DE102018201568A1

DE102018201568A1 - Arbeitsstation zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere eines rotationssymmetrischen Werkstücks, mit mehreren Ausnehmungen

Info

Publication number: DE102018201568A1
Application number: DE102018201568.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Fessler-Knobel; Roland Huttner
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2019-08-01
Also published as: EP3746248A1; US20210138568A1; US11471966B2; WO2019149303A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsstation (10) zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks (12), insbesondere eines rotationssymmetrischen Werkstücks, mit mehreren Ausnehmungen, umfassendeine Basisstruktur (14);ein an der Basisstruktur (14) befestigtes Modul (24), eingerichtet, das Werkstück (12) elektrochemisch zu bearbeiten, wobei das Modul (24) einen Modulgrundkörper (28) aufweist, der relativ zur Basisstruktur (14) um eine Moduldrehachse (MZ) drehbar ist;eine an der Basisstruktur (14) befestigte Werkstückhalterung (20), an der das Werkstück (12) befestigbar ist, wobei die Werkstückhalterung (20) relativ zur Basisstruktur (14) entlang einer zur Moduldrehachse (MZ) parallelen Zustellachse (ZA) beweglich ist;wobei das Modul (24) eine Elektrodenträgeranordnung (34) aufweist, die mit dem Modulgrundkörper (28) derart gekoppelt ist, dass die Elektrodenträgeranordnung (34) gemeinsam mit dem Modulgrundkörper (28) um die Moduldrehachse (MZ) drehbar ist,dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenträgeranordnung (34) einen Trägerrahmen (36) und einen Elektrodenrahmen (38) aufweist, wobei an dem Elektrodenrahmen (38) wenigstens eine Elektrode (40) lösbar befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arbeitsstation zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere eines rotationssymmetrischen Werkstücks, mit mehreren Ausnehmungen, umfassend eine Basisstruktur; ein an der Basisstruktur befestigtes Modul, das dazu eingerichtet ist, das Werkstück elektrochemisch zu bearbeiten, wobei das Modul einen Modulgrundkörper aufweist, der relativ zur Basisstruktur um eine Moduldrehachse (MZ) drehbar ist; eine an der Basisstruktur befestigte Werkstückhalterung, an der ein Werkstück befestigbar oder befestigt ist, wobei die Werkstückhalterung relativ zur Basisstruktur entlang einer zur Moduldrehachse (MZ) parallelen Zustellachse (Z) beweglich ist, wobei das Modul eine Elektrodenträgeranordnung aufweist, die mit dem Modulgrundkörper derart gekoppelt ist, dass die Elektrodenträgeranordnung gemeinsam mit dem Modulgrundkörper um die Moduldrehachse drehbar ist.
Eine derartige Arbeitsstation ist beispielsweise aus der EP 3 015 210 A2 bekannt. Die dort offenbarte Anlage dient insbesondere dazu, Schaufelzwischenräume einer integrierten Schaufelscheibe (sogenannte Blisk) zu bearbeiten.
