WO2006000200A1 - Vorrichtung zum elektrochemischen schneiden - Google Patents

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WO2006000200A1 PCT/DE2005/001135 DE2005001135W WO2006000200A1 WO 2006000200 A1 WO2006000200 A1 WO 2006000200A1 DE 2005001135 W DE2005001135 W DE 2005001135W WO 2006000200 A1 WO2006000200 A1 WO 2006000200A1
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Holger Reinecke
Wolfgang Menz
Ralf Förster
Bernhard Wielage
Herbert Mucha
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Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
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Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
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    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/02—Wire-cutting
    • B23H7/08—Wire electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/04—Electrodes specially adapted therefor or their manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/04—Electrodes specially adapted therefor or their manufacture
    • B23H3/06—Electrode material

Definitions

  • the invention relates to a device for electrochemical cutting which comprises a tool electrode connected to a current / voltage source and to an electrolyte source and clamped between two tool holders applying a tensile force, acted upon by an electrolyte flow in the working gap, in particular for producing long, narrow channels a workpiece.
  • electrolysis in which two electrodes are electrically connected to a voltage source and immersed in an electrolyte bath (eg NaCl).
  • the electrolyte is in this case in the form of separate Na + and Cl " ions and H + and OH " ions.
  • the ions are free to move and therefore justify the ion mobility of the electrolyte and thus the charge replacement taking place at the electrodes.
  • the cations migrate to the cathode and the anions to the anode.
  • the metal atoms here of the workpiece
  • the metal atoms are split into ions with release of their electrons, and in a further reaction, the formation of metal hydroxide takes place.
  • the H + ions take up electrons and form H 2 molecules.
  • the dependence of the ab ⁇ carried material weight of the molecular weight and the ge flowed charge results from the Faraday's law.
  • electrochemical metal machining the removal of material takes place by anodic dissolution of the electrically conductive workpiece material, by means of an electrolyte solution a circuit is produced between a poled as cathode molding tool (tool electrode) and the workpiece poled as an anode.
  • the geometry The tool electrode is adapted to the machining task to be solved and the desired final contour of the workpiece.
  • the electrolyte is forced at high flow rate through the gap formed between the tool electrode and the workpiece.
  • the electrolyte solution is conducted at high pressures through the working gap between the tool and the workpiece and dissipates the heat of reaction and the metallic reaction products.
  • mechanical oscillations can be superimposed on the electrochemical sinking process.
  • the tool electrode is countersunk into the workpiece with or without feed, whereby the accuracy of the imaging can be improved by using pulsed process source.
  • the invention is based on the object herebil ⁇ the tool electrode during electrochemical cutting so that with an improved process behavior in the workpiece to be ⁇ as narrow as possible channels in the predetermined, even complicated contour herge ⁇ can be produced accurately.
  • fibers of different materials can be combined with each other in one and the same fiber tool electrode over its entire length or in individual regions.
  • the length of the fiber tool electrode is between 0.01 and 1000 mm, preferably between 2 and 200 mm, while its thickness comprises a range of 0.01 to 200 microns, but preferably from 1 to 20 microns.
  • the tensile force potential of the individual fibers is between 0.01 and 10 N, preferably between 0.1 and 3 N.
  • carbon fibers which also include graphite fibers, are used which have both a turbo-static and a graphitic structure.
  • PAN fibers polyacrylonitrile
  • pitch such as, for example, oil tar pitch, coal tar pitch or synthetic pitch.
  • the surface of the fiber tool electrode over its entire length or in certain areas coated with conductive and / or insulating materials or treated in vacuum or a vacuum atmosphere with defined residual gas composition or with a microstructure in the form of Kanä ⁇ len, nubs or the like. be provided, thereby affecting the Ei ⁇ properties of the fiber tool electrode in terms of conductivity, the strength properties and Elek ⁇ trolytransport.
  • the latter can be provided with a metallic coating in order to be able to attach assembly auxiliary devices, for example guides or clamping systems, to the tool with the aid of corresponding solders.
  • a sensor attached optionally to the fiber tool electrode serves for the timely detection of fiber damage. to prevent damage during the machining process.
  • the fiber tool electrode can have different cross-sectional shapes, for example round, square, star-shaped and the like, or else have a different cross-sectional shape and size along their length, in order to thereby form channels with a specific channel wall contour or with undercuts.
