DE102015113373B4 - Verfahren und Vorrichtung zur elektro-chemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur elektro-chemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings (3a), bei dem unter Stromfluss mittels einer Bearbeitungselektrode Material von dem Rohling (3a) abgetragen wird, wobei die Bearbeitungselektrode und der Rohling (3a) im Verhältnis zueinander translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar sind und zur Vermeidung von Materialabtrag in einem vorbestimmten Bereich (23) des Rohlings (3a) an dem Bereich (23) oder in der Nähe des Bereichs (23) ein Opferkörper (6a) angeordnet wird, wobei der Opferkörper (6a) zumindest in einem Abschnitt (29), mit dem er an dem Bereich (23) oder in der Nähe des Bereichs (23) angeordnet wird, in Bearbeitungsrichtung gesehen mit derselben Kontur versehen wird wie ein aus dem Rohling (3a) herzustellendes Erzeugnis (1a) in einem Abschnitt, an dem bzw. nahe dem der Opferkörper (6a) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine den Rohling (3a) vollständig durchdringende Ausnehmung (2) gebildet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektro-chemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings, bei dem unter Stromfluss mittels einer Bearbeitungselektrode Material von dem Rohling abgetragen wird, wobei die Bearbeitungselektrode und der Rohling im Verhältnis zueinander translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar sind und zur Vermeidung von Materialabtrag in einem vorbestimmten Bereich des Rohlings an dem Bereich oder in der Nähe des Bereichs ein Opferkörper angeordnet wird, wobei der Opferkörper zumindest in einem Abschnitt, mit dem er an dem Bereich oder in der Nähe des Bereichs angeordnet wird, in Bearbeitungsrichtung gesehen mit derselben Kontur versehen wird wie ein aus dem Rohling herzustellendes Erzeugnis in einem Abschnitt, an dem bzw. nahe dem der Opferkörper angeordnet wird.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur elektro-chemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings.
  • Ein solches Verfahren geht aus DE 10 2008 011 427 A1 hervor. Ein darin beschriebenes Werkstück wird mit einer Elektrode bearbeitet, die sich gepulst auf das Werkstück zubewegt. Um eine Oberfläche des Werkstücks vor ungewollter Materialabtragung zu schützen, wird eine elektrisch leitfähige Schicht bspw. durch Lackieren oder ein Spritzverfahren auf der Oberfläche aufgetragen.
  • Ein weiteres Verfahren zur elektro-chemischen Bearbeitung ist aus US 2012/0217163 A1 bekannt. Eine darin beschriebene Elektrode befindet sich in einem Abstand zu einem elektrisch leitfähigen Werkstück, wobei der Abstand oszillierend verringert und vergrößert wird. Mittels einer steuerbaren Stromversorgung wird aufgrund des Stromflusses zwischen der Elektrode und dem Werkstück von dem Werkstück Material abgetragen. Ferner wird ein bestimmter Bereich des Werkstücks während der elektrochemischen Bearbeitung mittels eines Opferkörpers vor ungewollter Materialabtragung geschützt.
  • Aus US 5,310,468 A ist ein Verfahren zur elektro-chemischen Bearbeitung bekannt, wobei ein zu bearbeitendes Werkstück mittels eines Opferkörpers teilweise verdeckt wird, sodass in dem verdeckten Bereich kein Material abgetragen wird.
  • Ein Verfahren zum Aufrauen eines Werkstücks mittels eines Elektrolyseprozesses ist aus US 2011/0262771 A1 bekannt. Mittels Haltemittel werden ein metallisches Werkstück und eine Gegenelektrode in einem konstanten Abstand voneinander gehalten, wobei die der Gegenelektrode abgewandte Oberfläche des Werkstücks während der elektrolytischen Ätzung oder Aufrauhung mittels einer Schutzeinrichtung geschützt werden kann.