Neben den integrierten Schaufelscheiben werden bei Gasturbinen weiterhin auch Schaufelscheiben eingesetzt, bei denen die (Lauf-)Schaufeln mit ihren Schaufelfüßen in entsprechende Schaufelfußausnehmungen der Schaufelscheibe eingesetzt werden. Bei dieser beispielhaften Anwendung ist es erforderlich, dass in der Schaufelscheibe die Schaufelfußaufnahmen mit einem maßgenauen Profil (Innenkontur) hergestellt werden. Bisher sind hierzu insbesondere mechanisch wirkende, Material abtragende Verfahren eingesetzt worden, wie beispielsweise Räumen oder/und Fräsen oder/ und Schleifen. Beim Räumen der Schaufelfußausnehmungen, die auch als Profilnuten bezeichnet werden können, kommt es regelmäßig zu geometrischen Abweichungen innerhalb der Profilnut. Ferner hat es sich gezeigt, dass bei der zunehmend üblichen Verwendung von warmfesten Werkstoffen ein erhöhter Verschleiß an mechanisch wirkenden Werkzeugen auftritt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Arbeitsstation bzw. Anlage der genannten Art für die Bearbeitung von insbesondere rotationssymmetrischen Werkstücken bereitzustellen, um die obigen Nachteile vermeiden zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird für eine Arbeitsstation vorgeschlagen, dass die Elektrodenträgeranordnung einen Trägerrahmen und einen Elektrodenrahmen aufweist, wobei an dem Elektrodenrahmen wenigstens eine Elektrode lösbar befestigt ist, wobei die Elektrodenträgeranordnung, insbesondere der Trägerrahmen und der Elektrodenrahmen, relativ zum Modulgrundkörper translatorisch in eine erste Bearbeitungsrichtung beweglich ist, und wobei der Elektrodenrahmen relativ zum Trägerrahmen oszillierend in eine zweite Bearbeitungsrichtung beweglich ist, wobei die erste Bearbeitungsrichtung und die zweite Bearbeitungsrichtung in einem Winkel von etwa 45° bis etwa 90° zueinander ausgerichtet sind, und orthogonal zur Moduldrehachse sind.
Die Begriffe Trägerrahmen und Elektrodenrahmen sind dabei so zu verstehen, dass mit dem Begriff „Rahmen“ eine tragende Struktur im Allgemeinen bezeichnet werden soll, ohne dass „Rahmen“ einen in sich geschlossenen oder/und stabartigen (fachwerkartigen) Aufbau implizieren soll.
Es hat sich gezeigt, dass mittels einer derart ausgestalteten Elektrodenträgeranordnung Ausnehmungen, beispielsweise Schaufelfußausnehmungen einer Schaufelscheibe einer Gasturbine, mit hoher Genauigkeit hergestellt werden können. Dabei dient insbesondere die oszillierende Bewegung entlang der zweiten Bearbeitungsrichtung dazu, eine endgültige (Innen-)Kontur der Ausnehmung herzustellen, wobei durch die elektrochemische Bearbeitung nachteilige geometrische Abweichungen, wie sie von mechanischen Verfahren bekannt sind, vermieden werden können. Üblicherweise sind mittels der Arbeitsstation zu bearbeitende Werkstücke rotationssymmetrisch. Die Ausnehmungen sind dabei entlang des Umfangs des Werkstücks angeordnet. Anders ausgedrückt sind an einem fertig bearbeiteten Werkstück mehrere Ausnehmungen in Umfangsrichtung benachbart zueinander bzw. nebeneinander angeordnet.
Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass der Elektrodenrahmen gelenkig mit dem Trägerrahmen verbunden ist, insbesondere durch wenigstens zwei Festkörpergelenke mit dem Trägerrahmen verbunden ist. Die Festkörpergelenke können beispielsweise blattfederartig ausgebildet sein, wobei die Auslenkung der Blattfedern im Wesentlichen in der zweiten Bearbeitungsrichtung erfolgt. Die Festkörpergelenke können insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie den Elektrodenrahmen in einer Ruhestellung in einer Sollstellung relativ zum Trägerrahmen halten.
Um die oszillierende Bewegung des Elektrodenrahmens zu ermöglichen, kann im Trägerrahmen ein Exzenterantrieb vorgesehen sein, dessen Exzenterwelle mit einem ersten Endabschnitt eines Wippenelements verbunden ist, wobei das Wippenelement mit einem zweiten Endabschnitt mit dem Elektrodenrahmen verbunden ist, und wobei das Wippenelement in einem zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt befindlichen Mittelabschnitt mit dem Trägerrahmen verbunden ist.
Um eine möglichst genaue oszillierende Bewegung des Elektrodenrahmens und der damit verbundenen Elektrode zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der Exzenterantrieb einen Torsionsmotor bzw. Torquemotor umfasst.