  • the fiber-tool electrode can have a cross-section which increases gradually from the one to the other end, thereby producing a conically tapering channel during electrochemical cutting.
  • the fiber tool electrode can be designed as a tubular hollow body, preferably also with lateral electrolyte outlet openings, on the one hand to improve cooling and on the other hand specifically and / or additionally to specific channel regions for increasing the material removal and rinsing effect Supply electrolyte solution.
  • the fluid guided in the interior of the fiber tool electrode can also differ from the fluid flowing past its outer surface.
  • the current / voltage source connected to the fiber-optic electrode is connected to a pulse generator in order to impart to the fiber-tool electrode a pulse current or a pulse voltage.
  • the fastening means 4 and 5 for the Faserwerk ⁇ zeugelektrode ⁇ are sealingly in guides (not shown) in the upper and lower vibrating unit 2, 3 arranged independently adjustable in the u and v direction to the fiber tool electrode 6 in the Her Positioning of a channel at a predetermined angle an ⁇ and thus to be able to produce conical sections in the workpiece 9 can.
  • the workpiece 9 is mounted on an operating table (not shown) which, in accordance with the desired course of the channel to be produced in the workpiece 9, can be moved horizontally in the X and / or Y direction.
  • a vertical oscillation movement of the workpiece 9 can also be generated via the clamping system of the workbench.
  • the oscillating units 2, 3 are capable of carrying out a horizontal oscillation movement in the X and / or Y direction, the advancing movement of the fiber tool electrode ⁇ can be superimposed on any oscillatory movement.
  • a continuous electrolyte stream in the working gap along the outer surface of the fiber tool electrode 6 is generated by means of the nozzle body 8 in order, on the one hand, to remove the electrolytic removal and the removal of the workpiece 9 Material and, on the other hand, a cooling of the fiber effect tool electrode 6.
  • the interior of the fiber tool electrode 6 can also be flowed through by the electrolyte in order to achieve better cooling.
  • electrolyte outlet openings 10 can also be provided at specific locations in order to specifically supply specific working gap areas with electrolyte.
  • the rinsing conditions can be improved, in particular in the case of different resolving power of the workpiece material, or undercuts can also be produced by material removal limited to specific channel areas.
  • the invention is not limited to the previously described by the example of a tubular carbon fiber tool electrode be ⁇ execution variant. Rather, a multiplicity of modifications is possible with respect to the fiber material of the fiber tool electrode, the connection of the fibers or the coating or the surface profile of the fiber tool electrode. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum elektrochemischen Schneiden von schmalen, unterschiedlich profilierten Kanälen in einem Werkstück (9) wird eine unter Zugspannung stehende Faser­werkzeugelektrode (6), bestehend aus elektrisch leitfähi­gen Fasern, eingesetzt. Die Faserwerkzeugelektrode mit gegebenenfalls in ein Trägermaterial eingebetteten Fa­sern, kann über den Querschnitt oder in einzelnen Längen­abschnitten aus verschiedenen Fasern bestehen und in Querschnittsform und -größe unterschiedlich und/oder als röhrenförmiger Hohlkörper, gegebenenfalls mit seitlichen Elektrolytauslassöffnungen, ausgebildet sein. Die Ober­fläche kann eine Mikrotextur und/oder eine leitende oder isolierende Beschichtung aufweisen. Die mit senkrecht zur Längsachse der Werkzeugelektrode oszillierenden Schwing­einheiten (2, 3) verbundenen Werkzeughalter (4, 5) sind senkrecht zur Längsachse verstellbar. Der das Werkstück (9) aufnehmende Arbeitstisch kann in Längsrichtung der Werkzeugelektrode schwingen.

Description

Vorrichtung zum elektrochemischen Schneiden
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektrochemi¬ schen Schneiden, die eine an eine Strom-/Spannungsquelle und an eine Elektrolytquelle angeschlossene und zwischen zwei Werkzeughaltern unter Aufbringung einer Zugkraft aufgespannte, im Arbeitsspalt mit einem Elektrolytstrom beaufschlagte Werkzeugelektrode umfasst, insbesondere zur Erzeugung langer schmaler Kanäle in einem Werkstück.
