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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lokalen Entfernen wenigstens einer metallischen Schicht von einem aus einer Legierung gefertigten Bauteil. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 13 angegebenen Art zum lokalen Entfernen wenigstens einer metallischen Schicht von einem aus einer Legierung gefertigten Bauteil.
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Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrichtung sind beispielsweise bereits aus der
US 6 352 636 B1 bekannt. Die Vorrichtung, die zum lokalen Entfernen wenigstens einer metallischen Schicht von einem aus einer Legierung gefertigten Bauteil für ein Flugzeugtriebwerk dient, umfasst ein Elektrolytbad, welches mit einer Elektrolytflüssigkeit gefüllt ist. Das zu bearbeitende Bauteil wird in das Elektrolytbad eingetaucht, mittels einer Halteeinrichtung in diesem gehalten und mit einer Elektrode gekoppelt. Anschließend wird eine Gleichspannung zwischen der Elektrode und einer in einem Abstand zu der zu entfernenden Schicht angeordneten Gegenelektrode angelegt und die Schicht elektrochemisch abgetragen. Die Elektrolytflüssigkeit ermöglicht dabei den Ladungstransport zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode und transportiert das anodisch entfernte Schichtmaterial ab. Die zu entfernende Schicht und das Bauteil bestehen in der Regel aus unterschiedlichen Materialien.
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Als nachteilig an dem bekannten Verfahren bzw. der bekannten Vorrichtungen ist dabei der Umstand anzusehen, dass das Entfernen der Schicht mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden ist. Um ein lokales Entfernen der Schicht sicherzustellen, müssen diejenigen Bereiche des Bauteils, die nicht entschichtet werden sollen, zuvor mit einer Schutzschicht wie beispielsweise Wachs abgedeckt werden. Dies führt zu einer Reihe von Fehlerquellen. Insbesondere die schlechte Entfernbarkeit der Schutzschicht und die Gefahr des Unterkriechens an den Randbereichen kann zur ungewollten Beschädigung der zu schützenden Schichten und Bauteilbereiche führen. Darüber hinaus muss das Elektrolytbad bei nicht-kontinuierlicher Anwendung des Verfahrens gegebenenfalls entleert und in Abhängigkeit des Schicht- bzw. Bauteilmaterials mit einer entsprechend geeigneten Elektrolytflüssigkeit befüllt werden. Dies erhöht die Produktionskosten, führt zu einer erhöhten Umweltbelastung und ist nicht zuletzt auch unter Aspekten des Arbeitsschutzes zu vermeiden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen eine verbesserte lokale Entschichtung eines Bauteils ermöglicht ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und umgekehrt anzusehen sind.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum lokalen Entfernen wenigstens einer metallischen Schicht von einem aus einer Legierung gefertigten Bauteil, insbesondere einem Bauteil für ein Flugzeugtriebwerk, werden zumindest die Schritte a) Koppeln des Bauteils mit einer Elektrode, b) Anordnen wenigstens einer Gegenelektrode in einem Abstand zu der zu entfernenden Schicht, c) Anordnen eines Elektrolytzuführungskanals im Bereich der Gegenelektrode und in einem Abstand zu der zu entfernenden Schicht, d) Erzeugen eines Elektrolytflüssigkeitsstroms in einem Spalt zwischen der Gegenelektrode und dem Bauteil, indem Elektrolytflüssigkeit durch den Elektrolytzuführkanal in den Spalt eingebracht wird, und e) Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode, wobei eine Höhe der Spannung derart eingestellt wird, dass der resultierende Strom zum lokalen Entfernen der Schicht ausreicht, durchgeführt. Die Bezeichnung der einzelnen Verfahrensschritte dient dabei lediglich der besseren Zuordnung und stellt nicht notwendigerweise die tatsächliche Schrittabfolge dar. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Schritte a) bis d) in einer abweichenden Reihenfolge und/oder gleichzeitig durchgeführt werden.