DE2755792A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrochemischen polieren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum elektrochemischen polieren

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Description

Verfahren und Vorrichtung zum elektrochemischen
Polieren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrochemischen Polieren und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stromversorgung einer Anlage zum elektrochemischen Polieren metallischer oder anderer elektrischleitender Flächen.
Die elektrochemische Polieranlage, auf die sich die Erfindung bezieht, kann eine Werkzeugelektrode mit einem elektrischleitenden Körper einschließlich elektrischnichtleitender kleiner Vorsprünge umfassen, die gleichmäßig auf der Arbeitsfläche des Körpers vorgesehen sind. Eine derartige Werkzeugelektrode kann insbesondere lösbar mit einem Werkzeughalter für Hand- oder tragbaren Einsatz der Anlage gekoppelt sein, wobei der Werkzeughalter seinerseits einer Elektrolytversorgung zugeordnet ist, die einen Polier- oder Abtrag-Elektrolyten von einem Vorrat zu einem Bereich einer Werkstückfläche speist, die durch ein Fluid oder eine Flüssigkeit zu polieren ist, die innerhalb der Werkzeugelektrode und des Halters vorgesehen ist und miteinander in Verbindung steht. Ein Anschluß der Werkzeugelektrode ist mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbunden, deren positiver Pol über einen Leiter mit einem Anschluß in Verbindung steht, der am Werkstück so leitend angebracht ist, daß das Material elektrolytisch von der Werkstückfläche abgetragen werden kann, die gegenüber der Werkzeugelektrode angeordnet ist, um so das Werkstück zu polieren. In derartigen herkömmlichen elektrochemischen Poliervorrichtungen gibt die Stromquelle gewöhnlich einen Gleichstrom oder einen pulsierenden Strom ab. Was nun die
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Verwendung geformter diskreter Impulse bei der herkömmlichen elektrochemischen Bearbeitung anbelangt (vgl. US-PS 3 654 116), so ist dort die Impulsdauer relativ lang.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß beim elektrochemischen Polieren ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird, wenn elektrische Impulse einer Impulsdauer in einem gewissen Bereich gewählt werden. Die Erfindung ist insbesondere für eine tragbare elektrochemische Polieranlage vorteilhaft, bei der das Polieren mit einer von Hand gehaltenen Werkzeugelektrode erfolgt, wodurch der Spaltzustand zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück an sich nicht festlegbar ist.
Die Erfindung sieht nun ein Verfahren zum elektrochemischen Polieren vor, bei dem ein elektrischer Strom mit Impulsverlauf zwischen einem Werkstück und einer daneben vorgesehenen Werkzeugelektrode in Gegenwart eines Elektrolyten zum elektrochemischen Polieren der Werkstückflache angelegt wird, wobei die Impulse eine Impulsdauer nicht größer als 100 ,us haben.
Vorzugsweise liegt die Impulsdauer oder Einschaltzeit im Bereich zwischen 1 und 50 ^us. Die Impuls-Ausschaltzeit ist vorzugsweise mehr als doppelt so groß als die Impuls-Einschaltzeit.
Der Elektrolyt wird durch den Polierspalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück gespült, um vom Werkstück erodiertes Material abzutragen.
Vorzugsweise wird ein Impuls der umgekehrten Polarität zwischen den benachbarten Impulsen der gewöhnlichen Polarität eingespeist.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Gleichstromquelle, ein Schaltglied zum Ein/Aus-Steuern des Ausganges der Gleichstromquelle und einen Impulsgeber zum Einspeisen von Schalt-Steuerimpulsen in das Schaltglied aufweisen. Die Gleichstromquelle kann vorzugsweise einen Spannungs-Stabilisier-Regler haben.
Die Vorrichtung hat vorzugsweise einen Fühler, der auf einen elektrischen Parameter anspricht, der den Zustand des elektrochemischen Polierspaltes zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück darstellt. Ein derartiger Fühler kann ein Widerstand in Reihe zum Spalt und einer Spannungsquelle sein, um die Größe des durch den Spalt fließenden elektrochemischen Polierstromee zu erfassen, oder ein Widerstand parallel zum elektrochemischen Polierspalt, um die anliegende Spannung zu ermitteln.
Das den Spaltzustand darstellende elektrische Signal kann zum Ändern der Grund-Schalt-Steuerimpulse in einer Weise, in der ein Parameter der elektrochemischen Stromimpulse, d. h. der Impuls-Einschaltzeit, -Ausschaltzeit und/oder Amplitude geändertw"^verwendet werden, und zwar entsprechend dem Spaltzustand, so daß das elektrochemische Polieren unter optimalen Bedingungen fortschreitet.
