DE102006022199A1

DE102006022199A1 - Elektrode zum elektrochemischen Bohren eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102006022199A1
Application number: DE200610022199
Authority: DE
Inventors: Erwin Dr. Bayer; Martin Bussmann; Albin Platz; Jürgen Dr. Steinwandel
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH; EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH; MTU Aero Engines AG
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-05-13
Also published as: DE102006022199B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode zum elektrochemischen Bohren eines Werkstücks, wobei die Elektrode als kathodisch gepolte Werkzeugelektrode ausgebildet ist, wobei die Elektrode aus einem elektrisch leitenden Material besteht und an der Außenfläche zumindest in Teilbereichen mit einer elektrisch nicht-leitenden Isolierschicht versehen ist. Erfindungsgemäß besteht die Isolierschicht aus mindestens einer diamantähnlichen Schutzschicht aus Kohlenstoff (diamond-like carbon = DLC).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode zum elektrochemischen Bohren eines Werkstücks, wobei die Elektrode als kathodisch gepolte Werkzeugelektrode ausgebildet ist, wobei die Elektrode aus einem elektrisch leitenden Material besteht und an der Außenfläche zumindest in Teilbereichen mit einer elektrisch nicht-leitenden Isolierschicht versehen ist.
Elektroden zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstücks sind in einer großen Vielzahl bekannt. So beschreibt die US-A-4 522 692 eine Elektrode der eingangs genannten Art. Dabei ist die Elektrode aus mehreren Elementen aufgebaut, nämlich einem Elektrodenkörper und einer porösen Elektrodenspitze beziehungsweise einem porösen Elektrodenende. Die Elektrodenspitze beziehungsweise das Elektrodenende besteht dabei aus einem gesinterten Metallpulver. Grundsätzlich ist bei einem elektrochemischen Bohren das Bohrwerkzeug, nämlich die Elektrode als Kathode geschaltet, wobei das Werkstück als Anode definiert wird. Der Materialabtrag erfolgt durch eine anodische Auflösung im Werkstück unter Verwendung geeigneter Elektrolyten sowie einer Potenzialdifferenz, die mindestens dem Redoxpotenzial des aufzulösenden Metalls entspricht. Übliche Bohrwerkzeuge bzw. Elektroden sind zum Beispiel Metalldrähte, die ihrerseits in der Elektrolytumgebung stabil, d. h. insbesondere korrosionsbeständig sein müssen. Insbesondere bei tieferen Bohrkanälen ergibt sich jedoch das Problem, dass hierbei nicht nur eine Auflösung durch die Elektrodenspitze erfolgt, sondern auch eine Materialauflösung an den Seiten der Elektrode, wodurch die Bohrkanäle im Werkstück in Richtung der Werkstückoberfläche sich aufweiten und keine konstanten Radien mehr aufweisen. Dies führt in Abhängigkeit zur Bearbeitungszeit zu mehr oder weniger ausgeprägten „konischen" Bohrkanälen. Durch diese Abweichungen von der idealen Bohrungsgeometrie können zum Beispiel bei der Ausbildung von Kühlluftbohrungen berechnete Strömungszustände zur effizienten Oberflächenkühlung nicht abgebildet werden, so dass thermische Probleme am Werkstück auftreten.
Aus der DE 199 60 790 84 ist eine Elektrode zum elektrochemischen Feinbohren von Werkstücken bekannt, welche aus einem elektrisch leitenden Elektrodenrohr zum Durchleiten eines Elektrolyten zu einem zu bearbeitenden Werkstück und einer an der Außenfläche des Elektrodenrohrs wenigstens abschnittweise angeordneten nicht-leitenden Isolierschicht besteht. Durch die Ausbildung einer Isolierschicht an der Elektrodenoberfläche reduzie ren sich die elektrischen Feldstärken an den Seiten der Elektrode signifikant. Die Isolierschicht besteht dabei im Wesentlichen aus AlON, TiAlON oder einer anorganischen Oxidkeramik. Zudem besteht die Möglichkeit, dass die Isolierschicht aus einem dielektrischen Lack besteht.
Nachteilig an diesen bekannten Elektroden ist jedoch, dass die verwendeten Isolierschichten relativ hohe Reibungskoeffizienten oder nur eine geringe Härte aufweisen, wodurch die Isolierschichten relativ schnell verschleißen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Elektrode bereitzustellen, bei der der Verschleiß einer äußeren Isolierschicht deutlich reduziert wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Elektrode gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Elektrode zum elektrochemischen Bohren eines Werkstücks ist als kathodisch gepolte Werkzeugelektrode ausgebildet, wobei die Elektrode aus mindestens einem elektrisch leitenden Material besteht und an der Außenfläche zumindest in Teilbereichen mit einer elektrisch nicht-leitenden Isolierschicht versehen ist. Erfindungsgemäß besteht die Isolierschicht aus mindestens einer diamantähnlichen Schutzschicht aus Kohlenstoff (diamond-like carbon = DLC). Diese DLC-Beschichtung weist einerseits eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien wie Säuren, Laugen, Lösungsmitteln etc., auf. Zudem gewährleistet die DLC-Isolierschicht einen äußerst niedrigen Reibungskoeffizienten, der um ein Vielfaches niedriger ist als bei bekannten Isolierschichten für Elektroden aus Metallnitriden oder Metalloxiden. Schließlich weist die erfindungsgemäße Isolierschicht eine sehr große Härte auf, die in einem Bereich von ca. 1.000 bis 3.000 kp/mm² einstellbar ist. Vorteilhafterweise ist dadurch die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Elektrode deutlich verlängert, da ein geringerer Verschleiß auftritt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrode weist die Elektrode Wegsamkeiten zum Durchfluss und Austritt eines Elektrolyten an der Elektrodenoberfläche zumindest im Bereich eines Arbeitsbereichs der Elektrode auf, wobei die Wegsamkeiten durch eine poröse Ausbildung der Elektrode und/oder der Isolierschicht und/oder durch künst lich geschaffene Öffnungen in der Elektrode bzw. der Elektrodenoberfläche und der Isolierschicht ausgebildet werden. Durch diese Wegsamkeiten ist ein gleichmäßiger Zufluss von Elektrolytflüssigkeit an das Werkstück bzw. in den auszubildenden Bohrkanal gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Elektrode aus elektrisch leitendem Metall, einer Metall-Legierung, vorzugsweise einer Wolfram-Kupfer-Legierung oder Graphit. Die Isolierschicht kann dabei eine Dicke von kleiner als 10 μm, vorzugsweise zwischen 1 und 3 μm aufweisen. Des Weiteren ist es möglich, dass die Elektrode zumindest in einem Arbeitsbereich eine Geometrie aufweist, die der abzutragenden Geometrie auf dem Werkstück entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass neben der Erstellung von einfachen Bohrungen auch anspruchsvollere Bohrlochgeometrien hergestellt werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Elektrode in ihrem Inneren mindestens einen Zufuhrkanal für die Zufuhr des Elektrolyten auf, wobei der Zufuhrkanal porös ausgebildet ist und/oder Öffnungen für den Austritt des Elektrolyten aufweist. Auch durch diese Maßnahme wird ein gleichmäßiger und genügend großer Zufluss des Elektrolyten an den Arbeitsbereich der Elektrode gewährleistet.
Verwendung findet die im Vorhergehenden beschriebene Elektrode unter anderem im Triebwerksbau, insbesondere bei der Herstellung von Gasturbinentriebwerken. Dabei kann die erfindungsgemäße Elektrode zum Beispiel zur Herstellung von Kühlluftbohrungen in Gasturbinentriebwerken verwendet werden.

