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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachbearbeiten eines Kanals in einem Werkstück und ein Strömungsbauteil mit einem gekrümmten Kanal nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm und ein Speichermedium.
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Die Herstellung von Strömungs- bzw. Kanalgeometrien in Spiralgehäusen erfolgt heutzutage mittels Sandgussverfahren, Feingussverfahren und Fräsen, wobei die Strömungsgeometrie anschließend mechanisch nachbearbeitet wird, bspw. mittels Verfahren wie Strahlen, Strömungsschleifen, Polieren etc., um die Oberflächengüte zu verbessern. Der gesamte Herstellungsprozess zur Realisierung einer Strömungsgeometrie mit einer ausreichend hohen Oberflächengüte ist jedoch sehr teuer.
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Bei mehrteiligen Spiralgehäusen müssen die einzelnen Gehäuseteile aufgrund der komplexen Strömungs- bzw. Kanalgeometrie einzeln nachbearbeitet werden, so dass nach dem Zusammensetzen der Gehäuseteile der Kanal an den Übergängen bzw. Trennstellen Kanten oder Absätze aufweist, welche zu ungünstigen Strömungsverhältnissen, insbesondere zu einer Reduzierung des Wirkungsgrades führen.
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Ferner ist die Zerspanung sehr zeitaufwändig, da die Geometrie nicht frästypisch ist und daher in vielen Bahnen abgefahren werden muss.
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Die
EP 2 095 894 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenradschaufel mit geraden Auslasskanälen für ein Kühlmedium, wobei zur Einbringung der Auslasskanäle erodierende Verfahren, wie z. B. das elektrochemisches Abtragen (ECM) oder das Funkenerodieren (EDM) vorgeschlagen werden.
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In der
DE 44 28 207 A1 wird ein Verfahren zum Erzeugen von gekrümmten Kühlluftkanälen in einer luftgekühlte Turbinenschaufeln tragenden Laufradscheibe offenbart. Erzeugt werden diese Kühlluftkanäle durch Elektroerosion oder elektrochemische Bearbeitung, wobei ein kreisbogenförmiges Werkzeug zum Einsatz kommt, das um das Zentrum des kreisbogenförmig gekrümmten Kühlluftkanals geschwenkt wird.
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Die
DE 10 2010 032 701 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils, das eine durch eine Material abtragende und/oder eine Material umformende Bearbeitung erzeugte dreidimensionale Form aufweist. Hierbei erfolgt eine Bearbeitung eines oder mehrerer ausgezeichneter Bauteilabschnitte durch elektrochemische Bearbeitung mittels einer düsenartigen Kathode, über die ein Elektrolyt in den Arbeitsbereich abgegeben wird, wobei die Kathode oder das Metallbauteil mittels eines Manipulatorelements frei im Raum bewegt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Nachbearbeiten eines Kanals in einem Werkstück, wobei der Kanal eine gekrümmte Kanalmittelachse aufweist und von zumindest zwei Werkstückteilen des Werkstücks ausgebildet wird, mit den Schritten:
- - Anordnen der zumindest zwei Werkstückteile zueinander, so dass der Kanal mit der gekrümmten Kanalmittelachse ausgebildet wird, und
- - Nachbearbeiten des Kanals mittels eines abtragenden Verfahrens.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Strömungsbauteil, insbesondere ein Spiralgehäuse, mit einem Kanal zur Führung eines Fluidstromes, wobei der Kanal von zumindest einem ersten Gehäuseteil des Strömungsbauteils und einem zweiten Gehäuseteil des Strömungsbauteils ausgebildet ist und eine gekrümmte Kanalmittelachse aufweist, wobei der Kanal ferner an zumindest einem Übergangsbereich von dem ersten Gehäuseteil zu dem zweiten Gehäuseteil aufgrund einer Nachbearbeitung des Kanals mittels eines abtragenden Verfahrens kontinuierlich ausgebildet ist.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind außerdem ein Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das o.g. Verfahren auszuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Das Werkstück kann als Strömungsbauteil, insbesondere als Spiralgehäuse, zur Führung eines Fluidstromes ausgebildet sein. Das Spiralgehäuse kann zur Abführung einer Fluidströmung von einem Laufrad ausgebildet sein, um kinetische (Bewegungs-) Energie der Fluidströmung in statischen Druck umzuwandeln. Das Spiralgehäuse kann Teil einer Turbokompressorstufe sein.