Der elektronische Schalter kann so an seinem Eingang oder seinen Steuerelektroden ein Gatter mit zwei Eingangsanschlüssen aufweisen, von denen einer die Grund-Schalt-Steuerimpulse vom Impulsgeber und der andere ein Steuersignal vom Spaltzustands-Fühler aufnimmt, um geänderte Impulse an den Spalt abzugeben. Alternativ kann der Impulsgeber mehrere Konstantzeit-Netzwerke haben, die die Einschalt-Zeit und/oder die Ausechalt-Zeit der Impulse bestimmen und wahlweise ab-
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hängig vom Spaltzustands-Fühler betätigbar sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Stromversorgung ein Gleichstrom-Wechselstrom-Gleichstromstromrichter sein, der aufweist einen durch Netzstrom erregbaren Eingang, einen Gleichrichter zum Erzeugen eines Gleichstrom-Ausgangssignales aus dem Netzstrom, ein Schaltglied zum Ein/Aus-Steuern des Gleichstromes sowie einen zugeordneten Impulsgeber zum Erzeugen einer Impulsfolge einstellbarer Frequenz, z. B. im Bereich von 10 bis 50 kHz, einen Transformator zum Transformieren der Impulse in Wechselstrom-Impulse und einen Gleichrichter zum Umwandeln der Wechselstrom-Impulse in Gleichstrom-Impulse zur Einspeisung zwischen die Werkzeugelektrode und das Werkstück. Das Wechselstrom-Ausgangssignal kann hier in vorteilhafter Weise auch zum Erregen eines Schwingarmes eines Ultraschall-Polier-Werkzeuges dienen, so daß das Polieren zusammen durch Elektrolyt- und Ultraschall-Bearbeitung durchführbar ist. Weiterhin können die gleichgerichteten Gleichstromimpulse zur Erregung von Galvanisierelektroden dienen, so daß das Polieren eines Werkstückes vor und/oder nach dessen elektrolytischer Abscheidung durchführbar ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Werkzeugelektrode und durch ein erfindungsgemäß damit zu polierendes Werkstück,
Fig. 2 eine elektrochemische Polieranlage, bei der die Erfindung anwendbar ist,
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Fig. 3 Schaltbilder verschiedener bevorzugter bis 5 Schaltungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 6 ein Schaltbild einer weiteren Impulsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 7 den Verlauf von Impulsen, die nach einem bestimmten Gesichtspunkt der Erfindung geändert sind, und
Fig. 8 Schaltbilder weiterer Impulsvorrichtungen und 9 nach Ausführungsbeispielen der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Werkzeugelektrode T gezeigt, die ein poröser Abrieb- oder Schleifkörper sein kann, der durch Auftragen eines Metalles auf den Wandteilen der Poren elektrischleitend gemacht ist und Abrieb- oder Schleif-Vorsprünge A aufweist, die gleichmäßig auf einer Arbeitsfläche M vorgesehen sind. Bekanntlich kann die Werkzeugelektrode T alternativ auch einen Metall-Körper haben, in den Abrieb- oder Schleif-Partikel A oder eine Masse von Abrieb- oder Schleif-Partikeln eingebettet sind, die durch ein Metall verbunden sind. Eine derartige Werkzeugelektrode T ist neben einem zu polierenden Werkstück W dargestellt und hat eine Innenöffnung B, die einen flüssigen Elektrolyten E von einem (nicht dargestellten) Vorrat in einen Polierspalt G entlang der Pfeilrichtung führt, wobei der verwendete oder verbrauchte Elektrolyt zum Vorrat zurückgeleitet und nach einer Filterung wieder zum Spalt G gespeist wird. Mit der Werkzeugelektrode T und dem Werkstück W ist auch eine Stromquelle 1 verbunden, die einen
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gepulsten elektrochemischen Polierstrom nach der Erfindung einspeist.