  • Weitere Verfahren zur elektro-chemischen Bearbeitung sind als ECM-Verfahren, insbesondere PECM-Verfahren, durch Benutzung bekannt. Um einem Rohling eine Form zu verleihen, wird der Rohling als Anode und die Bearbeitungselektrode als Kathode mittels einer Spannungs- oder einer Stromquelle polarisiert. Unter Belegung des Rohlings und der Bearbeitungselektrode durch Spülung mit einer Lösung eines Elektrolyts werden Metallionen aus dem Rohling gelöst und reagieren mit dem Elektrolyt zu einem Metallhydroxid, welches durch die Spülung entfernt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Herstellung von Werkstücken mit verbesserten Oberflächeneigenschaften ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest eine den Rohling vollständig durchdringende Ausnehmung gebildet wird.
  • Überraschend hat sich gezeigt, dass durch Benutzung des Opferkörpers vermieden werden kann, dass auch von Bereichen des Rohlings, die an sich nicht bearbeitet werden sollen, Material abgetragen wird. Ein solcher Materialabtrag, der insbesondere eine Oberflächenqualität eines aus dem Rohling herzustellenden Werkstücks beeinträchtigt, tritt bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren auf, da es oftmals nicht möglich ist, den Materialabtrag allein durch Anordnung und Form der Bearbeitungselektrode ausreichend genau lediglich auf einen zu bearbeitenden Abschnitt des Rohlings zu begrenzen. Wird der Opferkörper an dem Bereich oder in der Nähe, bevorzugt in unmittelbarer Nähe, des Bereichs angeordnet, kann er den Bereich vor Elektrolyt abschirmen und dadurch den Materialabtrag verhindern. Wird er derart kontaktiert, dass er als Anode wirkt, werden Metallionen in dem Bereich nicht aus dem Rohling, sondern aus dem Opferkörper gelöst.
  • Ferner wird es durch Benutzung des Opferkörpers möglich, bei Bearbeitung des Rohlings Einfluss auf die Größe eines Radius einer Kante zu nehmen, die sich zwischen einem bearbeiteten und einem nicht bearbeiteten Oberflächenabschnitt des Rohlings ausbildet, insbesondere und eine scharfe Kante zu erzeugen. Um zu vermeiden, dass eine durch die elektro-chemische Bearbeitung erzeugte Kante eine gewisse Rundung aufweisen, die sich bei herkömmlicher Bearbeitung zwangsläufig bildet, wird der Opferkörper in einem Abschnitt des Rohlings, an dem die scharfe Kante vorgesehen ist, auf dem Rohling angeordnet. Weil dadurch der die Rundung bildende Materialabtrag verhindert wird, kann sie sich nicht ausbilden.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich die Benutzung des Opferkörpers bei elektro-chemischer Bearbeitung mittels ECM-Verfahren erwiesen, insbesondere die Bearbeitung nach dem sog. PECM-Verfahren, bei dem der Vorschubbewegung der, vorzugsweise scheibenförmigen, Bearbeitungselektrode eine in Vorschubrichtung oszillierende, zu elektrischen Bearbeitungsimpulsen synchrone Bewegung der Bearbeitungselektrode überlagert wird.