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Die zumindest zwei Werkstückteile bzw. die zwei Gehäuseteile können metallische Bereiche aufweisen. Die zumindest zwei Werkstückteile bzw. die zwei Gehäuseteile können auch metallisch ausgebildet sein bzw. aus einem Metall bestehen. Das Metall kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Eisen, Aluminium, Kupfer und Legierungen davon.
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Die zumindest zwei Werkstückteile werden zueinander angeordnet bzw. zusammengesetzt, so dass der Kanal mit der gekrümmten Kanalmittelachse ausgebildet wird. D.h., mit anderen Worten, dass die zumindest zwei Werkstückteile vor dem Schritt des Anordnens bereits jeweils einen Kanalabschnitt aufweisen, wobei der Kanal dann im Schritt des Anordnens der zumindest zwei Werkstückteile vollständig ausgebildet wird. Folglich wird der Kanal mit der gekrümmten Kanalmittelachse im Schritt des Anordnens der zumindest zwei Werkstückteile und nicht erst im Anschluss daran ausgebildet. Demnach können die zumindest zwei Werkstückteile bereits durch ein geeignetes, dem Fachmann bekanntes formgebendes Verfahren derart hergestellt oder vorbearbeitet sein, dass sie jeweils einen Kanalabschnitt aufweisen. Die zumindest zwei Werkstückteile können im Schritt des Anordnens bspw. angrenzend zueinander angeordnet bzw. zusammengesetzt werden, um den Kanal mit der gekrümmten Kanalmittelachse auszubilden.
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Als Kanalmittelachse kann im Rahmen dieser Erfindung im Wesentlichen die Verbindungslinie der Mittelpunkte der Kanalquerschnitte des Kanals verstanden werden. Die Kanalmittelachse ist gekrümmt ausgebildet. D.h. mit anderen Worten, dass die Kanalmittelachse des Kanals bzw. die Verbindungslinie der Mittelpunkte der Kanalquerschnitte zumindest einen Abschnitt aufweist, welcher eine Krümmung aufweist. Bevorzugt ist ein Großteil der Kanalmittelachse oder die gesamte Kanalmittelachse gekrümmt ausgebildet. Die Kanalmittelachse des Kanals kann bogenförmig, helixförmig oder spiralförmig ausgebildet sein. Die Kanalmittelachse verläuft bevorzugt entlang einer Strömungsrichtung eines im Betrieb bzw. Einsatz strömenden Fluidstromes.
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Der Kanal kann länglich ausgebildet sein. D.h., mit anderen Worten, dass der Kanal entlang der Kanalmittelachse eine größere Ausdehnung ausweisen kann als quer zur Kanalmittelachse. Der Kanal kann in Richtung der Kanalmittelachse variierende Kanalquerschnitte aufweisen. Die Fläche der Kanalquerschnitte des Kanals kann sich in Richtung der Kanalmittelachse stetig vergrößern oder stetig verkleinern. Die Kanalquerschnitte können hierbei im Wesentlichen abgerundet, kreisförmig oder oval ausgebildet sein. Der Kanal ist in Umfangsrichtung bevorzugt geschlossen ausgebildet. Der Kanal kann zur Führung eines Fluidstromes ausgebildet sein.