Claims

Elektrode zum elektrochemischen Bohren eines Werkstücks, wobei die Elektrode als kathodisch gepolte Werkzeugelektrode ausgebildet ist, wobei die Elektrode aus einem elektrisch leitenden Material besteht und an der Außenfläche zumindest in Teilbereichen mit einer elektrisch nichtleitenden Isolierschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht aus mindestens einer diamantähnlichen Schutzschicht aus Kohlenstoff (diamond-like carbon = DLC) besteht.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode Wegsamkeiten zum Durchfluss und Austritt eines Elektrolyten an der Elektrodenoberfläche zumindest im Bereich eines Arbeitsbereichs der Elektrode aufweist und die Wegsamkeiten durch eine poröse Ausbildung der Elektrode und/oder der Isolierschicht und/oder durch künstlich geschaffene Öffnungen in der Elektrode beziehungsweise der Elektrodenoberfläche und der Isolierschicht ausgebildet werden.
Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode aus elektrischen leitendem Metall, einer Metall-Legierung, vorzugsweise einer Wolfram-Kupfer-Legierung oder Graphit besteht.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht eine Dicke von kleiner als 10 μm, vorzugsweise zwischen 1 und 3 μm aufweist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode zumindest in einem Arbeitsbereich eine Geometrie aufweist, die der abzutragenden Geometrie auf dem Werkstück entspricht.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode in ihrem Inneren mindestens einen Zufuhrkanal für die Zufuhr des Elektrolyten aufweist, wobei der Zufuhrkanal porös ausgebildet ist und/oder Öffnungen für den Austritt des Elektrolyten aufweist.
Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7 im Triebwerksbau, insbesondere bei der Herstellung von Gasturbinentriebwerken.
Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode zur Herstellung von Kühlluftbohrungen in Gasturbinentriebwerken verwendet wird.