  • Zweckmäßigerweise ist der vorbestimmte Bereich, in dem der Materialabtrag vermieden werden soll, durch zumindest einen Abschnitt einer Oberfläche des Rohlings gebildet, der nicht elektro-chemisch bearbeitet werden soll.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Opferkörper anliegend an dem vorbestimmten Bereich, vorzugsweise der genannten Oberfläche, des Rohlings angeordnet, wobei der Opferkörper den Bereich vorzugsweise vollständig belegt. Gelingt es, mittels des Opferkörpers zu vermeiden, dass eine Elektrolytlösung, die zur elektro-chemischen Bearbeitung benutzt wird, bis auf den Bereich vordringt, kann der Materialabtrag schon allein dadurch verhindert werden. Gelangt die Elektrolytlösung trotz des Opferkörpers auf den Bereich, wird der Materialabtrag zum einen dadurch verringert, dass die Elektrolytlösung durch den Opferkörper blockiert wird. Zum anderen gehen, wenn wie nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen der Opferkörper ein geringeres elektro-chemisches Potential aufweist als der Rohling, Metallionen des Opferkörpers anstatt der Metallionen des Rohlings in Lösung.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Opferkörper aus Aluminium zu bilden, da dieses Material ein verhältnismäßig geringes elektro-chemisches Potential aufweist, kostengünstig ist und einfach zu bearbeiten ist.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird bei der Bildung der Ausnehmung, vorzugsweise eine Nut, normalerweise zumindest eine der Oberflächen des Rohlings bearbeitet. Um mittels des Opferkörpers die nicht elektro-chemisch zu bearbeitenden Abschnitte zumindest bei der Bearbeitung durchdrungene Oberfläche vor dem unerwünschten Materialabtrag zu schützen, wird der Opferkörper vorzugsweise so ausgebildet und so auf die Oberfläche aufgelegt, dass er sie belegt, und die Bearbeitungselektrode einerseits und der Rohling und der Opferkörper andererseits derart zueinander bewegt, dass die Ausnehmung über den Rohling hinaus auch bis in den Opferkörper hinein gebildet wird.
  • Der letztgenannte Verfahrensschritt eignet sich insbesondere wenn die Bearbeitungselektrode zur Bildung der Ausnehmung durch den Rohling hindurch bewegt werden muss.
  • Vorteilhaft lässt sich dadurch Materialabtrag auch in einem Oberflächenabschnitt vermeiden, der unmittelbar neben der Ausnehmung angeordnet ist.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist er Opferkörper eine an eine Form des Bereichs des Rohlings angepasste Form auf, wobei der Opferkörper vorzugsweise eine Negativform zumindest des Bereichs bildet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Opferkörper in dem Bereich, mit dem er an den Rohling anzulegen ist, in Bearbeitungsrichtung gesehen dieselbe Kontur, vorzugsweise dieselbe Außen- oder/und Innenkontur, wie der Rohling auf. Ferner könnte auch vorgesehen sein, dass der Opferkörper in dem an dem Rohling anzulegenden Bereich in Bearbeitungsrichtung gesehen dieselbe Kontur aufweist, wie das durch das Verfahren aus dem Rohling zu bildende Erzeugnis.
  • Bei entsprechender Wahl des Materials, aus dem der Opferkörper gebildet ist, insbesondere bei einem Material mit einem ausreichend großen elektro-chemischen Potential, lässt sich vermeiden, dass die obengenannte Rundung ausgebildet wird, die in einer bei der elektro-chemischen Bearbeitung des Rohlings gebildeten Kante des zu bildenden Erzeugnisses normalerweise entsteht.
  • Es könnte alternativ für den Opferkörper auch ein Material ausgewählt werden, dass ein derart niedriges elektro-chemisches Potential aufweist, dass im Bereich der Kante bei der Bearbeitung aufgelöst und die Rundung an der Kante des Rohlings ausgebildet werden kann. Der Opferkörper bleibt dabei im Abstand von der Kante im Bereich der zu schützenden Oberfläche erhalten, sodass hier ein Materialabtrag verhindert wird.
  • Außerdem kann die Kontur des Opferkörpers versetzt zu der Kontur des Erzeugnisses gebildet ist. Zweckmäßigerweise ist die Kontur des Opferkörpers gegenüber derjenigen des Erzeugnisses zurück versetzt, so dass der Opferkörper in dem Bereich im Vergleich zu dem Erzeugnis etwas kleiner ist, um eine Ausbildung einer scharfen Kante zu vermeiden. Durch Benutzung eines solchen Opferkörpers wird der Rohling zwar bereichsweise vor unabsichtigtem Materialabtrag geschützt. Die Ausbildung der Rundung aber dennoch ermöglicht. Mit Wahl einer Größe der Abweichung kann eine Größe des herzustellenden Kantenradius eingestellt werden. Die Form kann in den Opferkörper mittels spanabhebender Bearbeitung, z.B. Fräsen, oder elektro-chemischer Bearbeitung, z.B. ECM, insbesondere PECM, eingebracht werden. Vorteilhaft kann ein solcher Opferkörper mehrfach benutzt werden.
