 1, dass das elektrisch leitende Material durch eine Zwischenisolation (526) in einen inneren Kernbereich (514) und einen äußeren Mantelbereich (514') geteilt ist, wobei der Kernbereich an einer Seite mit einer Spannungsquelle (530) verbunden und an der anderen Seite durch eine Kontaktverbindung (528) mit dem Mantelbereich verbunden ist.
Elektrode nach Anspruch 9, dass in der Zwischenisolation (526) mindestens ein Durchbruch (532) vorgesehen ist, der den Kernbereich mit dem Mantelbereich elektrisch verbindet.
Elektrode nach Anspruch 1, dass das zwischen den freiliegenden Bereichen (320) des Elektrodenkörpers angeordnete Isoliermaterial (318) eine veränderliche Dicke aufweist.
Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material (314) in den freiliegenden Bereichen (320) Rippen (322; 324) zwischen dem Isoliermaterial (318) ausbildet, deren Querschnitt in Richtung der Oberfläche des Elektrodenkörpers kleiner wird.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Materialien (14, 16; 114, 116; 314; 414, 416; 514) aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Materialien (14, 16; 114, 116; 314; 414, 416; 514) der folgenden Gruppe von Metallen entstammen: Kupfer, Silber, Aluminium, Titan, Messing, Platin, Chrom, Nickel, Gold, Stahl, oder deren Legierungen.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein Bauteil eines fluiddynamischen Lagers ist.
Werkzeug zur Bearbeitung der Lagerflächen eines fluiddynamischen Lagers, gekennzeichnet durch eine Elektrode (10; 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren zum Aufbringen von Rillenstrukturen auf die Lagerflächen eines fluiddynamischen Lagers, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Elektrode (10; 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.