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Unter einem Nachbearbeiten ist ein nachträgliches Bearbeiten eines bereits bestehenden Kanals zu verstehen. Das Nachbearbeiten kann eine Feinbearbeitung umfassen oder sein. Das Nachbearbeiten kann insbesondere an zumindest einem Übergangsbereich von dem ersten Werkstück zu dem zweiten Werkstück erfolgen. Das Nachbearbeiten erfolgt in dem Kanal bevorzugt an allen Übergangsbereichen von dem ersten Werkstück zu dem zweiten Werkstück. Unter einem Übergangbereich kann der Bereich einer Trennstelle zwischen den zusammengesetzten Werkstückteilen bzw. Gehäuseteilen verstanden werden. D.h., mit anderen Worten, dass unter einem Übergangsbereich der Bereich einer Kanalinnenfläche verstanden werden kann, der einen Übergang von dem ersten Werkstück zu dem zweiten Werkstück bzw. von dem ersten Gehäuseteil zu dem zweiten Gehäuseteil aufweist. Die Übergangsbereiche können mehrere, nicht aneinander angrenzende Teilabschnitte aufweisen. Die Übergangsbereiche können vor dem Schritt des Nachbearbeitens Absätze, Stufen und/oder Kanten aufweisen.
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Unter dem Begriff „kontinuierlich“ kann im Rahmen dieser Erfindung absatzlos, stufenlos, kantenlos und/oder stetig verstanden werden.
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Unter einem abtragenden Verfahren kann im Rahmen dieser Erfindung ein Verfahren verstanden werden, bei dem mindestens ein chemisches und/oder thermisches Abtragen erfolgt. D.h., mit anderen Worten, dass bei dem abtragenden Verfahren chemisch und/oder thermisch Materialschichten in dem Kanal entfernt bzw. abgetragen werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nunmehr möglich, Kanten bzw. Absätze, welche in einem Kanal an den Trennstellen bzw. Übergangsbereichen zwischen den zusammengesetzten Werkstückteilen bzw. Gehäuseteilen entstehen und sich im Betrieb negativ auf die Strömung bzw. den Wirkungsgrad auswirken, nachträglich zu entfernen und damit einen kontinuierlichen Verlauf der Kanalinnenfläche, insbesondere an den Übergangsbereichen der zu gewährleisten. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem zur Minimierung der Kanten bzw. Absätze die Werkstückteile jeweils einzeln mittels teurer Verfahren nachbearbeitet werden, um eine hohe Oberflächengüte zu erhalten, und dann zusammengesetzt werden (ohne Durchführung einer Nachbearbeitung im zusammengesetzten Zustand), erfolgt erfindungsgemäß eine gemeinsame Nachbearbeitung der Werkstückteile bzw. der Kanalinnenfläche mittels eines abtragenden Verfahrens. Demnach können die Werkstückteile zunächst einzeln durch ein günstiges Verfahren hergestellt bzw. vorbearbeitet werden, ohne dass dabei auf eine hohe Oberflächengüte geachtet werden muss, da nach dem Zusammensetzen eine Nachbearbeitung des Kanals bzw. der Kanalinnenfläche erfolgt. Hierdurch werden unter anderem die kantigen bzw. unebenen Übergangsbereiche an der Kanalinnenfläche „geglättet“, so dass eine hohe Oberflächengüte und Formgenauigkeit des Kanals bei geringem Aufwand und niedrigen Kosten bereitgestellt werden kann. Dementsprechend kann auf kostengünstige Art und Weise ein Strömungsbauteil mit einem strömungsoptimierten Kanal bereitgestellt werden.