Die Elektrode kann eine Außenkontur eines ersten Elektrodentyps aufweisen, die im Wesentlichen einer in dem Werkstück herzustellenden Endkontur einer Schaufelfußausnehmung, insbesondere Profilnut, entspricht. Alternativ kann die Elektrode eine Außenkontur eines zweiten Elektrodentyps aufweisen, die im Wesentlichen einer in dem Werkstück herzustellenden Vorkontur einer Ausnehmung, insbesondere Profilnut, entspricht. Die Elektroden des ersten Typs und des zweiten Typs sind insbesondere auswechselbar, so dass die gleiche Arbeitsstation wahlweise mit Elektroden unterschiedlichen Elektrodentyps betrieben werden kann.
Eine Amplitude der oszillierenden Bewegung der Elektrode des ersten Elektrodentyps ist vorzugsweise in Abhängigkeit des elektrochemischen Abtrags von Material des Werkstücks einstellbar bzw. regelbar, derart, dass die Amplitude mit zunehmendem Materialabtrag größer wird. Hierzu wird weiter vorgeschlagen, dass ein Abstand zwischen der Außenkontur der Elektrode des ersten Elektrodentyps und einer im Werkstück bereits vorhandenen Vorkontur der Ausnehmung vor dem Beginn einer oszillierenden elektrochemischen Bearbeitung bei weniger als oder gleich etwa 0,4mm liegt. Die Arbeitsstation ist insbesondere dazu eingerichtet, die oszillierende Bewegung der Elektrode des ersten Elektrodentyps beim elektrochemischen Bearbeiten solange auszuführen bis die Ausnehmung die gewünschte Endkontur aufweist. Nach Abschluss der elektrochemischen Bearbeitung mittels der oszillierenden Elektrode des ersten Elektrodentyps weist die Innenkontur der Ausnehmung zur Außenkontur der Elektrode des ersten Typs einen Abstand von etwa 0,2 bis 0,5mm auf, vorzugsweise etwa 0,3-0,4mm. Insbesondere bei der Elektrode des ersten Elektrodentyps kann als elektrochemisches Bearbeitungsverfahren auch ein präzises oder gepulstes elektrochemisches Bearbeitungsverfahren (PECM) zum Einsatz kommen. Hierbei in Abhängigkeit der Oszillationsbewegung eine Spannung an der Elektrode angelegt. Insbesondere wird die Spannung angelegt, wenn die Elektrode jeweils den maximalen bzw. minimalen Wert der Amplitude erreicht, sich also im Umkehrpunkt befindet, in dem sie einer Seite der zu bearbeitenden (Vor-)Kontur der Ausnehmung am nächsten ist. Auf diese Weise erfolgt der (elektrochemische) Abtrag von Material des Werkstücks, insbesondere von Material der Vorkontur, flächig auf der Seite der Ausnehmung (Profilnut), die den kleineren Spalt zur Elektrode aufweist. Das Vergrößern der Ausnehmung bis zum Erreichen der Endkontur erfolgt dabei durch Vergrößern des Schwingwinkels auf Seiten des Antriebs (Torsionsmotor), wodurch die Amplitude der oszillierenden Bewegung der Elektrode vergrößert werden kann.
Die Elektrode des ersten Elektrodentyps kann entlang der ersten Bearbeitungsrichtung in eine im Werkstück bereits vorhandene Vorkontur einer Ausnehmung einführbar sein, wobei die Elektrode bezogen auf die Einführrichtung an einem vorderen Bereich einen Tastvorsprung aufweist. Hierzu wird ergänzend vorgeschlagen, dass die Arbeitsstation dazu eingerichtet ist, mittels des Tastvorsprungs die Relativstellung der Elektrode des ersten Elektrodentyps zu einer im Werkstück bereits vorhandenen Vorkontur der Ausnehmung vor dem Einführen der Elektrode zu bestimmen und bedarfsweise anzupassen, so dass die Elektrode mit ihrer Außenkontur im Wesentlichen zentriert zur Vorkontur eingeführt werden kann.