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine verbesserte lokale Entschichtung des Bauteils ermöglicht, da das Bauteil nicht mehr vollständig in ein Elektrolytbad eingetaucht werden muss. Hierdurch kann zuverlässig verhindert werden, dass das gesamte Bauteil beim Polarisieren durch das Anlegen der Spannung als Elektrode fungiert. Stattdessen kann nur am zu entschichtenden Bereich über den Elektrolytflüssigkeitsstrom ein elektrischer Strom zwischen der Gegenelektrode und dem als Elektrode geschalteten Bauteil fließen. Die Schicht wird daher nur innerhalb der hierbei erzeugten lokalen elektrochemischen Zelle entfernt. Da es sich um ein lokales Entschichtungsverfahren handelt, ist eine Abdeckung oder Schutzbeschichtung von Bauteilbereichen, die nicht entschichtet werden sollen, im Unterschied zum Stand der Technik nicht erforderlich, wodurch das Verfahren wesentlich schneller und einfacher durchführbar ist. Entsprechend müssen nach dem Entschichten auch keine Abdeckungen oder Schutzbeschichtungen entfernt werden, wodurch eine weitere Beschleunigung und Verbilligung des Produktionsprozesses erzielt wird. Die Elektrolytflüssigkeit kann bei Bedarf aufgefangen und beispielsweise in einem Kreisprozess verwendet und/oder einem Recycling zugeführt werden. Das Verfahren eignet sich dabei grundsätzlich zum lokalen Entfernen einer Schicht aus einem von der Legierung des Bauteils unterschiedlichen Material, beispielsweise zum Entfernen einer Maßkorrekturschicht. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren aber auch zum Entfernen einer Schicht der Legierung des Bauteils, beispielsweise im Rahmen eines Feinbearbeitungsschritts, eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrode als Anode und/oder die Gegenelektrode als Kathode geschaltet wird. Hierdurch wird eine besonders zuverlässige lokale Entschichtung des Bauteils durchgeführt, wobei die meisten Schicht-Bauteil-Materialpaarung auf diese Weise verarbeitet werden können.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Höhe der Spannung in Schritt e) zwischen 4 V und 14 V, insbesondere zwischen 6 V und 12 V eingestellt wird und/oder derart eingestellt wird, dass das elektrochemische Entfernen von Bauteilwerkstoff zumindest im Wesentlichen auf den Bereich der zu entfernenden Schicht beschränkt wird. Hierdurch ist ein besonders präzises und zuverlässiges Entfernen der Schicht ohne Beeinträchtigung benachbarter Bauteilbereiche und ohne unerwünschte Modifizierung des Bauteils sichergestellt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gegenelektrode in Schritt b) und/oder der Elektrolytzuführungskanal in Schritt c) in einem Abstand zwischen 100 μm und 1,5 mm von der zu entfernenden Schicht angeordnet wird. Hierdurch können einerseits unterschiedliche Bauteilgeometrien optimal berücksichtig werden, andererseits wird eine zuverlässige und prozesssichere Kontaktierung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode über den Elektrolytflüssigkeitsstrom sichergestellt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Bauteil vor und/oder während Schritt e) relativ zur Gegenelektrode bewegt, insbesondere um eine Bauteilachse gedreht, wird. Auf diese Weise können Schichten mit beliebiger geometrischer Ausgestaltung lokal entfernt werden. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass das Bauteil gegenüber der feststehenden Gegenelektrode bewegt wird, dass die Gegenelektrode gegenüber dem feststehenden Bauteil bewegt wird und/oder dass sowohl das Bauteil als auch die Gegenelektrode bewegt werden. Der Elektrolytzuführkanal wird dabei vorzugsweise mit der Gegenelektrode mitbewegt. Indem das Bauteil um eine Bauteilachse gedreht wird, kann insbesondere eine rotationssymmetrische Schicht des Bauteils besonders schnell und einfach entfernt werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich, indem eine Geschwindigkeit der Bewegung derart gewählt wird, dass das elektrochemische Entfernen von Bauteilwerkstoff zumindest im Wesentlichen auf den Bereich der zu entfernenden Schicht beschränkt wird. Durch eine derartige Geschwindigkeitskontrolle wird eine unerwünschte Modifizierung von Bauteilbereichen, die nicht entschichtet werden sollen, einfach und zuverlässig verhindert.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, wenn in Schritt b) eine Gegenelektrode verwendet wird, welche einteilig mit dem Elektrolytzuführungskanal ausgebildet ist. Hierdurch können aufgrund des geringen Raumbedarfs der Gegenelektrode auch Bauteile mit anspruchsvollen Geometrien oder innenliegenden Oberflächen schnell und einfach entschichtet werden. Zudem wird hierdurch eine besonders prozesssichere Kontaktierung zwischen dem Bauteil und der Gegenelektrode über die Elektrolytflüssigkeit sichergestellt. Weiterhin wird das Anordnen und Bewegen der Gegenelektrode vereinfacht, da der Elektrolytzuführungskanal automatisch mitbewegt wird und somit immer optimal positioniert ist.
