DE102011082795A1 - Verfahren und Vorrichtung zum ECM-Senken von Triebwerksschaufeln - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum ECM-Senken von Triebwerksschaufeln Download PDF

Info

Publication number
DE102011082795A1
DE102011082795A1 DE201110082795 DE102011082795A DE102011082795A1 DE 102011082795 A1 DE102011082795 A1 DE 102011082795A1 DE 201110082795 DE201110082795 DE 201110082795 DE 102011082795 A DE102011082795 A DE 102011082795A DE 102011082795 A1 DE102011082795 A1 DE 102011082795A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrodes
workpiece
molding
component
molding surfaces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE201110082795
Other languages
English (en)
Inventor
Daniela Arbinger
Albin Platz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Priority to DE201110082795 priority Critical patent/DE102011082795A1/de
Publication of DE102011082795A1 publication Critical patent/DE102011082795A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING 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
    • B23H9/00Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/10Working turbine blades or nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING 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
    • B23H3/00Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/04Electrodes specially adapted therefor or their manufacture

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Formen eines Bauteils (92) mittels elektrochemischen Abtragens von Material von einem Werkstück (91), umfasst eine Mehrzahl von Elektroden (20) mit je einer Formfläche (30), die jeweils von einer Anfangsposition (34) in eine vorbestimmte Endposition (36) bewegbar sind, wobei die räumliche Gestalt jeder Formfläche (30) der räumlichen Gestalt jeweils eines zugeordneten Abschnitts der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils (92) entspricht. Ferner umfasst die Vorrichtung (10) je eine Führungseinrichtung (21, 41) für jede Elektrode (20), wobei jede Führungseinrichtung (21, 41) ausgebildet ist, um die zugeordnete Elektrode (20) an ihrer vorbestimmten Endposition (36) in einer durch die Führungseinrichtung (21, 41) definierten Vorschubrichtung (35) zu führen, und wobei an keiner Stelle der Formfläche (30) ein Winkel (46) zwischen der lokalen Flächennormalen (31) der Formfläche (30) und der Vorschubrichtung (35) größer als 45 Grad ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Formen eines Bauteils, insbesondere einer Schaufel oder eines anderen Bauteils einer Turbine, eines Axialverdichters oder einer anderen Turbomaschine, mittels elektrochemischen Abtragens von Material von einem Werkstück. Das elektrochemische Abtragen von Material von einem Werkstück wird auch als ECM-Senken (ECM = electro chemical machining) bezeichnet.
  • Beim elektrochemischen Abtragen von Material von einem elektrisch leitfähigen Werkstück wird zwischen dem Werkstück und einer Elektrode eine elektrische Spannung angelegt. Diese ruft einen Strom durch einen Elektrolyten zwischen dem Werkstück und der Elektrode hervor. Dabei bewirkt ein elektrochemischer Prozess einen Materialabtrag an dem Werkstück. In der Regel besteht das Werkstück aus Metall und ist als Anode geschaltet. Der Elektrolyt weist beispielsweise Natriumchlorid NaCl oder Natriumnitrat NaNO3 auf. Die als Kathode geschaltete Elektrode wird als Werkzeug bezeichnet und in der Regel weder chemisch noch geometrisch verändert.
  • Die Stromdichte im Elektrolyten, der elektrochemische Prozess und der Materialabtrag am Werkstück sind von der Breite des Spalts zwischen Werkstück und Werkzeug abhängig. Je schmaler der Spalt ist, desto höher ist die Abtragrate am Werkstück. Deshalb bildet sich zwischen Werkstück und Werkzeug zumindest in stationärer Näherung ein Spalt mit im Wesentlichen konstanter Breite aus. Dadurch wird die räumliche Gestalt des Werkzeugs auf das Werkstück übertragen. Elektrochemisches Abtragen ist deshalb ein abbildendes Verfahren.
  • Elektrochemisches Abtragen weist eine Reihe von Vorteilen auf. Das Werkzeug wird weder mechanisch noch – bei geeigneter Wahl des Materials des Werkzeugs – chemisch verändert. Es kann deshalb nahezu beliebig oft zur Bearbeitung bzw. Formung eines Werkstücks verwendet werden. Der elektrochemische Prozess an der Oberfläche des Werkstücks beeinflusst die Randzone des Werkstücks, insbesondere das Gefüge von dessen Werkstoff, nicht.
  • Insbesondere aufgrund der genannten Vorteile werden beispielsweise Stator- oder Rotorschaufeln von Turbinen, Axialverdichtern oder anderen Turbomaschinen durch elektrochemisches Abtragen von Material von einem Werkstück mit Aufmaß hergestellt bzw. geformt. Die Herstellung einer Schaufel einer integral beschaufelten Rotorscheibe ist beispielsweise in der US 4,851,090 A beschrieben.
  • Die Breite des Spalts, der sich zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück einstellt, ist nicht überall gleich. Die Werkzeugform kann in einem empirischen iterativen Prozess dahin gehend optimiert werden, dass das Werkstück möglichst präzise die gewünschte Form erhält. In der DE 198 25 706 A1 ist ein Verfahren zum Berechnen einer Werkzeugform zum Erzielen einer gewünschten Werkstückform beschrieben.
  • In DE 2 111 982 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen eines elektrisch leitenden Werkstücks beschrieben. Acht Elektroden sind so angeordnet, dass sie aus acht mit gleichmäßigem Abstand zueinander angeordneten radialen Richtungen zusammenkommen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Formen eines Bauteils zu schaffen, wobei insbesondere durch eine möglichst konstante Breite des Spalts zwischen Elektrode und Werkstück eine möglichst präzise Abbildung einer Formfläche der Elektrode auf das Werkstück ermöglicht werden soll.
  • Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine Vorrichtung zum Formen eines Bauteils mittels elektrochemischen Abtragens von Material von einem Werkstück umfasst eine Mehrzahl von Elektroden mit je einer Formfläche, die jeweils von einer Anfangsposition in eine vorbestimmte Endposition bewegbar sind, wobei die räumliche Gestalt jeder Formfläche der räumlichen Gestalt jeweils eines zugeordneten Abschnitts der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils entspricht. Ferner umfasst die Vorrichtung je eine Führungseinrichtung für jede Elektrode, wobei jede Führungseinrichtung ausgebildet ist, um die zugeordnete Elektrode an ihrer vorbestimmten Endposition in einer durch die Führungseinrichtung definierten Vorschubrichtung zu führen und wobei an keiner Stelle der Formfläche ein Winkel zwischen der lokalen Flächennormalen der Formfläche und der Vorschubrichtung der zugeordneten Elektrode größer als 45 Grad ist. Die Elektroden sind dazu ausgebildet, einander zu überlappen.
  • Die Vorrichtung ist insbesondere zum Formen einer Schaufel oder eines anderen Bauteils einer Turbine, eines Axialverdichters oder einer anderen Turbomaschine vorgesehen und ausgebildet. Mit der Formfläche der Elektrode ist oder sind nur der oder die Teilbereiche der Oberfläche der Elektrode gemeint, die mit der zu erzeugenden Oberfläche korrespondieren. Eine Formfläche entspricht der zu erzeugenden Oberfläche bzw. korrespondiert mit dieser, wenn die Formfläche am Ende des elektrochemischen Abtragens in der vorbestimmten Endposition der Elektrode der erzeugten Oberfläche des Bauteils unmittelbar parallel oder im Wesentlichen parallel und mit konstantem oder im Wesentlichen konstanten Abstand gegenüberliegt.
  • Bei einer Formung einer vollständigen Mantelfläche eines Bauteils sind mindestens vier Elektroden erforderlich, damit alle lokalen Flächennormalen aller Formflächen einen Winkel von höchstens 45 Grad zur Vorschubrichtung der zugeordneten Elektrode bilden. Mindestens sechs Elektroden sind erforderlich, damit alle lokalen Flächennormalen aller Formflächen einen Winkel von höchstens 30 Grad zur Vorschubrichtung der zugeordneten Elektrode bilden. Diese Elektroden sind dann sternförmig um das Werkstück angeordnet.