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Der Schritt des Nachbearbeitens kann mehrfach mit dem gleichen abtragenden Verfahren wiederholt werden. Der Schritt des Nachbearbeitens kann jedoch auch mehrfach mit unterschiedlichen abtragenden Verfahren wiederholt werden. Durch diese Maßnahme kann die Formgenauigkeit und Oberflächengüte je nach Anforderung ausgestaltet bzw. angepasst und entsprechend weiter erhöht werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn im Schritt des Nachbearbeitens bzw. bei dem abtragenden Verfahren der Kanal von einem Wirkmedium durchströmt wird. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Kanal von dem Wirkmedium vollständig, d.h. über den gesamten Kanalquerschnitt durchströmt wird. Das Wirkmedium kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Elektrolyt, Ätzmedium, Dielektrikum. Unter einem Wirkmedium kann im Rahmen dieser Erfindung ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit bzw. Lösung verstanden werden, welche ein Abtragen bzw. den Schritt des Abtragens alleine oder im Zusammenwirken mit anderen Elementen bewirkt. Durch diese Maßnahme kann das Abtragen im Kanal bzw. an der Kanalinnenfläche kostengünstig durchgeführt werden und damit eine hohe Oberflächengüte erzielt werden.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der Kanal von dem Wirkmedium in Richtung der Kanalmittelachse, insbesondere von einem Kanaleinlass bis zu einem von dem Kanaleinlass verschiedenen Kanalauslass durchströmt wird. D.h., mit anderen Worten, dass der Kanal derart von dem Wirkmedium durchströmt wird, wie im Betrieb von dem strömenden Fluidstrom. Demnach entspricht die Strömungsrichtung des Wirkmediums der Strömungsrichtung eines im Betrieb strömenden Fluidstromes. Durch diese Maßnahme kann eine strömungsoptimale Geometrie bzw. Oberfläche im Kanal erzeugt werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das abtragende Verfahren ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: elektrochemisches Verfahren, insbesondere elektrochemisches Abtragen oder Metallätzen, chemisches Verfahren, insbesondere Ätzen, thermisches Verfahren, insbesondere Funkenerosion, oder Kombinationen daraus. Hierbei können in einem Schritt des Nachbearbeitens mehrere gleiche oder auch unterschiedliche abtragende Verfahren ausgeführt werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass zwischen den abtragenden Verfahren die beiden Werkstückteile auseinandergebaut und wieder zusammengesetzt werden, um bspw. eine Werkzeugelektrode zu wechseln. Hierdurch kann das Abtragen im Kanal bzw. an der Kanalinnenfläche kostengünstig durchgeführt und die Oberflächengüte weiter erhöht werden.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das abtragende Verfahren ein ECM-Verfahren ist, wobei vor dem Schritt des Anordnens der zumindest zwei Werkstückteile ein Schritt des Einsetzens einer gekrümmten Werkzeugelektrode in einen Kanalabschnitt eines der Werkstückteile und nach dem Schritt des Nachbearbeitens des Kanals ein Schritt des Entfernens der gekrümmten Werkzeugelektrode aus dem Kanalabschnitt durchgeführt wird. Die gekrümmte Werkzeugelektrode weist hierbei eine zu dem gekrümmten Kanalabschnitt bzw. zu dem gekrümmten Kanal korrespondierende Form auf. Alternativ ist es vorteilhaft, wenn das abtragende Verfahren ein ECM-Verfahren ist, wobei nach dem Schritt des Anordnens der zumindest zwei Werkstückteile ein Schritt des Einsetzens einer gekrümmten Werkzeugelektrode mit variabler Geometrie in den Kanal und nach dem Schritt des Nachbearbeitens des Kanals ein Schritt des Entfernens der gekrümmten Werkzeugelektrode mit variabler Geometrie aus dem Kanal durchgeführt wird. Die gekrümmte Werkzeugelektrode mit variabler Geometrie ist hierbei ausgebildet, ihre Geometrie zu variieren bzw. zu verändert, bspw. durch Auffächerung. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Schritte des Einsetzens der gekrümmten Werkzeugelektrode, des Anordnens der zumindest zwei Werkstückteile, des Nachbearbeitens des Kanals und des Entfernens der gekrümmten Werkzeugelektrode mindestens einmal wiederholt werden, wobei im Schritt des Einsetzens unterschiedliche gekrümmte Werkzeugelektroden, insbesondere gekrümmte Werkzeugelektroden mit unterschiedlicher Geometrie bzw. unterschiedlichem Querschnitt eingesetzt werden oder die Geometrie der gekrümmten Werkzeugelektrode mit variabler Geometrie variiert wird. Das ECM-Verfahren ist ein elektrochemisches Abtragen mit äußerer Spannungsquelle und steht für electrochemical machining. Mittels der ECM-Bearbeitung kann eine sehr gute Oberflächengüte und Formgenauigkeit zu geringen Kosten realisiert werden. Hierbei kann aufgrund der Mehrteiligkeit des Werkstücks bzw. des Spiralgehäuses die gekrümmte Werkzeugelektrode für das ECM-Verfahren - bevor der Kanal durch das Anordnen der beiden Werkstückteile ausgebildet wird - in einen Kanalabschnitt eines Werkstückteils eingesetzt und nach der Bearbeitung auch wieder herausgenommen werden, so dass die Zugänglichkeit (ohne Hinterschnitt) für das Einsetzen und die Entnahme der gekrümmten Werkzeugelektrode gewährleistet ist. Alternativ können unzugängliche Hinterschnitte im Kanal mittels einer gekrümmten Werkzeugelektrode mit variabler Geometrie bearbeitet werden, so dass die Elektrode nach dem Zusammensetzen der beiden Werkstückteile eingesetzt und nach der Bearbeitung des Kanals wieder herausgenommen werden kann, ohne dass dabei die Werkstückteile wieder auseinandergebaut werden müssen. Folglich kann durch gezielte Gestaltung der Elektrodengeometrie die Geometrie des Kanals beeinflusst werden. Beispielsweise können von der Vorbearbeitung ebene Oberflächen gekrümmt ausgebildet werden um eine strömungsgünstigere Geometrie zu produzieren. Die Zielgeometrie kann im Vorfeld durch Iterationen von ECM-Abtragssimulationen und Strömungssimulationen optimiert werden.
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Die zumindest zwei Werkstückteile bzw. Gehäuseteile können lösbar miteinander verbunden werden. Der Schritt des lösbaren Verbindens kann nach dem Schritt des Anordnens der zumindest zwei Werkstückteile und noch vor dem Schritt des Nachbearbeitens des Kanals erfolgen. Der Schritt des lösbaren Verbindens kann jedoch auch erst nach dem Schritt des Nachbearbeitens des Kanals erfolgen. Unter einer lösbaren Verbindung kann eine Verbindung verstanden werden, welche ohne Zerstörung der zumindest zwei Werkstückteile bzw. Gehäuseteile gelöst werden kann.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein als Spiralgehäuse ausgeführtes erfindungsgemäßes Strömungsbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2a-c eine sequenzartige Darstellung des Ablaufs mehrerer Schritte der Nachbearbeitung des Kanals des Strömungsbauteils aus 1; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Strömungsbauteil in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 versehen.
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Das Strömungsbauteil 10 ist als Spiralgehäuse 10 ausgebildet. Das Strömungsbauteil 10 bzw. das Spiralgehäuse 10 weist ein erstes Gehäuseteil 12 und zweites Gehäuseteil 14 auf. Das erste Gehäuseteil 12 weist einen ersten Kanalabschnitt 16 auf. Das zweite Gehäuseteil 14 weist einen zweiten Kanalabschnitt 18 auf. Die beiden Gehäuseteile 12, 14 bzw. die beiden Kanalschnitte 16, 18 bilden zusammen einen Kanal 20 aus. Die beiden Gehäuseteile 12, 14 sind metallisch ausgebildet.
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Der Kanal 20 ist zur Führung eines Fluidstromes, insbesondere im Betrieb bzw. Einsatz des Strömungsbauteils 10 ausgebildet. Der Kanal 20 weist eine gekrümmte Kanalmittelachse 22 auf. Der Kanal 20 bzw. die Kanalmittelachse 22 erstreckt sich von einem Kanaleinlass 24 bis zu einem Kanalauslass 26. Der Kanal 20 weist abgerundete Kanalquerschnitte auf. Der Kanal 20 weist ferner entlang der Kanalmittelachse 22 - von dem Kanaleinlass 24 zu dem Kanalauslass 26 hin - eine sich stetig vergrößernde Querschnittfläche auf. Des Weiteren weist der Kanal 20 an einer Kanalinnenfläche 28 Übergangsbereiche 30 von dem ersten Gehäuseteil 12 zu dem zweiten Gehäuseteil 14 bzw. von dem ersten Kanalabschnitt 16 zu dem zweiten Kanalabschnitt 18 auf. Da der Kanal 20 bzw. die Kanalinnenfläche 28 mittels eines abtragenden Verfahrens nachbearbeitet wurde, sind die Übergangsbereiche 30 kontinuierlich ausgebildet. D.h., mit anderen Worten, dass die Übergangsbereich 30 frei von Absätzen, Stufen und/oder Kanten und somit absatzlos bzw. stufenlos bzw. kantenlos ausgebildet ist.