  • Es versteht sich, dass sich mittels des Verfahrens Radien von Kanten an Innen- oder/und Außenkonturen einstellen lassen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines Trägerrings für Turbinenschaufeln, vorzugsweise einer Gasturbine, insbesondere einer Gasturbine eines Strahltriebwerks, mit einer peripheren Halterungsstruktur zur formschlüssigen Halterung von dem Trägerring radial abstehender Turbinenschaufeln, benutzt. Es versteht sich aber, dass das Verfahren vorteilhaft auch zur Herstellung eines anderen Gegenstands, z.B. einem Zahnrad, benutzt werden kann.
  • Die eingangs genannte Vorrichtung zur elektro-chemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings, mittels derer sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen lässt, umfasst eine Bearbeitungselektrode, mittels derer sich Material von dem eine Anode bildenden Rohling abtragen lässt. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen Opferköper zur Vermeidung von Materialabtrag in einem vorbestimmten Bereich des Rohlings auf.
  • insbesondere für eine Herstellung des genannten Trägerrings für Turbinenschaufeln weist der Opferkörper zweckmäßigerweise einen Abschnitt zur Anordnung an einer Grundfläche des Trägerrings auf, wobei der Opferkörper in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ringförmig ist.
  • in einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Bearbeitungselektrode ringförmig und, entsprechend der genannten Halterungsstruktur mit radial nach innen vorstehenden geformten Bearbeitungselementen zur elektro-chemischen Bearbeitung eines Trägerringrohlings versehen.
  • Zweckmäßigerweise sind die Bearbeitungselektrode und das Rohling im Verhältnis zueinander translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar, wobei der Rohling und/oder die Bearbeitungselektrode in der Vorrichtung vorzugsweise bewegbar sind.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung sind Bewegungseinrichtungen zum axialen Vorschub der Bearbeitungselektrode sowie zur Drehung der Bearbeitungselektrode um die Vorschubachse relativ zu dem Trägerringrohling vorgesehen.
  • Zweckmäßigerweise ist eine ringförmige, die Bearbeitungselektrode umschließender Elektrolytkammer vorgesehen, der vorzugsweise über den Ringumfang verteilte Ein- und Auslassöffnungen für die Durchströmung der Elektrolytkammer mit der Elektrolytlösung aufweist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen Trägerring für Turbinenschaufeln, dessen Halterungsstruktur für die Turbinenschaufeln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist,
    • 2 und 3 das erfindungsgemäße Verfahren erläuternde Darstellungen,
    • 4 eine Teildarstellung einer PECM-Bearbeitungsvorrichtung in schematischer Darstellung,
    • 5 ein Ausführungsbeispiel für eine PECM-Bearbeitungsvorrichtung zur elektro-chemischen Bearbeitung eines Trägerrings,
    • 6 den Trägerring nach 1 schematisch in einer anderen Ansicht, und
    • 7 bis 10 weitere das erfindungsgemäße Verfahren erläuternde Darstellungen.
  • Ein Trägerring 1 für radial von dem Trägerring 1 abstehende (nicht gezeigte) Turbinenschaufeln einer Gasturbine eines Strahltriebwerks weist als Halterungen für die Turbinenschaufeln periphere Nuten 2, die zwischen Zähnen 26 gebildet sind, auf. Die Nuten 2 sind hinterschnitten, sodass in den Nuten 2 in diese axial einschiebbare Fußteile der Turbinenschaufeln in radialer Richtung formschlüssig gehalten werden. Wie 1 erkennen lässt, verlaufen die Nuten 2 geneigt zur Ringachse des Trägerrings 1.
  • Der auf einer Welle der Gasturbine montierbare Trägerring besteht z.B. aus einer Chrom-Nickel-Legierung oder einer Titanlegierung, die den hohen, in einem Strahltriebwerk auftretenden Temperaturen und mechanischen Belastung standhält.