In Fig. 2 ist das Werkstück W ein Spritzguß-Preßwerkzeug, das durch elektrische Entladungsbearbeitung hergestellt ist, mit einem Hohlraum C, der durch ein elektrochemisches Polierwerkzeug 2 mit einer Stromquelle 1 nach der Erfindung fertigzustellen ist. Die Elektrode T des Werkzeuges 2 ist über eine Kopplung 3 an einem Halter Ί befestigt, auf den eine Isolierschicht aufgetragen ist (vgl. Fig. 2). Weiterhin haben das Werkzeug T und der Halter 1I miteinander in Verbindung stehende Fluidkanäle, um den flüssigen Elektrolyten vom Vorrat über ein Einlaßrohr 5 in den Bearbeitungsspalt zu speisen, so daß er durch diesen gespült wird, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Poliereinrichtung 2 kann in vorteilhafter Weise mit mehreren Werkzeugen T unterschiedlicher Formen und Größen entsprechend bestimmter Ausführungen der auf dem Werkstück W zu polierenden Stellen verwendet werden. Der Werkzeughalter k hat eine elektrische Leitung 1I, die koaxial zum Elektrolyt-Sperserohr 5 vorgesehen und mit dem negativen Pol der Stromquelle 1 verbunden ist. Der positive Pol der Stromquelle 1 hat eine Leitung, die an das Werkstück W über z. B. eine (nicht dargestellte) magnetische Kopplung anschließbar ist. Der Elektrolyt im Polierbereich auf dem Werkstück W wird durch eine (nicht dargestellte) Pumpe gesammelt, um in den Vorrat zurückgeleitet zu werden.
In den Fig. 3 bis 5 sind verschiedene Schaltungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen und oben erläuterten Verfahrens gezeigt.
Die Schaltung der Fig. 3 hat Eingangsanschlüsse 10a
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und 10b, die von einem Wechselstromnetz gespeist sind, und einen Spannungsregler 11, der an seinem Ausgangsanschluß eine Gleichspannung oder ein Ausgangssignal konstanter Amplitude erzeugt. Der Spannungsregler 11 kann in herkömmlicher Weise aufgebaut sein (vgl. US-PS 3 9^7 und die dort als Entgegenhaltungen genannten US-Patentschriften) .
Mit den Ausgangsanschlüssen 11a und 11b des Spannungsreglers 11 sind in Reihe verbunden ein Strombegrenzer-Widerstand R, ein Schalter 12, wie z. B. ein Transistor (wie dargestellt), ein Thyristor oder ein anderes elektronisches Schalt-Bauelement, und ein Polierspalt G aus einer Werkzeugelektrode 13 und einem daneben in einem Arbeitsbehälter 15 bei Vorliegen eines flüssigen Elektrolyten angeordneten Werkstück 1*1. Damit der Elektrolyt im Bereich des Spaltes G umgewälzt wird, können eine (nicht dargestellte) Pumpe und (nicht dargestellte) Leitungen vorgesehen sein, um den Elektrolyten mit dem Behälter 15 zu koppeln.
Der Schalter 12 wird durch einen Impulsgeber ein- und ausgeschaltet, der Steuerimpulse einer voreingestellten Einschalt-Zeit und Ausschalt-Zeit in den oben erläuterten Bereichen erzeugt, damit an der Elektrode 13 und dem Werkstück Ik der Polierstrom mit dem Verlauf von Impulsen grundsätzlich entsprechend der Einschalt-Zeit und der Ausschalt-Zeit und einer Amplitude liegt, die durch den Widerstand R eingestellt ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der gepulste elektrochemische Polierstrom mit den Arbeitsbedingungen geändert. Die Amplitude, die Ein-
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schalt-Zeit und/oder die Ausschalt-Zeit der elektrolytischen Polierimpulse können also mit der Spaltspannung, dem Strom und/oder der Impedanz zwischen der Elektrode 13 und dem Werkstück 14 gesteuert werden, die sich mit der elektrochemischen Polierbedingung ändern.
Die Schaltung der Fig. 3 spricht auf den Spaltstrom an und hat hierzu einen Fühlerwiderstand 18 in Reihe zum Schalter 12 und dem elektrochemischen Polierspalt G zwischen der Elektrode 13 und dem Werkstück I1*. Dem Fühlerwiderstand 18 ist ein Verstärker 19 an seinem Ausgang nachgeschaltet. Der Ausgang des Verstärkers 19 ist mit dem ersten Eingang 17a eines UND-Gliedes verbunden, an dessen zweitem Eingang 17b Steuerimpulse vom Impulsgeber 16 liegen. Der Verstärker 19 unterscheidet hier die Größe des Spalt- oder elektrochemischen Polierstromes, der durch den Widerstand 18 erfaßt wird, bezüglich eines voreingestellten Wertes, so daß, wenn z. B. der Spaltstrom diesen Wert überschreitet, ein "O"-Signal abgegeben wird, das in den ersten Eingang 17a eingespeist wird, um den Durchgang und die Einspeisung von Steuerimpulsen vom Impulsgeber 16 zum Schalter 12 zu sperren, wodurch die Frequenz oder das Ein/Aus-Zeitverhältnis der Impulse am elektrochemischen Polierspalt G verringert wird. Dies führt zu einer erhöhten Gleichmäßigkeit der polierten Fläche auf dem Werkstück 14.