  • Angaben zur Anzahl von Elektroden beziehen sich hier und im Folgenden insbesondere auf die Herstellung von Bauteilen, deren Querschnitt entlang einer Richtung sich qualitativ nur geringfügig verändert. Ein Beispiel dafür ist eine Stator- oder Rotorschaufel einer Turbine, eines Axialverdichters oder einer anderen Turbomaschine. Das Profil einer solchen Schaufel variiert zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Ende, ändert sich aber in der Regel nicht qualitativ. Die hier beschriebenen Eigenschaften der Elektroden sind besonders einfach in einem Schnitt entlang einer Ebene, deren Normalenvektor in Einbaulage der Schaufel im Wesentlichen radial ausgerichtet wäre, erkennbar. Auch Vorschubrichtungen und Normalenvektoren, auf die hier Bezug genommen wird, liegen dann insbesondere in dieser Ebene.
  • Wenn nicht nur Mantelflächen, also Flächen, deren Normalen im Wesentlichen in einer Ebene liegen, zu bearbeiten bzw. zu erzeugen sind, können zusätzliche Elektroden erforderlich sein. Beispiele sind die radial inneren und äußeren Enden von Stator- bzw. Rotorschaufeln. Um auch dort eine ähnlich präzise Abbildung der Formflächen in die Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils zu ermöglichen, sind in der Regel eine oder mehrere zusätzliche Elektroden erforderlich.
  • Es hat sich herausgestellt, dass, wenn an allen Orten an einer Formfläche der Winkel zwischen der lokalen Flächennormalen der Formfläche und der vorgesehenen Vorschubrichtung höchstens 45 Grad oder weniger beträgt und damit deutlich kleiner als 90 Grad ist, Variationen der Breite des Spalts zwischen Elektrode und Werkstück bzw. Bauteil deutlich reduziert werden können. Erste Untersuchungen haben ergeben, dass dieser Vorteil deutlich größer als intuitiv erwartet ausfällt und deshalb unerwartet den Nachteil des erhöhten Aufwands für die Herstellung und präzise Ausrichtung einer größeren Anzahl von Elektroden aufwiegen kann. Damit ist auch ohne eine aufwendige iterative Optimierung der Formfläche der Elektrode eine präzise Herstellung von Schaufeln von Turbomaschinen möglich. Dies ist selbst bei hoher Abtragrate möglich. Eine hohe Präzision kann hier ohne Einschränkungen hinsichtlich einer Stromdichte bzw. Abtragrate, der Temperatur, der Elektrolytkonzentration oder anderer Parameter erreichbar sein. Ferner kann auf weitere Arbeitsschritte zum Glätten der Oberfläche verzichtet werden. Ein Vergleich mit dem unter dem Akronym PECM (Präzises Elektrochemisches Bearbeiten) bekannten Verfahren ergab, dass die hier beschriebene Vorrichtung bei einer ähnlich geringen oder geringeren Geometrietoleranz eine deutlich schnellere und leistungsfähigere Formung eines Bauteils ermöglicht.
  • Eine Führungseinrichtung kann jeweils zur geradlinigen oder gekrümmten Führung der zugeordneten Elektrode ausgebildet sein. Eine geradlinige Führungseinrichtung umfasst beispielsweise ebene oder abschnittsweise ebene parallele Flanken der Elektrode und korrespondierend geformte feststehende Flächen, an denen die Flanken in einer Richtung verschiebbar anliegen. Insbesondere weisen die Elektroden jeweils eine rechteckig-zylindrische Mantelfläche auf und sind in einem entsprechend geformten Schacht entlang einer Geraden verschiebbar.
  • Alternativ umfasst eine Führungseinrichtung beispielsweise gekrümmte Flanken der Elektrode und entsprechend geformte feststehende Flächen, an denen die Flanken der Elektrode anliegen, so dass die Elektrode entlang einer kreisbogenförmigen oder anderen gekrümmten Bahn verschiebbar ist.
  • Wenn die Elektrode geradlinig geführt ist, ist die Vorschubrichtung zwischen der Anfangsposition und der vorbestimmten Endposition konstant. Wenn die Elektrode entlang einer gekrümmten Bahn geführt wird, variiert die Vorschubrichtung zwischen der Anfangsposition und der vorbestimmten Endposition der Elektrode. Entscheidend für geringe Variationen der Dicke des Spalts zwischen Werkstück und Werkzeug sind die Winkel zwischen den Flächennormalen der Formfläche und der Vorschubrichtung insbesondere unmittelbar bevor die Elektrode und damit auch die Formfläche der Elektrode ihre vorbestimmte Endposition erreicht.
  • Bei Verwendung von vier Elektroden zur Formung der gesamten Mantelfläche einer Schaufel einer Turbomaschine ist es bei einer nicht zu stark gekrümmten Schaufel möglich, die Elektroden so zu gestalten, dass an keiner Stelle einer Formfläche einer Elektrode der Winkel zwischen der lokalen Flachennormale der Formfläche und der Vorschubrichtung an der gleichen Stelle größer als 45 Grad ist. Der Winkel kann sogar auf 36 Grad oder 30 Grad oder 22,5 Grad oder 18 Grad beschränkt werden, wenn fünf bzw. sechs bzw. acht bzw. zehn Elektroden verwendet werden. Mit vier, fünf, sechs, acht oder zehn Elektroden ist also eine Beschränkung des Winkels zwischen Flächennormale und Vorschubrichtung auf relativ kleine Werte und entsprechend eine sehr gute Konstanz der Breite des Spalts zwischen Elektrode und Werkstück bzw. Bauteil erzielbar. In vielen Fällen sind sehr ähnliche Resultate erzielbar, wenn die genannten Winkel nur wenig, beispielsweise nur um 5% oder nur um 10%, überschritten werden.
  • Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, j sind insbesondere alle Winkel zwischen Vorschubrichtungen, die durch die Führungseinrichtungen nächst benachbarter Elektroden an deren vorbestimmten Endpositionen definiert sind, gleich.
  • Winkel können auch als gleich angesehen werden, wenn sie sich um weniger als 10% oder um weniger als 5% unterscheiden. Bei vier Elektroden können die Winkel zwischen Vorschubrichtungen, die durch Führungseinrichtungen nächst benachbarter Elektroden an deren vorbestimmten Endpositionen definiert sind, jeweils 90 Grad betragen, bei sechs Elektroden 60 Grad, bei acht Elektroden 45 Grad und bei zehn Elektroden 36 Grad.
  • Eine Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, kann mit einer oder in eine Spülkammer integriert sein oder eine Spülkammer umfassen, wobei die Elektroden von außen durch Öffnungen in einer Wand der Spülkammer in deren Innenraum reichen, und wobei die Elektroden in den Öffnungen fluiddicht abgedichtet sind, um einen die Spülkammer durchspülenden Elektrolyten im Innenraum der Spülkammer zu halten. Insbesondere sind die Elektroden in den Öffnungen so druckfest abgedichtet, dass in der Spülkammer ein Elektrolytfluss mit erhöhtem Druck möglich ist.
  • Die Elektroden sind in den Öffnungen insbesondere so abgedichtet, dass auch dann kein oder nur wenig Elektrolyt austritt, wenn der Elektrolyt in der Spülkammer einen Druck aufweist, der höher ist als der Umgebungsdruck. Die Elektroden können ferner durch die Öffnungen in der Wand der Spülkammer mechanisch spielarm geführt sein. Alternativ sind die Elektroden durch andere Einrichtungen geführt.
  • Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, können Elektroden an Rändern der Formfläche Zähne aufweisen, die dazu ausgebildet sind, ineinanderzugreifen, wenn die Formflächen an ihren vorbestimmten Endpositionen sind.
  • Die Zähne können ausgebildet sein, um die Formflächen relativ zueinander auszurichten. Die Zähne können somit dazu beitragen, dass auch bei einer größeren Anzahl von Elektroden nicht durch mangelhafte relative Ausrichtung der Formflächen Stufen an der Oberfläche des Bauteils entstehen.
  • Die Zähne können ferner dazu ausgebildet sein, den Einfluss der Ränder, an denen der Winkel zwischen der lokalen Flächennormalen der Formfläche und der lokalen Vorschubrichtung oft am größten ist, auf die Dicke des Spalts zwischen den Elektroden und dem Werkstück bzw. dem Bauteil zu minimieren. Die Zähne bewirken einen vorlaufenden elektrochemischen Abtrag von Bereichen des Werkstücks, die sich seitlich der Elektroden befinden, und können einen fließenden Übergang ohne Stufen zwischen den den einzelnen Formflächen zugeordneten Bereichen der Oberfläche des Bauteils bewirken.