  • Der Trägerring 1 weist in dem gezeigten Beispiel einen Durchmesser von 600 mm auf. Die Nuten 2 sind, sowohl was ihre eigenen Abmessungen als auch ihre Anordnung zueinander betrifft, sehr präzise unter Einhaltung enger Fertigungstoleranzen hergestellt.
  • Diese Herstellung der Nuten 2 erfolgte gemäß schematischer Darstellung von 2 durch elektro-chemische Bearbeitung (PECM) eines Rohlings 3, unterhalb dessen ein, z.B. aus Aluminium gebildeter, Opferkörper 6 angeordnet ist, mit Hilfe einer scheibenförmigen Bearbeitungselektrode 4. Der Opferkörper 6 bildet eine Negativform eines ringförmigen Bereichs einer Oberfläche 24 an einer Unterseite des Rohlings 3, in den die Nuten 2 eingebracht werden, sodass sich der Opferkörper 6 von unten an die Oberfläche 24 der Unterseite des Rohlings 3 anlegen lässt und den Opferkörper 6 in dem Bereich vollständig belegt. Durch die Anordnung des Rohlings 3 auf dem Opferkörper 6 sind der Rohling 3 und der Opferkörper 6 elektrisch miteinander in unmittelbarem Kontakt. Der Opferkörper 6 kann entsprechend des von ihm abzudeckenden Bereichs ringförmig ausgebildet sein.
  • Die ringförmige Bearbeitungselektrode 4 weist radial nach innen gerichtete Bearbeitungselemente 5 auf, die entsprechend dem Querschnitt der hinterschnittenen Nuten 2 des Trägerrings 1 geformt sind.
  • Gemäß Pfeil T wird die Bearbeitungselektrode 4 zur Bearbeitung des Rohlings 3 in Richtung der Ringachse vorgeschoben. Gleichzeitig erfolgt eine Drehung der Elektrode 4 oder/und des Rohlings 3 gemäß Pfeil R derart, dass die gebildeten Nuten 2 zur Achse des Trägerrings 1 geneigt verlaufen.
  • Die Bearbeitungselektrode 4 wird auch nach Erreichen einer unteren Kante des Rohlings 3 noch über die Kante hinweg weitergeführt, sodass sie Nuten 2' auch in dem Opferkörper 6 bildet (vgl. 3). Durch Anordnung des Opferkörpers 6 an einer Oberfläche 24 auf der Unterseite des Rohlings 3 wird vermieden (vgl. 6), dass ein zur elektro-chemischen Bearbeitung benutzter Elektrolyt bis auf die Oberfläche 24 auf der Unterseite des Rohlings 6 dringt und dadurch verhindert, dass von der Oberfläche 24 in einem in 6 gezeigten Bereich 23, dem die Bearbeitungselektrode beim Austreten aus dem Rohling 3 nahe kommt, Material abgetragen wird.
  • Falls trotz der Anordnung des Opferkörpers 6 auf der unteren Oberfläche 24 der Elektrolyt bis auf die Oberfläche 24 dringt, gehen aufgrund des geringeren elektrischen Potentials des Opferkörpers 6 anstatt von dem Bereich 23 der Oberfläche 24 des Rohlings 3 Metallionen vom Opferkörper 6 im Vergleich zum Rohling 3 in dem Elektrolyt in Lösung. Dadurch wird vermieden, dass von einem Abschnitt der unteren Oberfläche 24 des Rohlings 3, die nicht elektro-chemisch bearbeitet werden soll, Material abgetragen wird.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Bearbeitung des Rohlings 3 ist nachfolgend anhand der 7 bis 9 gezeigt, in denen gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in 1 bis 3 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe a beigefügt ist.