Die Schaltung der Fig. 4 verwendet einen Pulssteller-. Verstärker 20, der einer Bezugsspannungsquelle 21 und einem Fühlerwiderstand 18 zugeordnet ist. Der Vergleich der Bezugsspannung 21 mit der Spannung am Widerstand 18 abhängig von der Größe des zwischen der Elektrode 13 und dem Werkstück 14 fließenden elektrochemischen Polierstromes bewirkt, daß der Verstärker
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10 den Schalter 12 mit veränderlichen Einschalt/Ausschalt-Zeiten wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 gesteuert ein- und ausschaltet. Der Pulssteller-Verstärker kann von herkömmlicher Art sein (vgl. z. B. Texas Instruments Regulating Pulse Width Modulators Types SG1524, SG2524, SG3524).
Bei der Schaltung der Fig. 5 wird ein Multivibrator 22 herkömmlichen Aufbaues als Impulsgeber zum Einspeisen der Grund-Schalt-Steuerimpulse in den Schalter 12 verwendet. Die Grund-Schalt-Steuerimpulse und die dadurch bestimmten elektrochemischen Polierstrom-Impulse werden wie bei den obigen Ausführungsbeispielen geändert, nämlich hier durch einen Vergleicher 23, der die an einer Z-Diode 24 liegende Bezugsspannung mit der Spannung am Fühlerwiderstand 8 vergleicht, der auf die Größe des durch den Spalt G fließenden elektrochemischen Polierstromes anspricht.
In Fig. 6 ist eine andere Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. In dieser Schaltung liegen die Elektrode 13 und das Werkstück 14, die dazwischen den elektrochemischen Polierspalt G bilden, in Reihe zu einem elektronischen Schalter 12, der hier aus drei Transistoren 12a, 12b und 12c besteht, und zu einer Gleichstromquelle 11. Der Schalter 12 wird durch einen Impulsgeber 16 ein- und ausgeschaltet, der ein Multivibrator mit einer Zeit-Einstelleinrichtung 16f sein kann, die hier aus drei Paaren von Transistoren und Widerständen 16a, 16b und l6c besteht, die parallel zueinander liegen und wahlweise betätigbar sind. Der Widerstandswert der Widerstände in diesen Paaren wird auf verschiedene Werte eingestellt, so daß bei eingeschaltetem Netzwerk l6a die Impuls-Ausschaltzeit des Impulsgebers 16 einen Mindest-
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wert hat, bei eingeschaltetem Netzwerk l6c einen Höchstwert aufweist und bei eingeschaltetem Netzwerk 16b einen Mittelwert annimmt.
Am Ausgang des Impulsgebers 16 sind drei Gatter oder Verknüpfungsglieder l?a, 17b und 17c vorgesehen, die mit drei Schalttransistoren 12a bzw. 12b bzw. 12c verbunden sind. Diese Gatter haben einen zusätzlichen Eingangsanschluß a bzw. b bzw. c und sind jeweils freigegeben oder eingeschaltet, wenn das entsprechende Eingangssignal vorliegt. Die Schalter 12a, 12b und 12c sind weiterhin in Reihe einem Widerstand R1 bzw. R2 bzw. R, mit verschiedenen Widerstandswerten zugeordnet, die die Größe der am Spalt liegenden Stromimpulse bestimmen .