Das der elektrochemischen Metallbearbeitung zugrunde lie¬ gende Prinzip ist die Elektrolyse, bei der zwei Elektro- den elektrisch leitend mit einer Spannungsquelle verbun¬ den und in ein Elektrolytbad (z.B. NaCl) getaucht sind. Der Elektrolyt liegt in diesem Fall in Form getrennter Na+- und Cl"-Ionen sowie H+ und OH" Ionen vor. Die Ionen sind frei beweglich und begründen daher die Ionenbeweg- lichkeit des Elektrolyten und damit den an den Elektroden stattfindenden Ladungsaustauseh. Bei der Elektrolyse wan¬ dern die Kationen zur Kathode und die Anionen zur Anode. An der Anode werden die Metallatome (hier des Werkstücks) unter Abgabe ihrer Elektronen in Ionen aufgespalten und in einer weiteren Reaktion erfolgt die Bildung von Me¬ tallhydroxid. An der Kathode nehmen die H+-Ionen Elektro¬ nen auf und bilden H2-Moleküle. Die Abhängigkeit des ab¬ getragenen Werkstoffgewichts von der Molmasse und der ge¬ flossenen Ladung ergibt sich aus dem Faradayschen Gesetz.
Bei der elektrochemischen Metallbearbeitung erfolgt der Materialabtrag durch anodische Auflösung des elektrisch leitenden Werkstückmaterials, indem mittels einer Elek- trolytlösung ein Stromkreis zwischen einem als Kathode gepolten Formwerkzeug (Werkzeugelektrode) und dem als Anode gepolten Werkstück hergestellt wird. Die Geometrie der Werkzeugelektrode ist an die zu lösende Bearbeitungs- aufgabe und die angestrebte Endkontur des Werkstücks an- gepasst. Zur Abführung der Reaktionsprodukte und der Wär¬ me wird der Elektrolyt mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch den zwischen Werkzeugelektrode und Werkstück gebil¬ deten Spalt gedrückt. Für den elektrochemischen Bearbei- tungsprozess werden bevorzugt wässrige Elektrolyte, Elek¬ trolytgemische, Säuren und Elektrolyt-Säure-Gemische ver¬ wendet. Folgende Merkmale sind Verfahrenstypisch:
Das unedlere Metall wird aufgelöst. An der Kathode findet kein Metallabtrag statt. Die umgesetzte Stoffmenge ist abhängig vom Atomge¬ wicht und der Wertigkeit des aufzulösenden Metalls sowie von der geflossenen Ladungsmenge. Je nach Art des Metall-Elektrolytsystems können sich an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff bilden. Der anodisch aufgelöste Werkstoff fällt in Form ei- nes Niederschlags aus der Lösung aus oder kann bei einigen Elektrolyten auch gelöst werden. Die zugeführte elektrische Energie wird in Joule- sche Wärme umgesetzt, so dass die Temperatur der Lösung und ihre spezifische Leitfähigkeit zunimmt. - Werkstück und Werkzeug liegen als Elektroden am po¬ sitiven bzw. negativen Pol einer Strom- oder Span¬ nungsquelle oder einer gepulsten Strom- oder Span¬ nungsquelle. Die Elektrolytlösung wird mit hohen Drücken durch den Arbeitsspalt zwischen Werkzeug und Werkstück geführt und führt die Reaktionswärme sowie die me¬ tallischen Reaktionsprodukte ab. Zur Verbesserung der Spülbedingungen können dem elektrochemischen Senkprozess mechanische Schwin- gungen überlagert werden. Die Werkzeugelektrode wird mit oder ohne Vorschub in das Werkstück eingesenkt, wobei die Abbildege¬ nauigkeit durch Verwendung gepulster Prozessener¬ giequellen verbessert werden kann.