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In 2a-c ist sequenzartig der Ablauf mehrerer Schritte der Nachbearbeitung des Kanals 20 des Strömungsbauteils 10 aus 1 dargestellt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist als abtragendes Verfahren ein ECM-Verfahren gewählt, wobei im Rahmen der Erfindung beliebige elektrochemische, chemische und thermische Verfahren sowie Kombinationen daraus denkbar sind.
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2a-c zeigen einen Abschnitt des Strömungsbauteils 10 bzw. Spiralgehäuses 10 aus 1. Das Spiralgehäuse 10 ist hierbei noch nicht fertig nachbearbeitet und somit als Werkstück 10 ausgebildet. Dementsprechend sind das erste Gehäuseteil 12 als erstes Werkstückteil 12 und das zweite Gehäuseteil 14 als zweites Werkstückteil 14 ausgebildet. Folglich weist das erste Werkstückteil 12 den ersten Kanalabschnitt 16 und das zweite Werkstückteil 14 den zweiten Kanalabschnitt 18 auf. Für das ECM-Verfahren müssen beide Gehäuseteile 12, 14 metallisch ausgebildet sein.
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2a gezeigt einen Zustand vor der ersten Nachbearbeitung. Demgemäß wurde vor der ersten Nachbearbeitung eine gekrümmte Werkzeugelektrode 32 in den ersten Kanalabschnitt 16 des ersten Werkstückteils 12 eingesetzt. Anschließend wurden die zwei Werkstückteile 12, 14 zueinander angeordnet bzw. zusammengesetzt, so dass der Kanal 20 mit der gekrümmten Kanalmittelachse 22 ausgebildet wurde, wobei die gekrümmte Werkzeugelektrode 32 in dem Kanal 20 angeordnet bleibt. Hierbei weist die Kanalinnenfläche 28 an den Übergangsbereichen 30 von dem ersten Werkstückteil 12 zu dem zweiten Werkstückteil 14 Kanten bzw. Stufen auf.
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Danach erfolgt die erste Nachbearbeitung des Kanals 20 bzw. der Kanalinnenfläche 28 mittels des ECM-Verfahrens. Hierbei wird eine äußere Spannungsquelle an den zwei Werkstückteilen 12, 14 als Anode (+) und der Werkzeugelektrode 32 als Kathode (-) angelegt. Im Anschluss daran wird ein Wirkmedium, welches ein Elektrolyt (bspw. wässrige Natriumnitrat- oder Natriumchlorid-Elektrolytlösung) ist an den Kanal 20 abgegeben. Das Wirkmedium bzw. der Elektrolyt durchströmt dann den Kanal 20 zwischen der Kanalinnenfläche 28 und der Werkzeugelektrode 32 entlang der Kanalmittelachse 22 von dem Kanaleinlass 24 bis zu dem Kanalauslass 26 und transportiert die entstandenen Abtragprodukte aus dem Kanal 20 heraus. Hierbei erfolgt eine anodische Metallauflösung an der Kanalinnenfläche 28, wobei die Anode, d.h. die zwei Werkstückteile 12, 14 Elektronen abgeben, wodurch sich Metallionen bilden, welche in den Elektrolyt bzw. die Elektrolytlösung übergehen. Bestimmte Metalle, wie beispielsweise Eisen fallen gemeinsam mit Hydroxidionen, die an der Kathode (-) entstehen als Feststoff aus und können mechanisch aus dem Elektrolyt abgetrennt werden. Andere Metalle wie etwa Kupfer bleiben in Lösung und verbleiben zunächst in Lösung.