  • Bei herkömmlichen Elektroden ohne Zähnen an den Rändern der Formflächen können beim elektrochemischen Abtragen des Materials zwischen den Elektroden zunächst Stege zurückbleiben, die immer schmaler und schließlich mechanisch so instabil werden, dass sie beispielsweise durch die Strömung des Elektrolyten in Bewegung geraten und/oder abreißen und die Elektroden berühren können. Dabei können sie unerwünschte elektronisch leitfähige Brücken zwischen dem Werkstück und einer oder mehreren Elektroden bilden. Dadurch können Kurzschlüsse entstehen und die Elektroden oder das Werkstück beschädigt werden.
  • Die beschriebenen Zähne können so ausgebildet sein, dass vorlaufend das Werkstück aufgelöst und vom Elektrolyten abgetragen werden kann und weder das Werkstück noch die Elektroden beschädigt werden können.
  • Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, können Elektroden dazu ausgebildet sein, einander bereits zu überlappen, wenn die Elektroden sich in Positionen befinden, die zwischen ihren Anfangspositionen und ihren vorbestimmten Endpositionen liegen.
  • Mit einer Überlappung ist insbesondere eine Überlappung in einer Projektion parallel zur lokalen Flächennormalen der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils gemeint. Der Überlapp erfolgt insbesondere zwischen Lippen, die an gegenüberliegenden Rändern der Formflächen nächst benachbarter Elektroden angeordnet sind. Derartige Lippen können die Abtragrate an den Rändern der Formflächen der Elektroden vorteilhaft beeinflussen. Ferner können derartige Lippen eine präzise relative Anordnung bzw. Ausrichtung der Formflächen der Elektroden in deren vorbestimmten Endpositionen durch Formschluss unterstützen.
  • Eine Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, kann ferner eine Einrichtung zum synchronen Bewegen der Elektroden von ihren Anfangspositionen zu ihren vorbestimmten Endpositionen umfassen.
  • Wie die nachfolgend beschriebenen Beispiele zeigen, kann eine Einrichtung zum synchronen Bewegen unter Umständen mit geringem Aufwand, robust und präzise bereitgestellt werden. Eine synchrone Bewegung der Elektroden vor allem nahe ihren vorbestimmten Endpositionen, unterstützt durch eine für alle Elektroden gleiche Vorschubgeschwindigkeit eine gleichmäßige bzw. allenfalls geringfügig variierende Breites des Spalts zwischen Elektroden und Bauteil und damit eine besonders präzise Abbildung der Formflächen der Elektroden in die Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils.
  • Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, kann die Einrichtung zum synchronen Bewegen der Elektroden ein Spiralgetriebe oder zwei Spiralgetriebe mit einer Einrichtung zum synchronen Antreiben der zwei Spiralgetriebe und zum synchronen Bewegen der Formflächen zwischen deren Anfangspositionen und vorbestimmten Endpositionen umfassen.
  • Mittels eines Spiralgetriebes können mehrere Elemente präzise synchron radial bewegt werden. Für die vorliegende Erfindung können ein oder mehrere Spiralgetriebe zur synchronen Bewegung der Elektroden verwendet werden.
  • Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, kann die Einrichtung zum synchronen Bewegen der Elektroden eine Konuseinrichtung mit einer konischen Gleitfläche oder mehreren Gleitflächen und zu jeder Elektrode eine Gleitbacke, die dazu ausgebildet ist, an der oder den Gleitflächen anzuliegen, umfassen, wobei die Konuseinrichtung und die Gleitbacken ausgebildet sind, um bei einer Relativbewegung von Konuseinrichtung und Gleitbacken in Richtung parallel zur Symmetrieachse des Konus eine synchrone Bewegung der Gleitbacken und der Formflächen zwischen deren Anfangspositionen und vorbestimmten Endpositionen zu bewirken.
  • Die beschriebene Konuseinrichtung stellt eine robuste, präzise und kostengünstige Lösung zur synchronen Bewegung der Elektroden und deren Formflächen dar.
  • Bei einer Vorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, kann die Einrichtung zum synchronen Bewegen der Elektroden ein Backenfutter oder zwei Backenfutter mit einer Einrichtung zum synchronen Antreiben der zwei Backenfutter und zum synchronen Bewegen der Formflächen zwischen deren Anfangspositionen und vorbestimmten Endpositionen umfassen.
  • Backenfutter bzw. Mehrbackenfutter weisen mehrere Backen auf, die mittels eines Spiralgetriebes oder mittels einer anderen Einrichtung synchron radial bewegt werden können. Insbesondere ist zur synchronen Bewegung der Elektroden ein Backenfutter, wie es beispielsweise an einer Drehbank verwendbar ist, mit einer der Anzahl der Elektroden entsprechenden Anzahl von Backen verwendbar. Insbesondere werden zwei Backenfutter verwendet, die einander gegenüberliegen, wobei Backen der gegenüberliegenden Backenfutter paarweise durch Bügel oder Stege verbunden sind, durch die die Elektroden radial nach innen gedrückt werden können. Die radial verschiebbaren Backen der beiden Backenfutter werden gleichzeitig angetrieben, um über die Bügel die Elektroden nach radial innen zu verschieben. Backenfutter sind nach jahrzehntelanger Entwicklung und bei Herstellung in großen Stückzahlen einerseits hinsichtlich Robustheit und Präzision optimiert und andererseits kostengünstig am Markt verfügbar sind.
  • Bei einem Verfahren zum Formen eines Bauteils mittels elektrochemischen Abtragens von Material von einem Werkstück werden Elektroden mit je einer Formfläche in je einer zugeordneten Anfangsposition angeordnet, wobei die räumliche Gestalt jeder Formfläche der räumlichen Gestalt jeweils eines zugeordneten Abschnitts der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils entspricht. Zwischen den Formflächen wird das Werkstück angeordnet. Ein Elektrolyt wird in einem Raum zwischen dem Werkstück und den Formflächen der Elektroden bereitgestellt. Zwischen den Elektroden und dem Werkstück wird ein Stromfluss durch den Elektrolyten erzeugt, wobei Material von dem Werkstück elektrolytisch abgetragen wird. Die Formflächen werden jeweils von der Anfangsposition zu einer zugeordneten Endposition bewegt. Jede Formfläche wird nahe der ihr zugeordneten Endposition so bewegt, dass an keiner Stelle der Formfläche ein Winkel zwischen der lokalen Flächennormalen der Formfläche und der Vorschubrichtung größer als 45 Grad ist. Die Elektroden überlappen einander nahe ihren zugeordneten Endpositionen.
  • Das hier beschriebene Verfahren ist insbesondere mit einer der hier beschriebenen Vorrichtungen durchführbar. Insbesondere werden fünf, sechs, acht, zehn oder mehr Elektroden verwendet. Die Vorteile des Verfahrens entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der hier beschriebenen Vorrichtung.
  • Insbesondere ist der Winkel an keiner Stelle der Formfläche größer als 30 Grad oder größer als 22,5 Grad oder größer als 18 Grad. Abweichungen von bis zu 5 Grad oder von bis zu 5% oder bis zu 10% der genannten Winkel führen oft zu jeweils vergleichbaren Ergebnissen.
  • Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, können alle Formflächen synchron von den ihnen jeweils zugeordneten Anfangspositionen zu den ihnen jeweils zugeordneten vorbestimmten Endpositionen bewegt werden.
  • Bei einem Verfahren, wie es hier beschrieben ist, können zum synchronen Bewegen der Formflächen ein oder zwei Backenfutter verwendet werden, wobei die Anzahl der Backen jedes Backenfutters der Anzahl der Elektroden entspricht und jede Elektrode mit einer der Backen jedes Backenfutters mechanisch gekoppelt ist.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines zu formenden Bauteils und von dazu verwendbaren Formflächen;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Formen eines Bauteils;
  • 3 schematische Darstellungen einer weiteren Vorrichtung zum Formen eines Bauteils;
  • 4 weitere Darstellungen der Vorrichtung aus 3;