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Reihenschaltung aus einer Hilfsspannungsquelle 26 und einem Transistor 27 am Spalt G vorgesehen. Der Transistor ist hier so ausgelegt, daß er durch die phasenumgekehrten Signale der Ausgangsimpulse vom Impulsgeber 16 ein- und ausschaltbar ist, die an einem Phasenumkehr-Transistor 31 auftreten, so daß die Spannung von der Hilfsspannungsquelle 26, die als Prüf- oder Testspannung dient, am Spalt während jeder Ausschalt-Zeit der elektrochemischen Polierstrom-Impulse auftritt. Der Widerstandswert oder die Impedanz während der Impuls-Ausschalt-Zeit wird so wahlweise an einem weiteren Wideretand 28 erfaßt, der während der Impuls-Einschalt-Zeit durch einen anderen Widerstand 29 überbrückt ist, der durch den Einschalt-Impuls vom Impulsgeber 16 einschaltbar ist. Der Fühlerwiderstand 28 ist mit einem Diskriminator aus drei Schwellenwertgliedern 30a, 30b und 30c verbunden, die aus Schmitt-Triggern mit Schwellenwert- oder
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Trigger-Spannungspegeln V,Qa > V,Qb > V,Oc und verschiedenen Ausgangsanschlüssen a bzw. b bzw. c bestehen.
Sooft im Betrieb der Polierstrom ausgeschaltet ist, wird der Schalter 27 eingeschaltet, damit die Testspannung von der Hilfsspannungsquelle 26 am Spalt G bei ausgeschaltetem Schalter 29 liegen kann. Eine Spannung proportional zur Spaltspannung liegt dann am Widerstand 28 und wird durch den Diskriminator 30 unterschieden. Wenn so der Spalt unter einer normalen Bedingung ist, tritt am Ausgang b ein "!."-Signal auf, um den Schalter 16b einzuschalten, wodurch die Impuls-Ausschalt-Zeit auf einen vorbestimmten mittleren Wert eingestellt wird. Gleichzeitig gibt das "1"-Signal am Ausgang b wahlweise das Gatter 17b frei, damit der Schalter 12b allein betrieben wird. Dann fließt der gepulste elektrochemische Polierstrom, dessen Größe durch den Widerstand R- eingestellt ist.
Wenn im Spalt ein Zustand hoher Impedanz vorliegt, wird am Ausgang a ein "1"-Signal erzeugt, um den Einstellkanal 16a zu betätigen, wodurch die Impuls-Ausschalt-Zeit auf einen vorbestimmten verringerten Wert eingestellt wird, der durch diesen Kanal erzeugt ist. Das "1"-Signal am Ausgang a gibt auch wahlweise das Gatter 17a frei, so daß der Schalter 12a allein schaltgesteuert ist. Es fließt dann der gepulste elektrochemische Polierstrom mit erhöhter Größe, die durch den Widerstand R1 eingestellt ist. Eine Folge geänderter Impulse für den Spalt mit einem Zustand hoher Impedanz ist in Fig. 7A gezeigt.
Wenn der Spalt G unter einem Zustand niedriger Impedanz ist, wird ein "!"-Signal am Ausgang c er-
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zeugt, um den Einstellkanal 16c zu betätigen, wodurch die Impuls-Ausschalt-Zeit auf einen vorbestimmten erhöhten Wert einstellbar ist, der durch diesen Kanal erzeugt wird. Gleichzeitig gibt das "1"-Signal am Ausgang c wahlweise das Gatter 17c frei, damit der Schalter 12c allein angesteuert wird. Der gepulste elektrochemische Polierstrom fließt dann mit verringerter Größe, die durch den Widerstand R, eingestellt ist. Eine Folge geänderter Impulse für den Spalt in einem Zustand geringer Impedanz ist in Fig. 7C gezeigt. Fig. 7B zeigt eine Folge von Impulsen bei normalem Spaltzustand.
Ein elektrochemisches Polieren eines Stahlwerk-Stückes mit der Impulsschaltung nach den Fig. 6 und 7 führt zu hervorragenden Ergebnissen, wobei z. B. eine Impuls-Einschalt-Zeit von 10 ^us und ein Impuls-Ausschalt/Einechalt-Zeit-Verhältnis von 1/1 bei einem Spaltzustand normaler Impedanz, ein erhöhtes Ausschalt/ Einschalt-Zeit-Verhältnis von 5/1 bei einem Spaltzustand niedriger Impedanz sowie ein verringertes Ausschalt/Einschalt-Zeit-Verhältnis von 0,3/1 bei einem Spaltzustand hoher Impedanz gewählt werden können.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem ein Eingangssignal Ml von einer Netzstromquelle über einen Zweiweg- oder Vollweggleichrichter 42 gespeist wird, um an dessen Ausgangsanschlüssen einen Gleichstrom zu erzeugen. In Reihe zum Zweiweggleichrichter 42 ist ein elektronischer Schalter 43, z. B. ein Transistor, vorgesehen, der durch einen Impulsgeber oder einen Oszillator 44 einstellbarer Frequenz im Bereich zwischen 10 und 50 kHz ein/aus-gesteuert ist, um das Gleichstrom-Ausgangssignal wie bei den obigen Ausführungsbeispielen
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bei der eingestellten Frequenz zu pulsen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Transformator 45 vorgesehen, der das gepulste Gleichstrom-Ausgangssignal in ein Wechselstrom-Ausgangssignal gleicher Frequenz umwandelt. Auf diese Weise wird das Hochfrequenz-Wechselstrom-Ausgangssignal über einen Kondensator 46 parallel zur Primärwicklung 451 des Transformators 45 abhängig vom Ein/Aus-Betrieb des Schalters 43 erzeugt und durch den Transformator 45 umgewandelt. Der Impulsgeber 44 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in seiner Schwingung durch eine Wicklung 452 und eine Ausgangswicklung 453 des Transformators 45 gesteuert, um ein Ausgangssignal gesteuerter Frequenz und Spannungsamplitude zu erzeugen.