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Dabei ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass eine chemische Zusammensetzung der Elektrolytflüssigkeit und/oder eine relative Lage der Gegenelektrode gegenüber dem Bauteil derart gewählt wird, dass das elektrochemische Entfernen von Bauteilwerkstoff zumindest im Wesentlichen auf den Bereich der zu entfernenden Schicht beschränkt wird. Auch durch eine derartige Einstellung der genannten Verfahrensparameter wird eine unerwünschte Modifizierung von Bauteilbereichen, die nicht entschichtet werden sollen, einfach und zuverlässig verhindert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn als Bauteil ein integral beschaufelter Rotor eines Flugzeugtriebwerks, insbesondere eine Blisk und/oder ein Bling, und/oder ein Bauteil aus einer hochtemperaturfesten Legierung, insbesondere einer Titan-, Nickel- und/oder Cobalt-Basislegierung, verwendet wird und/oder eine Schicht aus einer Nickel-Basislegierung, insbesondere aus einer NiCrAl-Legierung, lokal entfernt wird. Dies erlaubt eine besonders präzise Herstellung qualitativ hochwertiger Bauteile für Flugzeugtriebwerke, wobei sowohl die dazu erforderlichen Prozesskosten als auch die Prozesszeit signifikant gesenkt werden.
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Um ein besonders schnelles Entfernen der betreffenden Schicht des Bauteils zu erzielen, hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, wenn in Schritt d) eine eine anorganische Säure, insbesondere Salpetersäure, umfassende Elektrolytflüssigkeit und/oder eine eine Base, insbesondere eine anorganische Lauge, umfassende Elektrolytflüssigkeit verwendet wird. Unter anorganischer Säure sind dabei mit Ausnahme der Kohlensäure und der von ihr abgeleiteten Säuren alle Säuren zu verstehen, die keinen Kohlenstoff enthalten, beispielsweise Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Salzsäure, Kieselsäure oder Borsäure. Die Verwendung von Salpetersäure hat sich insbesondere im Zusammenhang mit dem Entfernen einer Schicht von einem Bauteil aus einer Titan-Legierung als vorteilhaft gezeigt, da sich Titan-Legierungen passiv gegenüber Salpetersäure verhalten. Somit ist eine unerwünschte Modifizierung des Bauteils nach dem lokalen Entfernen der Schicht vorteilhaft ausgeschlossen. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektrolytflüssigkeit eine Base umfassen. Unter einer Base werden dabei alle Verbindungen verstanden, die in wässriger Lösung in der Lage sind, Hydroxid-Ionen zu bilden. Die Verwendung einer eine Base umfassenden Elektrolytflüssigkeit ist beispielsweise bei der Bearbeitung von Nickelbasiswerkstoffen von Vorteil. Die anorganische Säure und/oder die Base kann dabei konzentriert und/oder verdünnt vorliegen. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die Elektrolytflüssigkeit ausschließlich eine anorganische Säure oder ausschließlich eine Base umfasst.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Gegenelektroden und/oder wenigstens zwei Elektrolytzuführungskanäle zum lokalen Entfernen von einer Schicht und/oder von wenigstens zwei Schichten verwendet werden. Hierdurch wird eine weitere Beschleunigung des Verfahrens erzielt. Bei Verwendung von wenigstens zwei Gegenelektroden können diesen beispielsweise unterschiedliche Spannungsamplituden zugeordnet werden, wodurch zwei oder mehr Schichten aus unterschiedlichen Materialien einfach berücksichtigt und gleichzeitig entfernt werden können. Alternativ oder zusätzlich können die zwei oder mehr Gegenelektroden zum besonders schnellen Entfernen großer Schichten