  • 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Formen eines Bauteils;
  • 6 eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung aus 5;
  • 7 eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung aus den 5 und 6;
  • 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung zum Formen eines Bauteils;
  • 9 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Formen eines Bauteils.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bauteils 92 und von zu seiner Formung verwendbaren Formflächen 30. Das Bauteil 92 und die Formflächen 30 sind in einem Schnitt entlang einer Ebene dargestellt. Das Bauteil 92 ist ein Blatt bzw. eine Schaufel eines Stators oder eines Rotors einer Turbine, eines Axialverdichters oder einer anderen Turbomaschine. Abweichungen von der typischen realen Gestalt eines Blatts bzw. einer Schaufel dienen der deutlicheren Darstellung. Beispielsweise sind Radien an der Abströmkante untypisch groß dargestellt.
  • Die Formflächen 30 sind wirksame Flächen von nachfolgend anhand weiterer Figuren beschriebenen Elektroden. Die Formflächen 30 sind jeweils in einer Anfangsposition 34 und in einer vorbestimmten Endposition 36 dargestellt. Wenn die Formflächen 30 am Ende des nachfolgend beschriebenen Herstellungs- bzw. Formungsprozesses ihre vorbestimmten Endpositionen 36 erreicht haben, liegt zwischen der Oberfläche des fertigen Bauteils 92 und den Formflächen 30 ein Spalt 94 mit einer konstanten oder im Wesentlichen konstanten Breite. Insofern entsprechen – durch die nachfolgend beschriebene Abbildung der Formflächen 30 in die Oberfläche des Bauteils 92 – die Formflächen 30 jeweils Abschnitten der Oberfläche des Bauteils 92.
  • In 1 ist ferner eine lokale Flächennormale 31 einer Formfläche 30 nahe einem Rand 32 der Formfläche dargestellt. Ferner sind die Vorschubrichtungen 35 dargestellt. Wie nachfolgend dargestellt, werden die Formflächen 30 während des Formens des Bauteils 92 geradlinig in ihrer jeweiligen Vorschubrichtung 35 von ihren Anfangspositionen 34 zu ihren vorbestimmten Endpositionen 36 bewegt. Abweichend von den Darstellungen in den Figuren ist jedoch auch eine gekrümmte Bewegung der Elektroden möglich.
  • Die Flächennormale 31 und die Vorschubrichtung 35 schließen jeweils einen Winkel 46 ein, der in der Regel für jede Formfläche 30 an ihrem Rand 32 maximal ist. Bei einem konvexen Körper können zumindest zur Formung von dessen Mantelfläche sechs Formflächen 30 so gewählt werden, dass der Winkel 48 zwischen den Vorschubrichtungen 35 nächst benachbarter Formflächen 30 jeweils 60 Grad und der maximale Winkel zwischen lokaler Flächennormale 31 und Vorschubrichtung 35 an einer Formfläche 30 jeweils maximal 30 Grad beträgt. Entsprechendes gilt bei einem teilweise konkaven Querschnitt, wie er in 1 dargestellt ist, wenn der konkave Abschnitt nicht zu stark gewölbt ist.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zum Formen des bereits oben anhand der 1 beschriebenen Bauteils 92 mittels der bereits oben anhand der 1 dargestellten Formflächen 30. Die Formflächen 30 sind dem zu formenden Bauteil 92 zugewandte Abschnitte der Oberflächen von Elektroden 20. Diese Elektroden 20 werden oft auch als Werkzeuge bezeichnet. Die Elektroden 20 weisen neben den Formflächen 30 jeweils eine oder mehrere ebene oder abschnittsweise ebene, insbesondere zylindermantelförmige Flanken 21 auf. Die Flanken 21 der Elektroden 20 liegen Flanken 41 von einer oder mehreren zwischen den Elektroden 20 angeordneten Bereichen der Wand 40 einer Spülkammer gegenüber oder an diesen an. Das Werkstück 91 bzw. das Bauteil 92 ist in der Spülkammer angeordnet, die Elektroden 20 sind in Öffnungen in der Wand 40 der Spülkammer linear verschiebbar angeordnet. Durch eine Passung der Elektroden 20 in den Öffnungen in der Wand 40 der Spülkammer oder durch Dichteinrichtungen umschließen die Wand 40 der Spülkammer und die in den Öffnungen in der Wand 40 der Spülkammer eingesetzten Elektroden 20 zusammen das Werkstück 91 fluiddicht.
  • Die Öffnungen in der Wand 40 der Spülkammer können ferner der Führung der Elektroden 20 dienen. Idealerweise sind die Elektroden 20 in den Öffnungen der Wand 40 spielfrei oder zumindest spielarm geführt und nur geradlinig linear jeweils in ihrer zugeordneten Vorschubrichtung 35 verschiebbar. Alternativ werden die Elektroden 20 durch andere Einrichtungen geführt.
  • Die Wand 40 der Spülkammer weist insbesondere Keramik, Kunststoff oder ein anderes nicht elektrisch leitfähiges Material auf. Die in den 1 und 2 erkennbaren Bereiche der Wand 40 der Spülkammer sind außerhalb der in 2 dargestellten Schnittebene einstückig miteinander verbunden. Insbesondere umfasst die Wand ein rohrförmiges Bauteil mit einem beliebigen Querschnitt und schachtförmigen Öffnungen. In den schachtförmigen Öffnungen sind die Elektroden 20 angeordnet, Stege zwischen den schachtförmigen Öffnungen bilden die in 2 erkennbaren Bereiche der Wand 40.
  • In 2 ist ferner erkennbar, dass der Winkel zwischen zwei Flanken 41 eines Bereichs der Wand 40 der Spülkammer bzw. zwischen zwei einander gegenüberliegenden Flanken 21 zweier nächst benachbarter Elektroden 20 dem Winkel 48 zwischen den Vorschubrichtungen 35 zweier nächst benachbarter Elektroden 20 entspricht. Ferner ist der Winkel 46 zwischen der lokalen Flächennormalen der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils 92 einerseits und der Vorschubrichtung 35 bzw. der durch die Flanke 21 der zugeordneten Elektrode 20 definierten Ebene andererseits an einer anderen Stelle als in 1 eingezeichnet.
  • Zunächst befinden sich die Formflächen 30 in Anfangspositionen, beispielsweise in den in 2 dargestellten Positionen. In dem von den Elektroden 20 bzw. deren Formflächen 30 und den der Wand 40 der Spülkammer umschlossenen Hohlraum wird ein Werkstück 91 angeordnet. Das Werkstück 91 weist gegenüber dem zu erzeugenden Bauteil 92 – vorzugsweise allseitig – ein Aufmaß bzw. Übermaß auf. Der Zwischenraum zwischen den Formflächen 30 und dem Werkstück 91 wird mit einem Elektrolyten gefüllt. Insbesondere wird im gesamten Zwischenraum zwischen den Formflächen 30 und dem Werkstück 91 eine Elektrolytströmung 60 erzeugt. Dazu sind beispielsweise in 2 nicht dargestellte Öffnungen bzw. Kanäle in einander diametral gegenüberliegenden Bereichen der Wand 40 der Spülkammer vorgesehen, durch die Elektrolyt ein- bzw. ausströmt.
  • Gleichzeitig wird eine elektrische Spannung zwischen dem Werkstück 91 und den Elektroden 20 angelegt. Dabei werden insbesondere das Werkstück 91 als Anode und die Elektroden 20 als Kathoden geschaltet. Es resultieren ein Stromfluss durch den Elektrolyten und eine elektrochemische Reaktion am Werkstück 91, durch die Material vom Werkstück 91 abgetragen wird und in Lösung geht. Das im Elektrolyten gelöste Material wird durch die Elektrolytströmung 60 abtransportiert.
  • Die Stromdichte im Elektrolyten und die Abtragrate an der Oberfläche des Werkstücks 91 sind dort am höchsten, wo der Spalt zwischen Formfläche 30 und Oberfläche des Werkstücks 91 am schmalsten ist. Dadurch nähert sich die Gestalt der Oberfläche des Werkstücks 91 schnell der Gestalt der Formflächen 30 an. Mit fortschreitendem Abtrag von Material von der Oberfläche des Werkstücks 91 werden die Elektroden 20 in ihren Vorschubrichtungen 35 bewegt, um zunächst die Breite des Spaltes zwischen Formfläche 30 und Oberfläche des Werkstücks 91 ausgehend von der Darstellung in 2 zu verringern und dann konstant zu halten.