Von der Sekundärwicklung 453 des Transformators 45 wird das Hochfrequenz-Wechselstrom-Ausgangssignal hier zur direkten Verwendung beim Erregen eines Ultraschall-Schwingers 47 mit einem Ultraschall-Bearbeitungskopf 48 herkömmlicher Auslegung erzeugt, der zum Ultraschall-Polieren der Fläche eines Werkstückes 14 mittels Abrieb-Partikeln geeignet ist, die auf dem Kopf 48 gebunden sind oder in Suspension zwischen den Kopf 48 und das Werkstück 14 eingespeist sind. Andererseits wird das gleiche Ausgangssignal über einen Gleichrichter 49 gespeist, um Hochfrequenz-Gleichstromimpulse zur Verwendung mit der elektrochemischen Poliereinrichtung 2 aus der Werkstückelektrode T auf dem Halter 4 zu erzeugen, wie dies oben erläutert wurde.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 hat auch einen Umschalter 54, damit eine abwechselnde oder gemeinsame Verwendung der Ultraschall- und elektrochemischen Poliervorrichtung möglich ist, und einen zweiten Umschalter 55 zur Umpolung des gepulsten elek-
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trischen Stromes, so daß die Vorrichtung außerdem für gepulstes elektrisches Auftragen oder Galvanisieren verwendbar ist. Weiterhin ist ein Strommesser 53 im elektrochemischen Schaltungsteil vorgesehen, damit der Betrag des Materialabtrages bestimmt werden kann, der proportional zum gemessenen Produkt aus Stromstärke (A) und Zeit (h) ist.
Mit der Vorrichtung der Fig. 8 kann das Peinbearbeiten des Werkstückes 1Ί zunächst mit dem Ultraschall-Polierer 48 und danach mit dem elektrochemischen Polierer 2 oder umgekehrt oder durch abwechselnden Betrieb erfolgen, möglicherweise auch zusammen mit einer elektrolytischen Abscheid-Peinbearbeitung durch Umpolung im elektrochemischen Schaltungsteil. Das Polierfluid, der Elektrolyt und die Abscheidungsflüssigkeit werden dann durch (nicht dargestellte) Düsen eingespeist, die in den jeweiligen Einheiten in den jeweiligen Schritten vorgesehen sind. Bei einer Elektrode mit einem schwammähnlichen Glied kann dieses mit einem Polierfluid in Berührung mit der Werkstückfläche zur Einspeisung in den Polierspalt getränkt sein.
Wie oben erläutert wurde, dient der Gleichstrom-Wechselstrom-Gleichstrom-Stromrichter hier zum Erzeugen eines gepulsten oder Wechselstromes ausreichender Hochfrequenz, z. B. im Bereich von 10 bis 50 kHz oder ausreichend schmaler Impulsbreite nicht über 100 ,us und vorzugsweise zwischen 1 und 50 ,us, wie dies oben erläutert wurde. Demgemäß kann dessen an der Ausgangswicklung des Transformators 45 induziertes Ausgangssignal direkt zur gemeinsamen Stromversorgung für den elektrochemischen und den Ultraschall-Polierer verwendet werden. Weiterhin kann der Transformator 45 wegen seiner Hochfrequenz-Betriebseigenschaften kom-
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pakt ausgeführt werden, wodurch die gesamte Stromversorgung mit kleinen Abmessungen und geringem Gewicht herstellbar ist. Zusätzlich sei darauf hingewiesen, daß die einfache Anordnung eines Gleichrichters 49 in einem Zweig auf der Ausgangsseite des Transformators 45 eine Poliereinheit mit mehreren Funktionen ermöglicht, die eine einheitliche und kompakte Stromversorgung besitzt .