verwendet werden. Entsprechend ermöglichen die zwei oder mehr Elektrolytzuführungskanäle eine gleichzeitige Entfernung von zwei oder mehr Schichten und/oder von großen Schichten. Weiterhin können mit Hilfe der wenigstens zwei Elektrolytzuführungskanäle gleichzeitig unterschiedliche Elektrolytflüssigkeiten eingebracht werden, wodurch beispielsweise unterschiedliche Materialeigenschaften unterschiedlicher Schichten optimal berücksichtigt werden können. Dabei kann vorgesehen sein, dass die wenigstens zwei Gegenelektroden und/oder die wenigstens zwei Elektrolytzuführungskanäle während des Verfahrens relativ zueinander bewegt werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich, indem wenigstens zwei unterschiedliche Gegenelektroden und/oder wenigstens zwei unterschiedliche Elektrolytzuführungskanäle verwendet werden. Die Gegenelektroden und/oder Elektrolytzuführungskanäle können sich dabei jeweils im Hinblick auf ihre Geometrie und/oder ihr Material unterscheiden, wodurch eine optimale Anpassbarkeit an unterschiedliche Bauteile, unterschiedliche zu entfernende Schichten und unterschiedliche Elektrolytflüssigkeiten gegeben ist. Weiterhin können beispielsweise unterschiedliche Materialien für die Gegenelektroden und/oder die Elektrolytzuführungskanäle vorgesehen sein, wenn sich unterschiedliche Geometrien nicht mit einem einzigen Material erzeugen lassen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lokalen Entfernen wenigstens einer metallischen Schicht von einem aus einer Legierung gefertigten Bauteil, insbesondere einem Bauteil für ein Flugzeugtriebwerk, wobei eine verbesserte lokale Entschichtung des Bauteils erfindungsgemäß dadurch ermöglicht ist, dass die Vorrichtung einen Elektrolytzuführungskanal umfasst, welcher im Bereich einer Gegenelektrode der Vorrichtung und der zu entfernenden Schicht anordenbar ist und mittels welchem zum Erzeugen eines Elektrolytflüssigkeitsstroms in einem Spalt zwischen der Gegenelektrode und dem Bauteil Elektrolytflüssigkeit durch den Elektrolytzuführkanal in den Spalt einbringbar ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine verbesserte lokale Entschichtung des Bauteils ermöglicht, da das Bauteil nicht mehr vollständig in ein Elektrolytbad eingetaucht werden muss. Daher kann zuverlässig verhindert werden, dass beim Polarisieren des Bauteils das gesamte Bauteil als Elektrode fungiert. Statt dessen findet nur am zu entschichtenden Bereich über den Elektrolytflüssigkeitsstrom ein Kontaktschluss zwischen der Gegenelektrode und dem als Elektrode geschalteten Bauteil statt. Die Schicht wird daher mit Hilfe der Vorrichtung nur innerhalb der hierdurch erzeugten lokalen elektrochemischen Zelle entfernt. Da die Vorrichtung ein lokales Entschichten ermöglicht, ist eine Abdeckung oder Schutzbeschichtung von Bauteilbereichen, die nicht entschichtet werden sollen, im Unterschied zum Stand der Technik ebenfalls nicht erforderlich. Entsprechend müssen nach dem Entschichten auch keine Abdeckungen oder Schutzbeschichtungen entfernt werden, wodurch eine erhebliche Beschleunigung und Verbilligung des Produktionsprozesses ermöglicht ist. Die Elektrolytflüssigkeit kann bei Bedarf aufgefangen und beispielsweise in einem Kreisprozess verwendet und/oder einem Recycling zugeführt werden. Die Vorrichtung eignet sich dabei grundsätzlich zum lokalen Entfernen einer Schicht aus einem von der Legierung des Bauteils unterschiedlichen Material, beispielsweise zum Entfernen einer Maßkorrekturschicht. Alternativ oder zusätzlich eignet sich die Vorrichtung auch zum Entfernen einer Schicht der Legierung des Bauteils, beispielsweise im Rahmen eines Feinbearbeitungsschritts. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und Weiterbildungen sowie deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung und umgekehrt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gegenelektrode und der Elektrolytzuführungskanal einteilig ausgebildet sind. Hierdurch besitzen die Gegenelektrode und der Elektrolytzuführungskanal einen besonders geringen Raumbedarf, so dass auch Bauteile mit anspruchsvollen Geometrien oder innenliegenden Oberflächen schnell und einfach entschichtet werden können. Zudem wird hierdurch eine besonders prozesssichere Kontaktierung zwischen dem Bauteil und der Gegenelektrode über die Elektrolytflüssigkeit ermöglicht. Weiterhin wird das Anordnen und Bewegen der Gegenelektrode vereinfacht, da der Elektrolytzuführungskanal automatisch mitbewegt wird und somit immer optimal positioniert ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich, indem der Elektrolytzuführungskanal eine vorzugsweise abnehmbare Düse umfasst, mittels welcher der Elektrolytflüssigkeitsstrom umlenkbar ist. Dies erlaubt eine besonders präzise Erzeugung und Einstellung des Elektrolytflüssigkeitsstroms, so dass auch vergleichsweise kleine, vergleichsweise große und/oder geometrisch anspruchsvolle Schichten zuverlässig entfernt werden können. Die Düse kann grundsätzlich zum Fokussieren, zum Auffächern und/oder zum Zerstäuben der Elektrolytflüssigkeit ausgebildet sein. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Düse eine veränderbare Geometrie besitzt. Indem die Düse abnehmbar ausgebildet ist, können unterschiedliche Düsen bereitgestellt und entsprechend schnell und einfach ausgetauscht und montiert werden. Hierdurch kann immer eine optimal an den jeweiligen Einsatzzweck angepasste Düse verwendet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gegenelektrode aus einer Metalllegierung, insbesondere einer Titanlegierung und/oder einem Edelstahl, besteht. Hierdurch weist die Gegenelektrode eine besonders hohe mechanische und chemische Widerstandsfähigkeit bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten auf. Entsprechendes gilt für den Elektrolytzuführungskanal, wenn die Gegenelektrode und der Elektrolytzuführungskanal einteilig ausgebildet sind. Als Metalllegierung kann beispielsweise eine Titanlegierung, ein VA-Stahl oder dergleichen verwendet werden.
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Indem die Halteeinrichtung ausgelegt ist, das Bauteil relativ zur Gegenelektrode zu bewegen, insbesondere um eine Bauteilachse zu drehen, können Schichten mit beliebiger geometrischer Ausgestaltung lokal entfernt werden. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass das Bauteil gegenüber der feststehenden Gegenelektrode zu bewegen ist, dass die Gegenelektrode gegenüber dem feststehenden Bauteil zu bewegen ist, und/oder dass sowohl das Bauteil als auch die Gegenelektrode unabhängig voneinander bewegbar sind. Der Elektrolytzuführkanal ist dabei vorzugsweise mit der Gegenelektrode mitbewegbar. Indem das Bauteil um eine Bauteilachse drehbar ist, kann insbesondere eine rotationssymmetrische Schicht besonders schnell und einfach entfernt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektrolytzuführungskanal flexibel und/oder starr ausgebildet und/oder durch eine Wand aus einem metallischen und/oder nichtmetallischen Werkstoff begrenzt. Hierdurch ist eine hohe konstruktive Flexibilität der Vorrichtung und eine einfache Anpassbarkeit des Elektrolytzuführungskanals an unterschiedliche Einsatzprofile gegeben.