  • 7 zeigt in perspektivischer Ansicht und in Draufsicht einen ringförmigen Opferkörper 6a, der auf einer seiner Grundseiten, z.B. durch Fräsen oder mittels elektro-chemischer Bearbeitung, mit einer Formung versehen worden ist und in einem Trägerabschnitt 28 unbearbeitet ist. In 8a ist ein auf den Opferkörper 6a aufgelegter Rohling 3a und in 8b ein aus dem Rohling 3a gebildeter Trägerring 1a dargestellt, der wie unten erläutert, aus dem Rohling 3a hergestellt worden ist und nach seiner Herstellung noch auf dem Opferkörper 6a aufliegt.
  • Die Formung des Opferkörpers 6a ähnelt derjenigen des herzustellenden Trägerrings 1 a. Allerdings sind vorstehende Zähne 27 des Opferkörpers 6a kleiner als hinterschnittene Zähne 26a des herzustellenden Trägerrings 1a und die Nuten 2a dementsprechend größer. 9 zeigt, wie die die Zähne 26a und 27 aufeinandersitzen und dass bei dem hier gezeigten Beispiel eine Außenkontur der Zähne 27 gegenüber denjenigen der Zähne 26a versetzt ist, so dass eine Außenkontur der Zähne 26a des Trägerrings 1 a über den gesamten Verlauf über eine Außenkontur der Zähne 27 des Opferkörpers 6a vorsteht. Zum Herstellen des Trägerrings 1 a aus einem in 8a dargestellten Rohling 3a wird in gleicher Weise wie oben anhand der 2 erläutert eine hier nicht gezeigte Elektrode entlang des Rohlings 3a bewegt und dem Rohling 3a die in 8b gezeigte Form gegeben.
  • Vor der Bearbeitung wird der Opferkörper 6a derart unter dem Rohling 3a angeordnet, dass nach der Bearbeitung die Zähne 26a des Trägerrings 1a wie in den 8a und 9 gezeigt über den Zähnen 27 des Opferkörpers 6a sitzen.
  • Durch diese Anordnung wird der Rohling 3a zwar in dem Bereich, in dem der Opferkörper 6a, insbesondere die dem Rohling 3a zugewandte Oberfläche, an dem Rohling 3a anliegt, vor Materialabtrag geschützt, eine entlang der Zähne 26a gebildete Kante 29 aber bleibt ungeschützt. Vorteilhaft wird dort Material von der Kante 29 abgetragen und die Kante 29 dadurch abgerundet.
  • Es versteht sich, dass abhängig von einer herzustellenden gerundeten Form der Kante 29 die Unterschiede der Außenkonturen, insbesondere deren gegenseitiger Versatz, gewählt werden, d.h. z.B., dass zur Bildung eines vergleichsweise großen Kantenradius ein größerer Abstand zwischen den Außenkonturen gewählt wird als zur Bildung eines kleineren Kantenradius.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach 10 wird in einen im Schnitt gezeigten Rohling 3b gezielt eine scharfe untere Kante 29b eingebracht. Dazu wird der Rohling 3b auf einem Opferkörper 6b aufgelegt und angeordnet derart, dass der Opferkörper 6b im Bereich der zu bildenden scharfen Kante 29b über den Rohling 3b vorsteht. Zur elektro-chemischen Bearbeitung des Rohlings 3b wird eine Elektrode 4b so entlang des Rohlings 3b bewegt, dass Material entsprechend einer gewünschten Form abgetragen wird. Bei und nach Erreichen des die Kante 29b bildenden Bereichs des Rohlings 3b wird Material auch von dem Opferkörper 6b abtragen. Allerdings wird beim Abtragen von Material vom Rohling 3b im Bereich der Kante 29b vermieden, dass Materialabtrag auch in dem Bereich, in dem der Rohling 3b und der Opferkörper aufeinanderliegen, stattfindet und dadurch die scharfe Kante 29b gebildet.