  • Der Prozess der Formung des Bauteils 92 aus dem Werkstück 91, insbesondere der Prozess der Formung der Mantelfläche des Werkstücks 91 ist abgeschlossen, wenn die Formflächen 30 ihre vorbestimmten Endpositionen erreicht haben. In diesen Endpositionen berühren die Ränder 32 der Formflächen 30 einander oder weisen einen geringen gegenseitigen Abstand auf. Abweichend von der Darstellung in 2 können die Elektroden 20 an den Rändern 32 der Formflächen 30 Lippen aufweisen, die einander nahe den vorbestimmten Endpositionen 36 der Formflächen 30 überlappen. Diese Lippen können dazu beitragen, frühzeitig Material zwischen den Formflächen 30 abzutragen und glatte und stufenfreie Übergänge zwischen Bereichen der Oberfläche des Bauteils 92, die verschiedenen Formflächen 30 entsprechen, zu schaffen. Ferner können die frühzeitig überlappenden Lippen dazu beitragen, dass das elektrochemische Abtragen nicht durch sich vom Werkstück 91 lösende und beispielsweise einen Kurzschluss zwischen Werkstück 91 und Elektroden 30 bildende Partikel des Werkstücks gestört wird.
  • Wenn die Formflächen 30 ihre vorbestimmten Endpositionen 36 erreicht haben, wird der Stromfluss unterbrochen und das fertige oder zumindest hinsichtlich der in den 1 und 2 im Schnitt sichtbaren Mantelflächen fertige Bauteil 92 entnommen. Eine weitere Bearbeitung der Oberfläche des Bauteils 92 kann in vielen Fällen entfallen.
  • Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel sind die maximalen Winkel 46 zwischen lokaler Flächennormale 31 und Vorschubrichtung 35 an allen Formflächen 30 gleich. Bei dem dargestellten Beispiel mit sechs Elektroden 20 bzw. sechs Formflächen 30 sind diese so geformt, dass der Winkel zwischen lokaler Flächennormale 31 und Vorschubrichtung 35 an keiner Stelle einer Formfläche 30 größer als ca. 30 Grad ist. Bei Verwendung von acht Elektroden kann dieser Winkel auf ca. 22,5 Grad beschränkt werden, bei zehn Elektroden auf ca. 18 Grad. Durch diese kleinen Winkel können Variationen der Breite des Spaltes 94 zwischen den Formflächen 30 und der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils 92 minimiert bzw. die Qualität der Abbildung der Gestalt der Formflächen 30 in die Oberfläche des Bauteils 92 optimiert werden.
  • Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel betragen die Winkel zwischen den Vorschubrichtungen 35 nächst benachbarter Elektroden 20 jeweils 60 Grad. Bei acht oder zehn Elektroden können diese so ausgebildet sein, dass der Winkel zwischen den Vorschubrichtungen nächst benachbarter Elektroden jeweils 45 Grad bzw. 36 Grad beträgt.
  • Die 3 und 4 zeigen schematische Darstellungen eines Ausschnitts einer weiteren Vorrichtung zum Formen eines Bauteils. 3 zeigt schematische Darstellungen von Schnitten entlang Ebenen, die den Schnittebenen der 1 und 2 entsprechen. 4 zeigt schematische Darstellungen von Schnitten entlang Schnittebenen A-A, die in 1 angedeutet sind. In
  • 4 sind ferner die Schnittebenen B-B der 3 angedeutet. In den 3 und 4 sind jeweils Elektroden 20 und Formflächen 30 links in ihren Anfangspositionen und rechts in ihren vorbestimmten Endpositionen dargestellt.
  • Das in den 3 und 4 dargestellte Beispiel unterscheidet sich von der oben anhand der 1 und 2 dargestellten Vorrichtung dadurch, dass an den einander gegenüberliegenden Rändern der Formflächen 30 Zähne 33 an den Elektroden 20 vorgesehen sind. Insbesondere in 4 ist erkennbar, dass die Zähne 33 so ausgebildet und angeordnet sind, dass Zähne 33 an einer der beiden Elektroden 20 in Zwischenräume 37 zwischen Zähnen 33 der anderen Elektrode 20 eingreifen können und umgekehrt.
  • Der gegenseitige Eingriff der Zähne 33 in die jeweils gegenüberliegenden Zwischenräume 37 kann, wie insbesondere in 3 rechts erkennbar ist, durch Formschluss eine präzise gegenseitige Ausrichtung der Formflächen 30 in ihren vorbestimmten Endpositionen 36 bewirken. Ferner können die Zähne 33 und Zwischenräume 37 an den Rändern der Formflächen 30 einen günstigen Einfluss auf die Abtragrate und auf die Konstanz der Breite des oben anhand der 1 beschriebenen Spalte 94 zwischen der Oberfläche des fertigen Bauteils 92 und den Formflächen 30 in ihren vorbestimmten Endpositionen 34 haben.
  • Eine weitere Wirkung der Zähne 33 besteht darin, dass beim elektrochemischen Abtragen bereits früh Material zwischen den Elektroden 20 abgetragen wird. Die Entstehung von großflächigen Stegen oder Folien in den Bereichen zwischen den Elektroden 20 wird dadurch frühzeitig unterdrückt. Die kleinräumige Struktur der Zähne 33 bewirkt ferner einen vorlaufenden elektrochemischen Abtrag von Bereichen des Werkstücks 91, die zwischen benachbarte Elektroden 20 liegen. Dadurch entstehen gleichmäßige Übergänge ohne Störeinflüsse wie z. B. Kurzschlüsse. Ferner können die Zähne 33 eine Ausbildung einer auch in Bereichen zwischen zwei Formflächen 30 stufenfreien Oberfläche des Bauteils 9 unterstützen.
  • Insbesondere in 3 rechts ist erkennbar, dass die Zähne 33 so ausgebildet sind, dass die Formflächen 30 in den in 3 rechts dargestellten Endpositionen in einer glatten, insbesondere im Wesentlichen geraden Linie aneinander grenzen oder einander gegenüberliegen. Die Zähne 33 bewirken also bei der dargestellten Ausgestaltung keine mäandrierende Grenzlinie zwischen benachbarten Formflächen 30.
  • Die 5 bis 7 zeigen schematische Darstellungen einer Vorrichtung 10 zum Formen eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen von Material von einem Werkstück 91. Elektroden 20, Formflächen 30 und die Wand 40 der Spülkammer weisen insbesondere die oben anhand der 1 bis 4 dargestellten Merkmale auf. Die in den 5 bis 7 dargestellte Schnittebene ist senkrecht zu den Schnittebenen der 1 bis 3.
  • Der Schwerpunkt der Darstellungen der 5 bis 7 liegt auf der Darstellung von Vorrichtungen 50 zum synchronen Bewegen der Elektroden 20 der Formflächen 30 während des elektrochemischen Abtragens von Material vom Werkstück 91. Die im Wesentlichen spiegelsymmetrisch aufgebauten Einrichtungen 50 umfassen jeweils eine Konuseinrichtung 51 mit einer konischen Gleitfläche 57 und mehrere Gleitbacken 53, die an der konischen Gleitfläche 57 anliegen. Die Gleitbacken 53 sind beispielsweise durch Federkraft radial nach außen gedrückt, so dass sie ständig an der konischen Gleitfläche 57 der zugeordneten Konuseinrichtung 51 anliegen. Die Gleitbacken 53 können an Stirnwänden 54 der Spülkammer geführt sein.
  • Anstelle einer Konuseinrichtung 51 mit einer konischen Gleitfläche 57 kann jede Einrichtung 50 jeweils mehrere Gleitflächen aufweisen, insbesondere für jede Gleitbacke 53 eine Gleitfläche. Wenn alle Gleitflächen den gleichen Winkel zu der Richtung, entlang derer die Konuseinrichtung 51 verschiebbar ist, aufweisen, werden alle Gleitbacken 53 und damit auch alle Elektroden 20 und alle Formflächen 30 mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt. Wenn die Gleitflächen unterschiedliche Winkel zu der Richtung der Verschiebbarkeit der Konuseinrichtung 51 aufweisen, können die Gleitbacken 53 und damit die Elektroden 20 und die Formflächen 30 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt werden.
  • An einer von der Formfläche 30 abgewandten Seite jeder Elektrode 20 liegt ein Steg oder Bügel 55. Jeder Bügel 55 kann mit der zugeordneten Elektrode 20 mechanisch fest verbunden sein. Jeder Bügel 55 ist mit je einer Gleitbacke 53 von jeder der beiden Einrichtungen 50 mechanisch gekoppelt. Bei dem dargestellten Beispiel ist jeder Bügel 55 mit einer Gleitbacke der in den 5 bis 7 jeweils links dargestellten Einrichtung 50 dauerhaft verbunden und mit einer Gleitbacke 53 der in den 5 bis 7 jeweils rechts dargestellten Einrichtung steckbar verbunden.
  • Die Konuseinrichtungen 51 sind jeweils entlang ihrer Symmetrieachse 56 verschiebbar. Diese Translationsbewegung kann über ein Gewinde zwischen der jeweiligen Konuseinrichtung 51 und einer zugeordneten Welle 52 eine fein dosierbare Folge einer Rotation der Konuseinrichtung 51 um ihre Symmetrieachse 56 sein. Bei Translation einer Konuseinrichtung 51 parallel zu ihrer Symmetrieachse 56 werden die an der konischen Gleitfläche 57 anliegenden Gleitbacken 53 radial bewegt. Über die Bügel 55 werden damit auch die Elektroden 20 radial bewegt.