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Weitere Vorteile ergeben sich, wenn im Bereich des Elektrolytzuführungskanals eine vorzugsweise abnehmbare Spritzschutzeinrichtung zum Begrenzen des Elektrolytflüssigkeitsstroms angeordnet ist. Mit Hilfe einer Spritzschutzeinrichtung kann die Elektrolytflüssigkeit besonders effizient genutzt werden, da auch bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten keine Materialverluste durch insbesondere seitliches Wegspritzen auftreten. Darüber hinaus wird eine unerwünschte Modifizierung von nicht zu erstschichtenden Bereichen des Bauteils besonders zuverlässig vermieden und die Arbeitssicherheit weiter verbessert. Indem die Spritzschutzeinrichtung abnehmbar ausgebildet ist, kann diese schnell und einfach an die Vorrichtung montiert bzw. von dieser abgenommen werden, so dass jeweils eine optimal an die geometrischen Gegebenheiten und/oder an die zu verwendende Elektrolytflüssigkeit angepasste Spritzschutzeinrichtung verwendet werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spritzschutzeinrichtung in einem Endbereich des Elektrolytzuführungskanals bzw. im Bereich einer Düse am Elektrolytzuführungskanal angeordnet wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, denn Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum lokalen Entfernen einer metallischen Schicht von einem Bauteil für ein Flugzeugtriebwerk;
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2 eine vergrößerte Darstellung des in 1 gezeigten Details II;
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3 eine Prinzipdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer Gegenelektrode und eines Elektrolytzuführungskanals der Vorrichtung, wobei zusätzlich eine Spritzschutzeinrichtung vorgesehen ist;
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4 eine ausschnittsweise Prinzipdarstellung einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung zum Entfernen einer großen Schicht; und
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5 eine ausschnittsweise Prinzipdarstellung der in 4 gezeigten Vorrichtung, wobei gleichzeitig zwei Schichten von einem Bauteil entfernt werden.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 10 zum lokalen Entfernen einer metallischen Schicht 12 von einem Bauteil 14, welches vorliegend als an sich bekannte Blisk (Bladed Disk) für ein Flugzeugtriebwerk ausgebildet ist. 1 wird im Folgenden in Zusammenschau mit 2 erläutert werden, in welcher eine vergrößerte Darstellung des in 1 gezeigten Details II abgebildet ist. Bei der metallischen Schicht 12 handelt es sich um eine Maßkorrekturschicht aus einer NiCrAl-Legierung. Das Bauteil 14 besteht seinerseits aus einer Titan-Legierung (Ti-834: Ti-5,8 Al-4 Sn-3,5 Zr-0,7 Nb-0,5 Mo-0,35 Si-0,06 C), welche nichtmagnetisch ist und eine hohe Zug- und Kriechfestigkeit bis etwa 600°C zusammen mit einer sehr guten Dauerfestigkeit besitzt. Die Schicht 12 verläuft dabei ringförmig entlang eines Innenumfangs des Bauteils 14.
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Die Vorrichtung 10 weist eine Halteeinrichtung 16 auf, mittels welcher das Bauteil 14 gehalten und gemäß Pfeil I um eine Bauteilachse A gedreht werden kann. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 10 eine mit dem Bauteil 14 gekoppelte Elektrode 18, die vorliegend über eine Steuer- und/oder Regeleinheit (nicht gezeigt) der Vorrichtung 10 als Anode geschaltet ist. In einem Abstand zu der zu entfernenden Schicht 12 ist weiterhin eine Gegenelektrode 20 angeordnet, die über die Steuer- und/oder Regeleinheit als Kathode geschaltet ist. Schließlich umfasst die Vorrichtung 10 einen Elektrolytzuführungskanal 22, welcher im gezeigten Ausführungsbeispiel einteilig mit der Gegenelektrode 20 ausgebildet ist und mittels welchem Elektrolytflüssigkeit 24 zum Erzeugen eines Elektrolytflüssigkeitsstroms in einen Spalt S zwischen der Gegenelektrode 20 und dem Bauteil 14 einbringbar ist. Wie insbesondere aus 2 deutlich wird, weist der Elektrolytzuführungskanal 22 bzw. die einteilig mit diesem ausgebildete Gegenelektrode 20 eine Düse 26 auf, mittels welcher der Elektrolytflüssigkeitsstrom fokussierbar ist. Mit anderen Worten fungiert die Gegenelektrode 20 gleichzeitig als Strahldüse für die Elektrolytflüssigkeit 24. Als Elektrolytflüssigkeit 24 wird vorliegend konzentrierte und/oder verdünnte Salpetersäure verwendet. Hierdurch wird eine Unbedenklichkeit für die nicht zu entfernenden Bereiche des Bauteils 14 sichergestellt, da sich Titan bzw. die verwendete Titan-Legierung Ti-834 in Salpetersäure elektrochemisch passiv verhält. Die Gegenelektrode 20, welche gleichzeitig die den Elektrolytzuführungskanal 22 begrenzende Wand bildet, besteht ebenfalls aus einer Titanlegierung und wird somit ebenfalls nicht von der Salpetersäure angegriffen.