In der Sekundärwicklung des Transformators 45 können zusätzlich mehrere Anzapfungen oder Abgriffe für Spannungseinstellungen zur Auswahl vorgesehen sein, und von der Wicklung 453 isolierte Spulen können zur Gleichrichtung oder direkten Verwendung dienen.
Eine abgewandelte Schaltung in Fig. 9 verwendet einen Transformator 45, einen Schalter 43 und einen Oszillator oder Impulsgeber 44, die alle den entsprechenden Teilen beim vorherigen Ausführungsbeispiel gleichen. An Anschlüssen 60 wird ein Gleichstrom-Ausgangssignal abgegeben, das durch den Gleichrichter 42 erzeugt und den Schalter 43 abhängig vom Betrieb des Oszillators 44 gepulst ist, und an der Sekundärwicklung 453 des Transformators 45 wird ein Hochfrequenz-Wechselstrom-Ausgangssignal zur Erregung eines Ultraschall-Polierers 47' wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel erzeugt. Bei der Schaltung der Fig. 9 hat der Schaltungsteil zur Erregung eines elektrochemischen Polierers 2 einen Zweiweg- oder Vollweggleichrichter 49', einen Induktor oder eine Spule 61 und einen Kondensator 62, die ein geglättetes Gleichstrom-Ausgangssignal erzeugen, und zusätzlich einen Schalter 63 (wiederum als Transistor dargestellt), der durch einen Oszillator oder Impulsgeber 64 ein/aus-gesteuert ist, um zur
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elektrochemischen Einrichtung 2 eine Folge von Impulsen einer Frequenz zu speisen, wobei die Impuls-Einschalt-Zeit und -Ausschalt-Zeit durch den Impulsgeber 6M einstellbar ist. Wie oben erläutert wurde, wird die Impulsdauer oder Einschalt-Zeit erfindungsgemäß im Bereich von 1 bis 100 ,us oder nicht über 50 ,us eingestellt, und die Ausschalt-Zeit wird auf ähnliche Weise eingestellt. Mittels Impulsen von derartigen Impulsbreiten kann ein verbessertes Feinbearbeiten bei erhöhter Stromdichte erzielt werden, wodurch der Wirkungsgrad beim Bearbeiten gesteigert werden kann, während eine gleichmäßig polierte Fläche hoher Qualität gewährleistet ist. Weiterhin ist ein Feinbearbeiten einer komplizierten Fläche mit befriedigendem Ergebnis möglich, und das Ausschalten oder Ändern der Stromparameter nach Auftreten eines Kurzschlusses oder Lichtbogens am Bearbeitungsspalt ist wesentlich erleichtert.
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Claims (1)

  1. BEETZ - LAMPRECHT- BEETZ PATENTANWÄLTE
    8OOO MUnehen 22 - Steinedorfetr. IO Dipt.-mg. R. beetz sen.
    TELEFON (089)22 7»OI -82 7244-395910 Dlpl.-lng. K. LAMPRECHT
    TELEFON (089)
    Telex622O48-Telegr«mm Allp«tent München Dr.-Ing. R-B ^
    Olpl.-Phya. U. HEIDRICH auch Rechtsanwalt Dr.-Ing. W. TIMPE Dlpl.-lng. J. SIEQFRIED
    58l-27.647P(27.648H) 14. Dez. 1977
    Inoue-Japax Research Incorporated, Yokohamashi, Kanagawaken
    Japan
    Ansprüche
    ■ 1. Verfahren zum elektrochemischen Polieren,
    bei dem Stromimpulse zwischen ein Werkstück und
    eine benachbarte Werkzeugelektrode in Gegenwart eines Elektrolyten gespeist werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer maximal 100 ,us beträgt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Impulsdauer oder die Einschalt-Zeit 1-50 /US beträgt.
    3· Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ausschalt-Zeit bzw. das Zwischenimpulsintervall zwischen benachbarten Impulsen mehr als doppelt so lang wie die Einschalt-Zeit ist.
    58l-(A 558)-KoEIs
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    H. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß ein umgepolter Impuls zwischen benachbarten Impulsen normaler Polarität liegt.