  • 5 zeigt die Vorrichtung 10 mit einem frisch eingesetzten, insbesondere mit der in 5 rechts dargestellten Einrichtung 50 mechanisch verbundenen, Werkstück 91. Die in 5 rechts dargestellte Einrichtung 50 wird, wie durch die Pfeile 61 angedeutet, nach links bewegt. Dadurch wird das Werkstück 91 in den Raum zwischen den Formflächen 30 und innerhalb der Wand 40 der Spülkammer eingeführt und die Vorrichtung 10 bis zu dem in 6 dargestellten Zustand geschlossen.
  • Bei dem in 6 dargestellten Zustand kann der ringförmige Raum 93 zwischen den Elektroden 20 bzw. deren Formflächen 30 sowie der Wand 40 einerseits und dem Werkstück 91 allseitig verschlossen sein. Durch in den 5 bis 7 nicht dargestellte Kanäle wird Elektrolyt in den Raum 93 geleitet und aus diesem abgeleitet, um eine Strömung zu erzielen, wie sie beispielsweise oben anhand der 2 dargestellt wurde.
  • Bei dem in 6 dargestellten Zustand sind die Bügel 55 jeweils mit einer Gleitbacke 53 der in den 5 bis 7 rechts dargestellten Einrichtung 50 mechanisch gekoppelt. Bei den in 5 und 6 dargestellten Zuständen befinden sich die Elektroden 20 und die Formflächen 30 noch in Ausgangspositionen. Durch Verschieben der Konuseinrichtungen 51 in den durch Pfeile 62 angedeuteten Richtungen werden die Gleitbacken 53, die Bügel 55, die Elektroden 20 und die Formflächen 30 radial nach innen geschoben. Dabei nähern sich die Formflächen 30 dem Werkstück 91 an.
  • In 7 ist ein Zustand gezeigt, in dem die Konuseinrichtungen 50 bereits teilweise axial verschoben und die Gleitbacken 53, die Bügel 55, die Elektroden 20 und die Formflächen 30 bereits teilweise radial nach innen verschoben sind. Bei gleichzeitigem Stromfluss durch den Elektrolyten zwischen den Formflächen 30 und dem Werkstück 91 wird Material von dem Werkstück 91 abgetragen und durch die Strömung des Elektrolyten abtransportiert. Die resultierende geometrische Veränderung der Oberfläche des Werkstücks 91 ist in 7 angedeutet.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung 10 zum Formen eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen, die in einigen Merkmalen der oben anhand der 5 bis 7 dargestellten Vorrichtung ähnelt. Die Vorrichtung 10 unterscheidet sich von der oben anhand der 5 bis 7 dargestellten Vorrichtung dadurch, dass zur synchronen Bewegung bzw. Verschiebung der Elektroden Backenfutter 58 vorgesehen sind. Jedes Backenfutter weist mehrere beispielsweise mittels eines planen Spiralgetriebes synchron bewegbare Backen 59 auf. Die Anzahl der Backen 59 eines Backenfutters 58 entspricht der Anzahl der Elektroden 20. Jede Elektrode 20 ist an einem Bügel 55 angeordnet, der zwei einander gegenüberliegende bzw. korrespondierend angeordnete Backen 59 der Backenfutter 58 verbindet.
  • Bei synchronem Zustellen beider Backenfutter 58 können alle Elektroden 20 synchron durch die Bügel 55 nach innen gedrückt bzw. verschoben werden. Zur synchronen Zustellung beider Backenfutter kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die in 8 nicht dargestellt ist. Beispielsweise werden beide Backenfutter 58 mittels synchron angetriebener Schrittmotoren angetrieben. Alternativ sind beispielsweise beide Backenfutter 58 über ein Getriebe gekoppelt und werden von einem über das Getriebe auf beide Backenfutter wirkenden Elektromotor angetrieben.
  • Abweichend von der Darstellung in 8 kann nur ein Backenfutter 58 zum synchronen Bewegen bzw. Verfahren aller Elektroden verwendet werden, wobei jede Elektrode mit einer Backe mechanisch gekoppelt ist.
  • Die Einrichtungen 50 sind insbesondere Backenfutter, die beispielsweise als robuste, präzise und kostengünstige Serienprodukte für Drehbänke oder andere Anwendungen erhältlich sind. Dabei entspricht die Anzahl der Backen des Backenfutters der Anzahl der Elektroden 20. Durch einen in den 5 bis 7 nicht dargestellten gemeinsamen Antrieb beider Backenfutter ist eine präzise synchrone Bewegung aller Elektroden 20 möglich.
  • 9 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Formen eines Bauteils mittels elektrochemischen Abtragens von Material von einem Werkstück. Das Verfahren ist insbesondere mittels der oben anhand der 1 bis 8 dargestellten Vorrichtungen ausführbar. Das Verfahren ist jedoch auch mittels Vorrichtungen ausführbar, die sich von den oben anhand der 1 bis 8 dargestellten Vorrichtungen unterscheiden. Die nachfolgende Verwendung von Bezugszeichen aus den 1 bis 8 ist deshalb lediglich beispielhaft.
  • Bei einem ersten Schritt 101 werden vier Elektroden 20 mit je einer Formfläche 30 in je einer zugeordneten Anfangsposition 34 angeordnet. Insbesondere werden mehr als vier Elektroden angeordnet, beispielsweise fünf, sechs, acht oder zehn Elektroden 20. Die räumliche Gestalt jeder Formfläche 30 entspricht der räumlichen Gestalt jeweils eines zugeordneten Abschnitts der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils 92, wie dies beispielsweise oben anhand der 1 dargestellt wurde.
  • Bei einem zweiten Schritt 102 wird ein Werkstück 91 zwischen den Formflächen in ihrer Anfangsposition angeordnet. Bei einem dritten Schritt 103 wird ein Elektrolyt in einem Raum 93 zwischen dem Werkstück 91 und den Formflächen 30 der Elektroden 20 bereitgestellt, insbesondere wird dieser Raum von dem Elektrolyten durchflossen. Bei einem vierten Schritt 104 wird ein Stromfluss zwischen den Elektroden 20 und dem Werkstück 91 durch den Elektrolyten erzeugt. Durch eine elektrochemische Reaktion wird Material von dem Werkstück 91 abgetragen. Bei einem fünften Schritt 105 werden die Formflächen 30 von ihren Anfangspositionen 34 zu ihren zugeordneten Endpositionen 36 bewegt, beispielsweise so wie oben anhand der 5 bis 8 dargestellt.
  • Der dritte Schritt 103, der vierte Schritt 104 und der fünfte Schritt 105 erfolgen insbesondere gleichzeitig und kontinuierlich über einen längeren Zeitraum, währenddessen Material vom Werkstück 91 abgetragen und vom Elektrolyten abtransportiert und die Formflächen langsam von ihren Anfangspositionen zu ihren zugeordneten Endpositionen bewegt werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Vorrichtung zum ECM-Senken
    20
    Elektrode der Vorrichtung 10
    21
    Flanke der Elektrode 20
    30
    Formfläche der Elektrode 20
    31
    lokale Flächennormale der Formfläche 22
    32
    Rand der Formfläche 22 der Elektrode 20
    33
    Zahn am Rand 23 der Formfläche 22
    34
    Anfangsposition der Formfläche 22
    35
    Vorschubrichtung der Formfläche 22
    36
    Endposition der Formfläche 22
    37
    Ausnehmung zwischen zwei Zähnen 33
    40
    Wand einer Spülkammer
    41
    Flanke einer Öffnung in der Wand 40
    46
    Winkel zwischen der Vorschubrichtung 35 und der lokalen Flächennormale 31
    48
    Winkel zwischen den Vorschubrichtungen benachbarter Elektroden 30
    50
    Einrichtung zum synchronen Bewegen der Elektroden (20)
    51
    Konuseinrichtung der Einrichtung 50
    52
    Welle der Einrichtung 50
    53
    Gleitbacke der Einrichtung 50
    54
    Stirnwand der Spülkammer
    55
    Bügel
    56
    Symmetrieachse der Konuseinrichtung 51
    57
    Gleitfläche der Konuseinrichtung 51
    58
    Backenfutter
    59
    Backe des Backenfutters 58
    60
    Elektrolytströmung
    61
    Richtung des Schließens der Vorrichtung 10
    62
    Richtung des Bewegens des Konus 50
    91
    Werkstück
    92
    Bauteil
    93
    Raum zwischen Formfläche 30, Wand 40 und Werkstück 91
    94
    Spalt zwischen Formfläche 30 und Werkstück 91 bzw. Bauteil 92
    101
    erster Schritt (Anordnen von Elektroden in Anfangspositionen)
    102
    zweiter Schritt (Anordnen des Werkstücks zwischen Formflächen)
    103
    dritter Schritt (Füllen von Elektrolyt in Zwischenraum)
    104
    vierter Schritt (Erzeugen eines Stromflusses durch den Elektrolyten)
    105
    fünfter Schritt (synchrones Bewegen der Elektroden zu Endpositionen)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4851090 A [0005]
    • DE 19825706 A1 [0006]
    • DE 2111982 [0007]