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Zum lokalen Entfernen der Schicht 12 wird das Bauteil 14 zunächst an der Halteeinrichtung 16 befestigt und mit der Elektrode 18 gekoppelt. Anschließend werden die Gegenelektrode 20 und der einteilig mit dieser ausgebildete Elektrolytzuführungskanal 22 in einem Abstand zwischen etwa 100 μm und etwa 1,5 mm von der zu entfernenden Schicht 12 angeordnet, wodurch sich der Spalt S ausbildet. Nach der Positionierung wird das Bauteil 14 über die Haltevorrichtung 16 in eine langsame Rotation um die Bauteilachse A versetzt. Daraufhin wird die Elektrolytflüssigkeit 24 kontinuierlich durch den Elektrolytzuführkanal 22 in den Spalt S eingebracht, wodurch der die Gegenelektrode 20 mit dem Bauteil 14 bzw. der Elektrode 18 elektrisch verbindende Elektrolytflüssigkeitsstrom erzeugt wird. Anschließend wird mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit eine elektrische Spannung zwischen der Elektrode 18 und der Gegenelektrode 20 erzeugt, wodurch die Schicht 12 aufgrund der Drehbewegung über den vollen Umfang des Bauteils 14 lokal anodisch aufgelöst und entfernt wird. Die Höhe bzw. Amplitude der Spannung wird dabei derart eingestellt, dass der resultierende Strom zum lokalen Entfernen der Schicht 12 ausreicht. Bei der vorliegenden Materialpaarung hat sich dabei eine Spannung zwischen 4 V und 14 V, insbesondere zwischen 6 V und 12 V, als geeignet erwiesen. Nur an den Stellen, an denen die Elektrolytflüssigkeit 24 auf das Bauteil 14 trifft, findet ein Kontaktschluss statt. Somit wird die Schicht 12 nur innerhalb der hierdurch gebildeten „lokalen elektrochemische Zelle” entfernt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Höhe der Spannung in Abhängigkeit der Zeit und/oder des Entschichtungsfortschritts variiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Lage bzw. der Abstand zwischen der Gegenelektrode 20 und dem Bauteil 14 in Abhängigkeit der Zeit und/oder des Entschichtungsfortschritts variiert werden.
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Aufgrund der lokal begrenzten Wirkung des vorstehend beschriebenen Entschichtungsverfahrens müssen andere Schichten 28 des Bauteils 14 selbst dann nicht abgedeckt oder anderweitig geschützt werden, wenn sie aus dem gleichen Material wie die Schicht 12 bestehen. Da ein Kontakt zwischen der Elektrolytflüssigkeit 24 und umliegendem Bauteilwerkstoff häufig jedoch nicht vollständig verhindert werden kann, kann vorgesehen sein, dass verschiedene Verfahrensparameter wie Spannung, Wahl der Elektrolytflüssigkeit 24, Durchflussmenge an Elektrolytflüssigkeit 24, Rotationsgeschwindigkeit und Lage des Bauteils 14 so gewählt werden, dass eine unerwünschte Modifizierung von nicht zu entschichtenden Bereichen des Bauteils 14 zuverlässig vermieden wird und das Entfernen auf die Schicht 12 beschränkt wird.