Nach dem elektrolytischen Materialabtragsverfahren können auch schwer zerspanbare Werkstoffe bearbeitet werden. Auch komplizierte geometrische Formen und kleine tiefe Löcher können mit hoher Abtrags1eistung sowie gratfrei, formgenau und mit hoher Oberflächengüte erzeugt werden. Die Herstellung von sehr feinen, langen Kanälen erfolgt bekanntermaßen mit sehr dünnen, als Elektrode fungieren¬ den Drähten. Jedoch sind der Ausbildung von sehr langen Kanälen mit sehr geringem Durchmesser insofern Grenzen gesetzt, als der Durchmesser der als Werkzeugelektrode eingesetzten Drähte nicht beliebig verringert werden kann, da diese eine bestimmte Steifigkeit haben müssen und zur Erzielung der erforderlichen Genauigkeit der Kon¬ tur vorgespannt werden und mithin eine bestimmte Zugfes- tigkeit aufweisen müssen und zudem noch die notwendige Arbeitsspaltbreite für den Transport des Elektrolyten ge¬ währleistet sein muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Werkzeug- elektrode beim elektrochemischen Schneiden so auszubil¬ den, dass bei verbessertem Prozessverhalten in dem zu be¬ arbeitenden Werkstück möglichst schmale Kanäle in der vorgegebenen, auch komplizierten Kontur formgenau herge¬ stellt werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Werkzeug- elektrode gelöst. Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Er- findung. Der Kern der Erfindung besteht mit anderen Worten in der Ausbildung der Werkzeugelektrode aus elektrisch leitfähi¬ gen Fasern und/oder Faserbündeln. Während der Durchmesser der Fasern sehr gering ist, beispielsweise bei Kohlen- Stofffasern zwischen 3 und 10 μm liegt, können diese bis zum 40-fachen ihrer Ausgangslänge gedehnt werden und Fes¬ tigkeiten erreichen, die etwa 100 Mal höher als die von Stahl sind. Es wurde gefunden, dass mit einer aus elek¬ trisch leitfähigem Fasermaterial gebildeten Werkzeugelek- trode die elektrochemische Herstellung von sehr langen, schmalen Kanälen bei hoher Reaktionswärme und mit großer Abtrags1eistung sowie bei minimalem Werkzeugverschleiß und ungehindertem Elektrolyttransport bzw. Abtransport des abgetragenen Werkstückmaterials in einer vorgegebenen Kontur formgenau möglich ist. Das Fasermaterial ist zudem auf verschiedene Weise, das heißt, hinsichtlich seiner mechanischen und elektrischen Eigenschaften sowie seiner Kontur, Masse und funktionellen sowie Oberflächen-Gestal¬ tung, modifizierbar, und kann daher hinsichtlich der zu bearbeitenden Werkstoffe und Kanalformen an viele Anwen¬ dungsfälle angepasst und unter unterschiedlichen Prozess- bedingungen betrieben werden.
Die elektrisch leitfähigen Fasern oder Faserbündel können aus Kohlenstofffasern, Metallfasern, Halbleiterfasern oder elektrisch leitfähigen Glas-, Keramik- oder Kunst¬ stofffasern bestehen oder auch aus Wasser und Proteinen bestehende elektrisch leitfähige Fasern umfassen, die verschleißfest sind und bei sehr geringem Durchmesser hohe Festigkeiten und Dehnungen ermöglichen.
In Ausgestaltung der Erfindung können in ein und dersel¬ ben Faserwerkzeugelektrode über deren gesamte Länge oder in einzelnen Bereichen auch Fasern aus unterschiedlichen Werkstoffen miteinander kombiniert sein. Die Länge der Faserwerkzeugelektrode liegt zwischen 0,01 und 1000 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 200 mm, während deren Stärke einen Bereich von 0,01 bis 200 μm, vorzugs¬ weise aber von 1 bis 20 μm umfasst. Das Zugkraftpotential der Einzelfasern liegt zwischen 0,01 bis 10 N, vorzugs¬ weise zwischen 0,1 und 3 N.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin¬ dung werden Kohlenstofffasern, zu denen auch Graphitfa- sern gerechnet werden, eingesetzt, die sowohl eine turbo¬ statische als auch eine graphitische Struktur aufweisen. Bevorzugt werden Kohlenstofffasern auf Poly-Acryl-Nitril- Basis (PAN-Fasern) oder auf Pech-Basis, wie beispielswei¬ se Ölteerpech, Kohleteerpech oder Synthesepech, verwen- det.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Oberflä¬ che der Faserwerkzeugelektrode über ihre gesamte Länge oder in bestimmten Bereichen mit leitenden und/oder iso- lierenden Stoffen beschichtet oder im Vakuum bzw. einer Vakuumatmosphäre mit definierter RestgasZusammensetzung behandelt oder mit einer Mikrostruktur in Form von Kanä¬ len, Noppen oder dgl . versehen sein, um dadurch die Ei¬ genschaften der Faserwerkzeugelektrode hinsichtlich der Leitfähigkeit, der Festigkeitseigenschaften und des Elek¬ trolyttransports zu beeinflussen.