Claims (12)

  1. Vorrichtung (10) zum Formen eines Bauteils (92) mittels elektrochemischen Abtragens von Material von einem Werkstück (91), mit: einer Mehrzahl von Elektroden (20) mit je einer Formfläche (30), die jeweils von einer Anfangsposition (34) in eine vorbestimmte Endposition (36) bewegbar sind, wobei die räumliche Gestalt jeder Formfläche (30) der räumlichen Gestalt jeweils eines zugeordneten Abschnitts der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils (92) entspricht, und; je einer Führungseinrichtung (21, 41) für jede Elektrode (20), wobei jede Führungseinrichtung (21, 41) ausgebildet ist, um die zugeordnete Elektrode (20) an ihrer vorbestimmten Endposition (36) in einer durch die Führungseinrichtung (21, 41) definierten Vorschubrichtung (35) zu führen, und wobei an keiner Stelle der Formfläche (30) ein Winkel (46) zwischen der lokalen Flächennormalen (31) der Formfläche (30) und der Vorschubrichtung (35) größer als 45 Grad ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20) dazu ausgebildet sind, einander zu überlappen.
  2. Vorrichtung (10) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei alle Winkel (48) zwischen Vorschubrichtungen (35), die durch die Führungseinrichtungen (21, 41) nächst benachbarter Elektroden (20) an deren vorbestimmten Endpositionen (36) definiert sind, gleich sind.
  3. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Elektroden (20) an Rändern (32) der Formflächen (30) Zähne (33) aufweisen, die dazu ausgebildet sind ineinander zu greifen, wenn die Formflächen (30) an oder nahe ihren vorbestimmten Endpositionen (36) sind.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Elektroden (20) dazu ausgebildet sind, einander bereits zu überlappen, wenn die Elektroden (20) sich in Positionen befinden, die zwischen ihren Anfangspositionen (34) und ihren Endpositionen (36) liegen.
  5. Vorrichtung (10) nach dem vorangehenden Anspruch, bei der die Zähne (33) ausgebildet sind, um in den Endpositionen (36) der Formflächen (30) so ineinander zu greifen, dass sie einen im Wesentlichen kontinuierlichen Übergang zwischen den Formflächen (30) bilden.
  6. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit: einer Einrichtung (50) zum synchronen Bewegen der Elektroden (20) von ihren Anfangspositionen (34) zu ihren vorbestimmten Endpositionen (36).
  7. Vorrichtung (10) nach dem vorangehenden Anspruch, bei der die Einrichtung (50) zum synchronen Bewegen der Elektroden (20) ein Spiralgetriebe (58) oder zwei Spiralgetriebe (58) mit einer Einrichtung zum synchronen Antreiben der zwei Spiralgetriebe (58) und zum synchronen Bewegen der Formflächen (30) zwischen deren Anfangspositionen (34) und vorbestimmten Endpositionen (36) umfasst.
  8. Vorrichtung (10) nach dem vorangehenden Anspruch, bei der die Einrichtung (50) zum synchronen Bewegen der Elektroden (20) ein Backenfutter (58) oder zwei Backenfutter (58) mit einer Einrichtung zum synchronen Antreiben der zwei Backenfutter (58) und zum synchronen Bewegen der Formflächen (30) zwischen deren Anfangspositionen (34) und vorbestimmten Endpositionen (36) umfasst.
  9. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit: einer integrierten Spülkammer (21, 41), in die die Elektroden (20), eingeführt und nach außen abgedichtet sind um einen Elektrolytfluss über das Bauteil (91) mit erhöhtem Druck zu ermöglichen.
  10. Verfahren zum Formen eines Bauteils (92) mittels elektrochemischen Abtragens von Material von einem Werkstück (91), mit folgenden Schritten: Anordnen (101) von Elektroden (20) mit je einer Formfläche (30) in je einer zugeordneten Anfangsposition (34), wobei die räumliche Gestalt jeder Formfläche (30) der räumlichen Gestalt jeweils eines zugeordneten Abschnitts der Oberfläche des zu erzeugenden Bauteils (92) entspricht; Anordnen (102) des Werkstücks (91) zwischen den Formflächen (30); Bereitstellen (103) eines Elektrolyts in einem Raum (94) zwischen dem Werkstück (91) und den Formflächen (30) der Elektroden (20); Erzeugen (104) eines Stromflusses zwischen den Elektroden (20) und dem Werkstück (91) durch den Elektrolyten, wobei Material von dem Werkstück (91) elektrolytisch abgetragen wird; Bewegen (105) der Formflächen (30) jeweils von der Anfangsposition (34) zu einer zugeordneten Endposition (36), wobei jede Formfläche (20) nahe der ihr zugeordneten Endposition (36) so bewegt wird, dass an keiner Stelle der Formfläche (30) ein Winkel (46) zwischen der lokalen Flächenormalen (31) der Formfläche (30) und der Vorschubrichtung (35) größer als 45 Grad ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (20) nahe den zugeordneten Endpositionen (36) einander überlappen.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem alle Formflächen (30) synchron von den ihnen jeweils zugeordneten Anfangspositionen (34) zu den ihnen jeweils zugeordneten vorbestimmten Endpositionen (36) bewegt werden.
  12. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem zum synchronen Bewegen (105) der Formflächen (30) ein oder zwei Backenfutter (50) verwendet werden, wobei die Anzahl der Backen (52) jedes Backenfutters (50) der Anzahl der Elektroden (20) entspricht und jede Elektrode (20) mit einer der Backen (52) jedes Backenfutters (50) mechanisch gekoppelt ist.
DE201110082795 2010-09-17 2011-09-15 Verfahren und Vorrichtung zum ECM-Senken von Triebwerksschaufeln Ceased DE102011082795A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201110082795 DE102011082795A1 (de) 2010-09-17 2011-09-15 Verfahren und Vorrichtung zum ECM-Senken von Triebwerksschaufeln