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3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer Gegenelektrode 20 und eines erneut einteilig mit dieser ausgebildeten Elektrolytzuführungskanals 22 der Vorrichtung 10. Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist im Bereich des Elektrolytzuführungskanals 22 bzw. der Düse 26 eine Spritzschutzeinrichtung 30 zum Begrenzen des Elektrolytflüssigkeitsstroms angeordnet. Vom Bauteil 14 abspritzende Elektrolytflüssigkeit 24 wird dabei mit Hilfe der Spritzschutzeinrichtung 30 abgefangen, so dass keine unerwünschten Flüssigkeitsverluste auftreten, eine unerwünschte Modifizierung von nicht zu entschichtenden Bereichen des Bauteils 14 besonders zuverlässig vermieden wird und darüber hinaus eine verbesserte Arbeitssicherheit gegeben ist. Die Spritzschutzeinrichtung 30 ist dabei vom Elektrolytzuführungskanal 22 bzw. der Gegenelektrode 20 abnehmbar und kann somit schnell und einfach gegen eine alternative Spritzschutzeinrichtung 30 ausgetauscht werden, um eine optimale Anpassung an unterschiedliche Bauteiltypen und -geometrien zu ermöglichen.
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4 zeigt eine ausschnittsweise Prinzipdarstellung einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung 10 zum Entfernen einer großen Schicht 12 von einem Bauteil 14. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen umfasst die vorliegend gezeigte Vorrichtung 10 zwei Gegenelektroden 20a, 20b und zwei Elektrolytzuführungskanäle 22a, 22b. Die Gegenelektrode 20a und der Elektrolytzuführungskanal 22a sowie die Gegenelektrode 20b und der Elektrolytzuführungskanal 22b sind jeweils einteilig ausgebildet und nebeneinander angeordnet. Auf die Endbereiche der Elektrolytzuführungskanäle 22a, 22b sind jeweils Düsen 26a, 26b aufgesteckt, mittels welchen die Ströme der Elektrolytflüssigkeiten 24a, 24b umgelenkt werden. Hierdurch kann die vergleichsweise große Schicht 12 in der vorstehend beschriebenen Weise in einem Arbeitsgang lokal entfernt werden, so dass sich entsprechende Zeit- und Kostenvorteile ergeben.
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5 zeigt eine ausschnittsweise Prinzipdarstellung der in 4 gezeigten Vorrichtung 10, wobei gleichzeitig zwei räumlich voneinander getrennte und geometrisch unterschiedliche Schichten 12a, 12b von einem Bauteil 14 entfernt werden. Zu diesem Zweck werden im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel zwei geometrisch unterschiedliche Gegenelektroden 20a, 20b und zwei geometrisch unterschiedliche Elektrolytzuführungskanäle 22a, 22b verwendet. Die Gegenelektrode 20a und der Elektrolytzuführungskanal 22a sowie die Gegenelektrode 20b und der Elektrolytzuführungskanal 22b sind wiederum jeweils einteilig ausgebildet und in einem Abstand zueinander angeordnet. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass die Gegenelektroden 20a, 20b und die Elektrolytzuführungskanäle 22a, 22b relativ zueinander bewegbar sind, so dass vor oder während des Verfahrens unterschiedliche relative Abstände bzw. räumliche Ausrichtungen eingestellt werden können. Alternativ oder zusätzlich können auch unterschiedlich große Spalte S zwischen den Elektrolytzuführungskanälen 22a, 22b und den Schichten 12a, 12b eingestellt werden. Auf die Endbereiche der Elektrolytzuführungskanäle 22a, 22b sind geometrisch unterschiedliche Düsen 26a, 26b aufgesteckt, mittels welchen die Elektrolytflüssigkeitsströme 24a, 24b gezielt auf die betreffende Schicht 12a, 12b umgelenkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Düsen 26a, 26b eine veränderbare Geometrie aufweist, um eine besonders präzise Anpassung des Elektrolytflüssigkeitsstroms an die betreffende Schicht 12a bzw. 12b zu ermöglichen.
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Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen – beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen – als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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