In bestimmten Bereichen der Faserwerkzeugelektrode kann diese mit einer metallischen Beschichtung versehen sein, um an dem Werkzeug mit Hilfe entsprechender Lote Montage- hilfseinrichtungen, beispielsweise Führungen oder Spann¬ systeme, anbringen zu können.
Eine wahlweise an der Faserwerkzeugelektrode angebrachte Sensorik dient zur rechtzeitigen Erkennung von Faserschä- den, um Schadensfälle während des Bearbeitungsprozesses zu verhindern.
Zudem kann die Faserwerkzeugelektrode verschiedene - bei- spielsweise runde, quadratische, sternförmige und dgl. - Querschnittsformen oder auch eine über ihre Länge unter¬ schiedliche Querschnittsform und -große aufweisen, um da¬ durch Kanäle mit einer bestimmten Kanalwandkontur oder mit Hinterschneidungen auszubilden. Die Faserwerkzeug- elektrode kann außerdem einen sich von dem einen zum an¬ deren Ende hin allmählich vergrößernden Querschnitt ha¬ ben, um dadurch beim elektrochemischen Schneiden einen sich konisch verjüngenden Kanal zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung kann die Faserwerkzeugelektrode als röhrenförmiger Hohlkörper, vorzugsweise auch mit seitlichen Elektrolytaustrittsöff¬ nungen, ausgebildet sein,' einerseits um die Kühlung zu verbessern und andererseits um bestimmte Kanalbereiche zur Erhöhung der Materialabtrags- und Spülwirkung gezielt und/oder zusätzlich mit Elektrolytlösung zu versorgen. Das im Innern der Faserwerkzeugelektrode geführte Fluid kann sich zudem von dem an deren Außenfläche vorbeiströ¬ menden Fluid unterscheiden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist das Fasermateri¬ al der Faserwerkzeugelektrode in ein Trägermaterial ein¬ gebettet, das vorzugsweise aus Keramik, Kunststoff, Glas bzw. Glasfasern besteht oder zwei oder mehrere von diesen umfasst, eingebettet ist. Dadurch können über die Länge der Faserwerkzeugelektrode in Querschnittsform und/oder - große und/oder Fasermaterial unterschiedliche, getrennte Faserbereiche miteinander verbunden werden und Werkzeug- bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften geschaffen werden. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Fa¬ serwerkzeugelektrode auch aus einer Mehrzahl parallel ausgerichteter und mechanisch lagefixierter Fasern beste¬ hen, um parallele Strukturen, beispielsweise für miniatu- risierte Wärmetauscher und dgl . zu schneiden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Werkzeug¬ halter, zwischen denen die Faserwerkzeugelektrode aufge¬ spannt ist, jeweils mit einer Schwingeinheit und/oder mit einer Rotationseinheit verbunden, um eine Schwingbewegung und/oder eine Rotation der Faserwerkzeugelektrode um bzw. senkrecht zu deren Längsachse zu bewirken. Das obere und/oder das untere Befestigungsmittel (Werkzeughalter, Werkzeugführungskopf) ) für die Faserwerkzeugelektrode sind in der jeweiligen Schwingeinheit in Führungen ange¬ ordnet, die in u- und v-Richtung verlaufen, und können unabhängig voneinander in u- und v-Richtung verstellt werden, um konische Schnitte zu erzeugen. Darüber hinaus kann das Werkstück auf einem in Richtung der Längsachse der Faserwerkzeugelektrode schwingfähigen Arbeitstisch befestigt sein, um dem Schneidvorgang auch in dieser Richtung eine Schwingbewegung zu überlagern.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die mit der Faserwerk- zeugelektrode verbundene Strom-/Spannungsquelle an einen Impulsgeber angeschlossen, um der Faserwerkzeugelektrode einen ImpulsStrom bzw. eine ImpulsSpannung aufzuprägen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in deren einziger Figur eine Vorrichtung zur elektrochemischen Herstellung von langen schmalen Kanälen in einem Werkstück mittels einer aus Kohlefasern beste¬ henden Werkzeugelektrode schematisch dargestellt ist, nä¬ her erläutert. Die Vorrichtung umfasst ein Maschinengestell 1 mit im Ab¬ stand