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Aufgrund dieser Nachbearbeitung des Kanals 20 mittels eines abtragenden Verfahrens, nämlich des ECM-Verfahrens, bei dem beide den Kanal 20 ausbildenden Werkstückteile 12, 14 gleichzeitig nachbearbeitet werden, erfolgt ein gleichzeitiges Abtragen an der Kanalinnenfläche 28, wodurch die Kanten und Stufen an den Übergangsbereichen 30 entfernt werden. Durch diese „Glättung“ der Kanalinnenfläche 28 entsteht ein kontinuierlicher Verlauf an den Übergangsbereichen 30 mit einer hohen Oberflächengüte und Formgenauigkeit, so dass der Kanal 20 eine strömungsoptimierte Ausgestaltung aufweist.
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Im Anschluss daran werden die zwei Werkstückteile 12, 14 auseinandergebaut, so dass die gekrümmte Werkzeugelektrode 32 aus dem ersten Kanalabschnitt 16 entfernt werden kann. Sofern die durch die Nachbearbeitung erzielte Oberflächengüte der Kanalinnenfläche 28 ausreichend ist, können die zwei Werkstückteile 12, 14 wieder zusammengesetzt werden, um das fertige Strömungsbauteil 10 auszubilden.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel folgen jedoch noch weitere zwei Nachbearbeitungen analog zu der vorangehend erläuterten Nachbearbeitung. Im Detail, werden in den 2b und 2c jeweils die o.g. Schritte aus 2a wiederholt, d.h. die Schritte des Einsetzens der gekrümmten Werkzeugelektrode 32, des Anordnens der zumindest zwei Werkstückteile 12, 14, des Nachbearbeitens des Kanals 20 mittels des ECM-Verfahrens und des Entfernens der gekrümmten Werkzeugelektrode 32. Hierbei wird jedoch bei jeder der drei gezeigten Nachbearbeitungen gemäß 2a-c eine gekrümmte Werkzeugelektrode 32, 32', 32" mit unterschiedlicher Geometrie, nämlich unterschiedlichen Querschnitt eingesetzt bzw. verwendet. Der Querschnitt nimmt im gezeigten Ausführungsbeispiel von der ersten Nachbearbeitung gemäß 2a zu der dritten Nachbearbeitung gemäß 2c zu. Hierdurch kann die Formgenauigkeit und Oberflächengüte des Kanals 20 bzw. der Kanalinnenfläche 28 je nach Anforderung weiter ausgestaltet bzw. angepasst und entsprechend erhöht werden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Nachbearbeiten eines Kanals 20 in einem Werkstück 10, wobei der Kanal 20 eine gekrümmte Kanalmittelachse 22 aufweist und von zumindest zwei Werkstückteilen 12, 14 des Werkstücks 10 ausgebildet wird. Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 102 des Anordnens der zumindest zwei Werkstückteile 12, 14 zueinander, so dass der Kanal 20 mit der gekrümmten Kanalmittelachse 22 ausgebildet wird. Das Verfahren 100 umfasst ferner einen Schritt 104 des Nachbearbeitens des Kanals 20 mittels eines abtragenden Verfahrens.
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Wenn das abtragende Verfahren - wie in 2a-c gezeigt - ein ECM-Verfahren ist, so umfasst das Verfahren 100 vor dem Schritt 102 des Anordnens der zumindest zwei Werkstückteile 12, 14 einen Schritt 106 des Einsetzens einer gekrümmten Werkzeugelektrode 32, 32', 32" in einen Kanalabschnitt 16, 18 eines der Werkstückteile 12, 14 sowie nach dem Schritt 104 des Nachbearbeitens des Kanals 20 einen Schritt 108 des Entfernens der gekrümmten Werkzeugelektrode 32, 32', 32" aus dem Kanalabschnitt 16, 18.
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Das Verfahren 100 kann ferner optional noch einen Schritt 110 des lösbaren Verbindens der zumindest zwei Werkstückteile 12, 14 umfassen.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2095894 A1 [0005]
- DE 4428207 A1 [0006]
- DE 102010032701 A1 [0007]