    5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß wenigstens ein Impuls-Parameter abhängig von wenigstens einem der den Spaltzustand zwischen der Werkzeugelektrode (T) und dem Werkstück (W) darstellenden elektrischen Spalt-Parameter geändert wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    daß der wenigstens eine Impuls-Parameter die Impuls-Einschalt-Zeit oder die Impuls-Ausschalt-Zeit oder die Impuls-Amplitude ist.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Spalt-Parameter der Spalt-Strom, die Spalt-Spannung oder die Spalt-Impedanz ist.
    8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Elektrolyt (E) in den elektrochemischen Polier-Bereich gespült wird.
    9. Vorrichtung zum elektrochemischen Polieren, mit einer Gleichstromquelle,
    mit einem elektronischen Schalter, der wirkungsmäßig mit der Gleichstromquelle und einem elektrochemischen Polier-Spalt zwischen einer Werkzeugelektrode (T) und einem Werkstück (W) verbunden ist, und
    mit einem Impulsgeber, der wirkungsmäßig dem elektronischen Schalter zugeordnet ist und diesen ein- und aus-
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    schaltet, um zum Spalt-Stromimpuls zu speisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer höchstens 100 ,us beträgt.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gleichstromquelle (1) einen Spannungsregler (11) hat.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch
    einen Fühler, der auf einen, den Zustand des Spaltes (G) darstellenden elektrischen Spalt-Parameter anspricht und ein Signal abgibt, so daß ein Impuls-Parameter mit diesem Signal änderbar ist (Fig. 3).
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler einen Pulssteller (20) hat (Fig.
    13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler aufweist:
    einen Fühlerwiderstand (18) der den Stromfluß durch den Spalt (G) erfaßt und eine Signalspannung erzeugt,
    eine Bezugsspannungsquelle (21), und
    ein Glied zum Ändern der Ausgangsfrequenz des Impulsgebers entsprechend der Signalspannung und der Bezugsspannung, um die Impulse zu ändern.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler aufweist:
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    einen Fühlerwiderstand (8), der mit dem Spalt (G) verbunden ist, um ein den Spalt-Zustand darstellendes Signal abzugeben, und
    ein Schwellenwertglied (30), das dem Fühlerwiderstand (8) zugeordnet ist, um den Spalt-Zustand in wenigstens zwei Klassen einzuteilen, und
    daß der Impulsgeber (22) mehrere Impuls-Parameter-Stellglieder hat, die wahlweise entsprechend dem Ausgangssignal des Schwellenwertgliedes (30) betätigbar sind, um die Impulse zu ändern.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch
    eine Pumpe, die den Elektrolyten (E) in den Spalt-Bereich spült.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gleichstromquelle aufweist: einen von einer Wechselstromquelle beaufschlagten Eingang sowie einen Gleichrichter (42) zu Erzeugen eines Gleichstrom-Ausgangssignals, und
    einen Transformator (45), dessen Eingang dem elektronischen Schalter und dem Impulsgeber zugeordnet ist und dessen Ausgang einen weiteren Gleichrichter aufweist, um die Impulse zu erzeugen, die am Spalt (G) liegen.
    17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Transformator (45) einen weiteren Ausgang besitzt, der mit einem Erregereingang eines Ultraschall-Polierers (47, 48) verbunden ist (Fig. 8).
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    l8. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gleichstromquelle aufweist:
    einen einer Wechselstromquelle nachgeschalteten Eingang,
    einen Gleichrichter (42) zum Erzeugen eines Gleichstrom-Ausgangssignales,
    einen elektronischen Schalter (43), der mit dem Ausgang des Gleichrichters (42) verbunden ist und durch einen Oszillator (44) ein/aus-steuerbar ist, um Hochfrequenz-Impulse an seinem Ausgang zu erzeugen,
    einen Transformator (45) zum Induzieren eines Wechselstromes aus diesen Impulsen der entsprechenden Frequenz, und
    ein Gleichrichter- und Glättungsglied (61, 62), das mit dem Ausgang des Transformators (45) verbunden ist, um einen durch den elektronischen Schalter (43) gepulsten Ausgangsgleichstrom zu erzeugen (Fig. 9)·
    19· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Transformator (45) einen weiteren Ausgang hat, der mit einem Erregerausgang an einen Ultraschall-Polierer (47, 48) angeschlossen ist.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch
    einen Strommesser (53) für den Stromfluß durch den Spalt (G), um den Materialabtrag vom Werkstück (W) je Flächeneinheit zu ermitteln.
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