einander gegenüberliegenden Schwingeinheiten 2, 3 sowie an diesen angebrachten Werkzeughaltern 4, 5 zum Einspannen der aus einer Kohlenstofffaser bestehenden Fa- serwerkzeugelektrode 6. Die Faserwerkzeugelektrode 6 steht unter Zugspannung und kann verschiedene Quer¬ schnittsformen (rund, quadratisch, dreieckig usw.) auf¬ weisen und insbesondere auch hohl ausgebildet sein. Der oberen Schwingeinheit 2 ist ein an einen Zuführungskanal 7 angeschlossener Düsenkörper 8 zugeordnet, über den eine Elektrolytlösung an die Außenflächen und gegebenenfalls in den Hohlraum der Faserwerkzeugelektrode 6 geleitet wird. Die Befestigungsmittel 4 und 5 für die Faserwerk¬ zeugelektrode β sind abdichtend in Führungen (nicht dar- gestellt) in der oberen und der unteren Schwingeinheit 2, 3 unabhängig voneinander in u- und v-Richtung verstellbar angeordnet, um die Faserwerkzeugelektrode 6 bei der Her¬ stellung eines Kanals in einem vorgegebenen Winkel an¬ stellen und dadurch in dem Werkstück 9 konische Schnitte erzeugen zu können. Das Werkstück 9 ist auf einem Ar¬ beitstisch (nicht dargestellt) befestigt, der entspre¬ chend dem gewünschten Verlauf des Kanals der in dem Werk¬ stück 9 erzeugt werden soll, in X- und/oder Y-Richtung horizontal bewegbar ist. Außerdem kann über das Spannsys- tem des Arbeitstisches auch eine vertikale Schwingbewe¬ gung des Werkstücks 9 erzeugt werden. Da die Schwingein¬ heiten 2, 3 in der Lage sind, eine horizontale Schwingbe¬ wegung in X- und/oder Y-Richtung auszuführen, kann der Vorschubbewegung der Faserwerkzeugelektrode β eine belie- bige Schwingbewegung überlagert werden. Während der Vor¬ schubbewegung des Werkstücks 9 (Arbeitstisches) wird mit¬ tels dem Düsenkörper 8 ein ständiger Elektrolytrom im Ar¬ beitsspalt entlang der Außenfläche der Faserwerkzeugelek¬ trode 6 erzeugt, um einerseits die elektrolytische Abtra- gung und den Abtransport des vom Werkstück 9 abgelösten Materials und andererseits auch eine Kühlung der Faser- werkzeugelektrode 6 zu bewirken. Darüber hinaus kann auch der Innenraum der Faserwerkzeugelektrode 6 von dem Elek¬ trolyten durchströmt werden, um eine bessere Kühlung zu erreichen. In der Wand der als Röhre ausgeführten Faser- werkstoffelektrode 6 können an bestimmten Stellen auch Elektrolytaustrittsöffnungen 10 vorgesehen sein, um be¬ stimmte Arbeitsspaltbereiche gezielt mit Elektrolyt zu versorgen. Dadurch können insbesondere bei unterschiedli¬ chem Auflösungsvermögen des Werkstückmaterials die Spül- bedingungen verbessert oder durch einen auf bestimmte Ka¬ nalbereichen begrenzten Materialabtrag auch Hinterschnei- düngen erzeugt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die zuvor am Beispiel einer röhrenförmigen Faserwerkzeugelektrode aus Kohlenstoff be¬ schriebene Ausführungsvariante beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Modifikationen in Bezug auf das Faser¬ material der Faserwerkzeugelektrode, die Verbindung der Fasern oder die Beschichtung oder das Oberflächenprofil der Faserwerkzeugelektrode möglich. Bezugszeichenliste
1 Maschinengestell 2 Obere Schwingeinheit 3 Untere Schwingeinheit 4 Oberer Werkzeughalter/Werkzeugführungskopf 5 Unterer Werkzeughalter/Werkzeugführungskopf 6 Faserwerkzeugelektrode 7 Zuführungskanal 8 Düsenkörper 9 Werkstück 10 Elektrolytaustrittsöffnung

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum elektrochemischen Schneiden, die eine an eine Strom-/Spannungsquelle und an eine Elektrolytquelle angeschlossene und zwischen zwei Werkzeughaltern (4, 5) unter Aufbringung einer Zug¬ kraft aufgespannte, im Arbeitsspalt mit einem Elek- trolytstrom beaufschlagte Werkzeugelektrode um- fasst, insbesondere zum Schneiden langer schmaler Kanäle in ein Werkstück (9) , gekennzeichnet durch eine aus elektrisch leitfähigen Fasern oder Faser¬ bündeln bestehende Faserwerkzeugelektrode (6) .
2. Werkzeugelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die leitfähigen Fasern oder Faser¬ bündel oder in Längsrichtung beabstandete Faserab¬ schnitte in ein Trägermaterial eingebettet sind.
3. Werkzeugelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Trägermaterial aus Keramik und/oder Kunststoff oder aus Glas oder Glasfasern besteht.
4. Werkzeugelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Faserwerkstoff Kohlenstoff oder Metall oder Halbleiterwerkstoff oder Kunst¬ stoff, Glas, Keramik oder Protein mit Wasser, je- weils in elektrisch leitfähiger Form, oder eine Kombination aus unterschiedlichen oder über die Länge der Faserwerkzeugelektrode (6) abschnittswei¬ se unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Fasern vorgesehen ist.
5. Werkzeugelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Kohlenstofffasern auf Pechbasis oder PoIy-Acryl-Nitril-Basis hergestellt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Faserwerkzeugelektrode (6) in ver¬ schiedenen Querschnittsformen ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- net, dass die Faserwerkzeugelektrode (6) über ihre Länge eine wechselnde Querschnittsform und/oder Querschnittsgröße aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- net, dass Faserwerkzeugelektrode (6) eine sich über ihre Länge allmählich ändernde Querschnittsgröße aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dass die Faserwerk- zeugelektrode (6) als röhrenförmiger Hohlkörper ausgebildet ist, der zur Kühlung und/oder örtlich gezielten Zuführung des Elektrolyten in den Ar¬ beitsspalt an einen Zuführungskanal (7) der Elek¬ trolytquelle angeschlossen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich¬ net, dass in der Seitenwand des Hohlkörpers an de¬ finierten Stellen Elektrolytaustrittsöffnungen (10) vorgesehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Oberfläche der Faserwerkzeugelektrode (6) zur Beeinflussung der Oberflächeneigenschaften ganz oder teilweise oder abschnittsweise eine Mi- krotextur oder eine leitende oder isolierende Be- Schichtung aufweist und/oder im Vakuum oder in ei¬ ner Restgasatmosphäre behandelt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine metallische Beschichtung der Faserwerkstoff- elektrode (6) mit an dieser angebrachten Führungen, Spannsystemen und/oder Montagehilfseinrichtungen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass die Faserwerkzeugelektrode (6) zur Erzeu¬ gung paralleler Strukturen aus einer Mehrzahl pa¬ rallel ausgerichteter und mechanisch lagefixierter Fasern gebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an der Faserwerkzeugelektrode (6) angebrachte Sensorik zur Erkennung von Faserschäden.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass die Werkzeughalter (4, 5) für die Faser¬ werkzeugelektrode (6) jeweils mit einer senkrecht zur Längsachse der Faserwerkzeugelektrode (6) os¬ zillierenden Schwingeinheit (2, 3) und/oder einer Rotationseinheit verbunden sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Werkzeughalter (4, 5) in senkrecht zur Längsachse der Faserwerkzeugelektrode (6) in u- und v-Richtung verlaufenden Führungen an der Schwingeinheit (2, 3) geführt und unabhängig vonei¬ nander verstellbar sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Werkstück auf einem in Längsrichtung der Faserwerkzeugelektrode (6) schwingenden Ar¬ beitstisch gehalten ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die an die Faserwerkzeugelektrode (6) an¬ geschlossene Strom-/Spannungsquelle eine/n Impuls- strom/lmpulsspannung oder bipolare Impulse erzeugt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass einem der Werkzeughalter (4, 5) ein an die Elektrolytquelle angeschlossener Düsenkörper (8) zur Außenspülung der Faserwerkzeugelektrode (6) zugeordnet ist.
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