  • Zur Bearbeitung des Rohlings 3, 3a, 3b wird das besonders präzise PECM-Verfahren eingesetzt, bei welchem der Vorschubbewegung der Bearbeitungselektrode 4 in Vorschubrichtung eine zusätzliche Hin- und Herbewegung der Bearbeitungselektrode 4 eine oszillierende Bewegung überlagert wird. Bei der oszillierenden Bewegung kann es sich im vorliegenden Fall um eine komplizierte, von einer Sinusschwingung stark abweichende Hin- und Herbewegung handeln, die sich nicht nur auf die axiale Richtung des Vorschubs der Bearbeitungselektrode gemäß Pfeil T sondern auch auf Drehung der Bearbeitungselektrode 4 bzw. des Werkstücks 3 gemäss Pfeil R bezieht. Es versteht sich, dass die Vorschubbewegung der Bearbeitungselektrode 4 gemäß Pfeil T relativ zum Werkstück 3 auch allein durch Bewegung des Werkstücks 3 entgegen der Richtung des Pfeils T realisiert werden könnte.
  • Gemäß 4 umfasst eine nach dem Prinzip von 2 und 3 arbeitende Bearbeitungsmaschine neben der Bearbeitungselektrode 4 und dem unterhalb des Rohlings 3 angeordneten Opferkörper 6 eine den Bereich der elektro-chemischen Materialabtragung umgebenden Elektrolytkammer 8 mit Einlässen 9 und Auslässen 10 für einen die Elektrolytkammer 8 durchströmenden Elektrolyten 11. Die Einlässe 9 und die Auslässe 10 sind über den Umfang des ringförmigen Elektrolytraums 8 verteilt angeordnet. Ein die Elektrolytkammer 8 bildendes Gehäuse 17 kann über Dichtungen 12 gegen die Bearbeitungselektrode 4 sowie über Dichtungen 13 und 14 gegen Elemente 15 und 16 zur Halterung des Werkstücks 3 anliegen. Es versteht sich, dass das die Elektrolytkammer 8 bildende Gehäuse 17 genügend Freiraum für die Vorschubbewegung der Bearbeitungselektrode 4 bieten können muss.
  • Alternativ zu den Einlässen 9 oben und den Auslässen 10 unten könnten die Ein- und Auslässe auch vertauscht sein. In einer weiteren Ausführungsform ließe sich der Elektrolyt über Kanäle 22 in der Elektrode 4 heranführen, wobei der aus der Elektrode 4 austretende Elektrolytstrom dann aufgeteilt und durch die Öffnungen 9,10 aus dem Elektrolytraum austreten könnte. Alternativ ist eine solche Elektrolytströmung auch in umgekehrter Richtung möglich.
  • Eine konkretere Ausführungsform einer zur Herstellung des Trägerrings 1 verwendbaren Bearbeitungsmaschine geht aus 5 hervor. Eine Halterung für den Rohling 3 umfasst eine kreisförmige Grundplatte 18 und ein dazu koaxiales kappenartiges Halteelement 19. Das Halteelement 19 lässt sich mit der Grundplatte 18 unter Einspannen des Rohlings 3 und dem Opferkörper 6 zwischen der Grundplatte 18 und dem Halteelement 19 verschrauben.
  • Den in der Halterung eingespannten Rohling 3 umgibt ein Ringraum 20, in welchem ein stirnseitig eine Bearbeitungselektrode 4 tragender Hohlzylinder 21 axial bewegbar ist. Der axialen Vorschubbewegung des Hohlzylinders 21 lässt sich eine Drehbewegung des Rohlings 3 um die Zylinderachse überlagern. Nicht gezeigte Bewegungseinrichtungen sorgen sowohl für die axiale Vorschubbewegung der Bearbeitungselektrode 4 als auch die Drehbewegung des Rohlings 3.
  • Es versteht sich, dass das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung auch zur Herstellung anderer Gegenstände als dem hier gezeigten Trägerring 1 geeignet ist. Sie eignen sich insbesondere, wenn mittels der elektrochemischen Bearbeitung Ausnehmen in einem Rohling gebildet werden, die den Rohling durchdringen, d.h. wenn eine Oberfläche des Rohlings unter Materialabtrag durchbrochen wird.