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010045868.6 2010-09-17
DE102010045868 2010-09-17
DE201110082795 DE102011082795A1 (de) 2010-09-17 2011-09-15 Verfahren und Vorrichtung zum ECM-Senken von Triebwerksschaufeln

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011082795A1 true DE102011082795A1 (de) 2012-04-26

Family

ID=45923380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201110082795 Ceased DE102011082795A1 (de) 2010-09-17 2011-09-15 Verfahren und Vorrichtung zum ECM-Senken von Triebwerksschaufeln

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102011082795A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012201052A1 (de) * 2012-01-25 2013-07-25 Mtu Aero Engines Gmbh Mehrteilige Elektrodenanordnung und Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Schaufeln mit Deckbändern
EP3403754A1 (de) * 2017-05-17 2018-11-21 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg GmbH Vorrichtung und verfahren zur elektrochemischen bearbeitung eines metallenen werkstücks
DE102017110735A1 (de) * 2017-05-17 2018-11-22 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils, insbesondere eines Schaufelbauteils einer Strömungsmaschine
CN113210774A (zh) * 2021-05-31 2021-08-06 南京航空航天大学 叶片/整体叶盘全向进给脉动态精密电解加工装置及方法
DE102016015784B4 (de) 2016-12-16 2021-09-16 Stoba Sondermaschinen Gmbh ECM-Werkzeugmaschine sowie Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten
DE102020214344A1 (de) 2020-11-16 2022-05-19 MTU Aero Engines AG Werkzeugkathode sowie Verfahren zum Herstellen einer Werkzeugkathode zum elektrochemischen Bearbeiten

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2111982A1 (de) 1970-03-13 1971-09-23 Metem Corp Verfahren und Vorrichtung fuer elektrochemische Bearbeitung
US4851090A (en) 1987-05-13 1989-07-25 General Electric Company Method and apparatus for electrochemically machining airfoil blades
DE19825706A1 (de) 1997-06-13 1998-12-24 Gen Electric Verfahren zum Formen eines Fertigungsgegenstandes und Fertigungsgegenstand

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2111982A1 (de) 1970-03-13 1971-09-23 Metem Corp Verfahren und Vorrichtung fuer elektrochemische Bearbeitung
US4851090A (en) 1987-05-13 1989-07-25 General Electric Company Method and apparatus for electrochemically machining airfoil blades
DE19825706A1 (de) 1997-06-13 1998-12-24 Gen Electric Verfahren zum Formen eines Fertigungsgegenstandes und Fertigungsgegenstand

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012201052A1 (de) * 2012-01-25 2013-07-25 Mtu Aero Engines Gmbh Mehrteilige Elektrodenanordnung und Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung von Schaufeln mit Deckbändern
US9682437B2 (en) 2012-01-25 2017-06-20 MTU Aero Engines AG Multipart electrode array and method for the electrochemical treatment of blades having shrouding bands
DE102016015784B4 (de) 2016-12-16 2021-09-16 Stoba Sondermaschinen Gmbh ECM-Werkzeugmaschine sowie Verfahren zum elektrochemischen Bearbeiten
US10717140B2 (en) * 2017-05-17 2020-07-21 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg Gmbh Device for the electrochemical processing of a metal workpiece
EA036437B1 (ru) * 2017-05-17 2020-11-11 Ляйстритц Турбинентехник Нюрнберг Гмбх Устройство для электрохимической обработки металлической заготовки
US20180333810A1 (en) * 2017-05-17 2018-11-22 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg Gmbh Method for the production of a metal component, in particular a vane component of a turbomachine
US20180333795A1 (en) * 2017-05-17 2018-11-22 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg Gmbh Device for the electrochemical processing of a metal workpiece
CN108941813A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 莱斯特里兹涡轮机技术纽伦堡有限责任公司 一种用电化学处理金属工件的设备
CN108941804A (zh) * 2017-05-17 2018-12-07 莱斯特里兹涡轮机技术纽伦堡有限责任公司 一种用于生产金属部件,特别是涡轮机的叶片部件的方法
EP3403755A3 (de) * 2017-05-17 2019-01-02 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg GmbH Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines metallbauteils, insbesondere eines schaufelbauteils einer strömungsmaschine
DE102017110733A1 (de) * 2017-05-17 2018-11-22 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg Gmbh Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallenen Werkstücks
EA036410B1 (ru) * 2017-05-17 2020-11-09 Ляйстритц Турбинентехник Нюрнберг Гмбх Способ изготовления металлического конструктивного элемента, в частности конструктивного элемента лопатки лопастной машины
DE102017110735A1 (de) * 2017-05-17 2018-11-22 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils, insbesondere eines Schaufelbauteils einer Strömungsmaschine
CN108941804B (zh) * 2017-05-17 2020-12-29 莱斯特里兹涡轮机技术纽伦堡有限责任公司 一种用于生产金属部件,特别是涡轮机的叶片部件的方法
CN108941813B (zh) * 2017-05-17 2021-05-11 莱斯特里兹涡轮机技术纽伦堡有限责任公司 一种用电化学处理金属工件的设备
DE102017110735B4 (de) 2017-05-17 2023-03-23 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils, insbesondere eines Schaufelbauteils einer Strömungsmaschine
EP3403754A1 (de) * 2017-05-17 2018-11-21 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg GmbH Vorrichtung und verfahren zur elektrochemischen bearbeitung eines metallenen werkstücks
DE102017110733B4 (de) 2017-05-17 2022-07-07 Leistritz Turbinentechnik Nürnberg Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallenen Werkstücks
DE102020214344A1 (de) 2020-11-16 2022-05-19 MTU Aero Engines AG Werkzeugkathode sowie Verfahren zum Herstellen einer Werkzeugkathode zum elektrochemischen Bearbeiten
CN113210774A (zh) * 2021-05-31 2021-08-06 南京航空航天大学 叶片/整体叶盘全向进给脉动态精密电解加工装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2451603B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum elektrochemischen abtragen einer oberfläche eines bauteils
DE102011082795A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum ECM-Senken von Triebwerksschaufeln
EP2895290B1 (de) Verfahren zum modifizieren der flanken eines zahns eines zahnrads mit hilfe eines werkzeugs
DE69307094T2 (de) Strangpressmatrize und Matrizeeinsatz dafür
DE102013108604B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Mikrostrukturen in zylindrischen Oberflächen
EP3274118A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum verzahnen von werkrädern durch wälzschälen
EP3271101B1 (de) Verfahren zur herstellung eines stators bzw. zur bearbeitung der innenwandung eines stators
WO2011073745A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von feinkörnigen, polykristallinen werkstoffen oder werstücken aus länglichen oder rohrförmigen halbzeugen
WO2014075651A2 (de) Verfahren zur bestimmung der freiflächenkontur eines wälzschälwerkzeuges, wälzschälwerkzeug und dessen verwendung
EP1694985A1 (de) Laufverzahnung und herstellungsverfahren für eine solche
EP3281728A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils einer rotationsmaschine sowie bauteil hergestellt nach einem solchen verfahren
DE2111982A1 (de) Verfahren und Vorrichtung fuer elektrochemische Bearbeitung
DE102011102288B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung
EP3403754B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur elektrochemischen bearbeitung eines metallenen werkstücks
EP3380739B1 (de) Verfahren zum fertigen eines massivbauteils sowie ein massivbauteil
DE2131633A1 (de) Suspensionssieb und Verfahren zu seiner Herstellung
EP3388682B1 (de) Vakuumpumpe mit einem kühlkörper und verfahren zur herstellung des kühlkörpers
DE102020118836B3 (de) Fertigungsverfahren für ein formgebendes Werkzeugteil eines Formwerkzeugs
WO2013127717A1 (de) Käfigläufer für einen kleinmotor und verfahren zu seiner herstellung
EP3380262B1 (de) Fertigungseinrichtung zur fertigung eines massivbauteils sowie verfahren zur fertigung des massivbauteils mit der fertigungseinrichtung
DE102010001083A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Fingerfräsen
EP3291939A1 (de) Erodieren der innenverzahnung an planetwalzenextrudern
DE102014220182A1 (de) Räumwerkzeug sowie Vorrichtung zur Herstellung von Nuten in einem Werkstück
EP2786826B1 (de) Elektrochemisches Bearbeitungsverfahren zur Herstellung von Ausnehmungen mit und ohne Hinterschneidungen
WO2018162642A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von zahnstangen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MTU AERO ENGINES AG, DE

Free format text: FORMER OWNER: MTU AERO ENGINES GMBH, 80995 MUENCHEN, DE

Effective date: 20130806

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final