Claims (12)

  1. Verfahren zur elektro-chemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings (3a), bei dem unter Stromfluss mittels einer Bearbeitungselektrode Material von dem Rohling (3a) abgetragen wird, wobei die Bearbeitungselektrode und der Rohling (3a) im Verhältnis zueinander translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar sind und zur Vermeidung von Materialabtrag in einem vorbestimmten Bereich (23) des Rohlings (3a) an dem Bereich (23) oder in der Nähe des Bereichs (23) ein Opferkörper (6a) angeordnet wird, wobei der Opferkörper (6a) zumindest in einem Abschnitt (29), mit dem er an dem Bereich (23) oder in der Nähe des Bereichs (23) angeordnet wird, in Bearbeitungsrichtung gesehen mit derselben Kontur versehen wird wie ein aus dem Rohling (3a) herzustellendes Erzeugnis (1a) in einem Abschnitt, an dem bzw. nahe dem der Opferkörper (6a) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine den Rohling (3a) vollständig durchdringende Ausnehmung (2) gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (23) durch zumindest einen Abschnitt einer Oberfläche (24) des Rohlings (3) gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkörper (6) auf dem Bereich (23) des Rohlings (3) angeordnet wird, wobei der Opferkörper (6) den Bereich vorzugsweise vollständig belegt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildung der Ausnehmung (2), vorzugsweise eine Nut, die Oberfläche (24) durchdrungen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkörper (6) ein geringeres elektrochemisches Potential aufweist als der Rohling (3), wobei der Opferkörper (6) vorzugsweise aus Aluminium gebildet ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkörper (6a) von der Bearbeitung des Rohlings (3a) mit der Kontur versehen wird, wobei die Kontur des Opferkörpers (6a) vorzugsweise versetzt zu derjenigen des Erzeugnisses (1a) ausgebildet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Herstellung eines Trägerrings für Turbinenschaufeln, vorzugsweise einer Gasturbine, insbesondere einer Gasturbine eines Strahltriebwerks, mit einer peripheren Halterungsstruktur zur formschlüssigen Halterung von dem Trägerring radial abstehender Turbinenschaufeln, benutzt wird.
  8. Vorrichtung zur elektro-chemischen Bearbeitung eines metallischen Rohlings (3a), die eine Bearbeitungselektrode umfasst, mittels derer sich Material von dem eine Anode bildenden Rohling (3a) abtragen lässt, wobei die Bearbeitungselektrode und der Rohling im Verhältnis zueinander translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar sind und die Vorrichtung einen Opferköper (6a) zur Vermeidung von Materialabtrag in einem vorbestimmten Bereich (23) des Rohlings (3a) aufweist, wobei der Opferkörper (6a) zumindest in einem Abschnitt (29), mit dem er an dem Bereich (23) oder in der Nähe des Bereichs (23) angeordnet ist, in Bearbeitungsrichtung gesehen dieselbe Kontur aufweist wie ein aus dem Rohling (3a) herzustellendes Erzeugnis (1a) in einem Abschnitt, an dem bzw. nahe dem der Opferkörper (6a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest eine den Rohling (3a) vollständig durchdringende Ausnehmung (2) zu bilden.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (3) zur Bildung eines Trägerrings einer Turbinenschaufel einer Gasturbine, insbesondere einer Gasturbine eines Strahltriebwerks, mit einer peripheren Halterungsstruktur zur formschlüssigen Halterung von dem Trägerring radial abstehender Turbinenschaufeln, vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkörper (6) eine an eine Form des Bereichs des Rohlings (6) angepasste Form aufweist, wobei der Opferkörper (6) vorzugsweise eine Negativform zumindest des Bereichs bildet.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Opferkörper (6) einen, vorzugsweise ringförmigen, Abschnitt zur Anordnung an einer Grundfläche des Trägerrings aufweist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des Opferkörpers (6a) versetzt zu derjenigen des Erzeugnisses (1a) ausgebildet ist.
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