Die insbesondere alternativ einsetzbare Elektrode des zweiten Typs kann dazu eingerichtet sein, mittels elektrochemischer Bearbeitung eine Vorkontur einer Ausnehmung, insbesondere einer Schaufelfußausnehmung bzw. Profilnut, in einem noch massiven Abschnitt des Werkstücks, insbesondere einer Schaufelscheibe, herzustellen, wobei die Elektrode des zweiten Typs entlang der ersten Bearbeitungsrichtung relativ zum Werkstück bewegt, insbesondere vorgetrieben wird. Hierbei erfolgt ein elektrochemischer Abtrag von Material des Werkstücks, beispielsweise der Schaufelscheibe, insbesondere an einem stirnseitigen Ende Elektrode des zweiten Elektrodentyps. Die Bearbeitung der Ausnehmung mittels der Elektrode des zweiten Elektrodentyps kann alternativ zu einem mechanischen Räumverfahren eingesetzt werden, um die Vorkontur der Ausnehmung herzustellen. Eine mittels eines mechanischen Bearbeitungsverfahrens hergestellte Vorkontur kann im Übrigen mittels der Elektrode des zweiten Elektrodentyps elektrochemisch bearbeitet werden, um die maßhaltige Endkontur herzustellen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere zum Bearbeiten eines rotationssymmetrischen Werkstücks, mit mehreren Ausnehmungen, umfassend wenigstens eine erste Arbeitsstation mit einer Elektrode des zweiten Elektrodentyps zur Herstellung einer Vorkontur von Ausnehmungen und wenigstens eine zweite Arbeitsstation mit einer Elektrode des ersten Elektrodentyps zur Herstellung der Endkontur von Ausnehmungen, wobei die Anlage vorzugsweise dazu eingerichtet ist, ein Werkstück von der ersten Arbeitsstation zur zweiten Arbeitsstation zu transportieren, insbesondere mittels einer zugeordneten Transporteinrichtung.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Endkontur einer Ausnehmung in einem Werkstück, insbesondere einer Schaufelfußausnehmung in einer Schaufelscheibe einer Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen eines Werkstücks, insbesondere einer Schaufelscheibe mit wenigstens einer an dessen Umfangsrand ausgebildeten Ausnehmung, die eine mit einem Aufmaß versehene Vorkontur aufweist;
b) Ausrichten einer Elektrode in Abhängigkeit von Messwerten, die an der Vorkontur erfasst werden,
c) Einführen der Elektrode in die vorkonturierte Ausnehmung entlang einer ersten Bearbeitungsrichtung, die im Wesentlichen einer Längsrichtung der Ausnehmung entspricht, wobei die Längsrichtung bezogen auf das Werkstück parallel oder geneigt zur Axialrichtung verläuft;
d) Oszillierendes Bewegen der Elektrode in der Ausnehmung entlang einer zweiten Bearbeitungsrichtung, die zur ersten Bearbeitungsrichtung in einem Winkel von etwa 45° bis 90° ausgerichtet ist, wobei die zweite Bearbeitungsrichtung bezogen auf das Werkstück, insbesondere die Schaufelscheibe, im Wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung des Werkstücks bzw. der Schaufelscheibe verläuft, wobei beim oszillierenden Bewegen quer zur Längsrichtung der Ausnehmung abwechselnd Material derjenigen Seite der Vorkontur abgetragen wird, die näher an der oszillierenden Elektrode angeordnet ist, bis die Endkontur der Ausnehmung hergestellt ist,
e) Entfernern der Elektrode entlang der ersten Bearbeitungsrichtung aus der Ausnehmung mit der hergestellten Endkontur.

Dieses Verfahren kann insbesondere mittels einer oben beschriebenen Arbeitsstation ausgeführt werden. Das im Schritt a) bereitgestellte Werkstück, insbesondere die bereitgestellte Schaufelscheibe, weist in der Regel bereits alle für den späteren Einsatz erforderlichen Ausnehmungen mit der jeweiligen Vorkontur auf, wobei die Ausnehmungen entlang des gesamten Umfangrandes des Werkstücks, insbesondere der Schaufelscheibe, vorgesehen sind. Bei der beispielhaften Schaufelscheibe ist zwischen jeweils zwei Schaufelfußausnehmungen ein sogenannter Scheibenhöcker ausgebildet.
Bei dem Verfahren können die Schritte b) bis e) wiederholt werden für jede entlang des Umfangs des Werkstücks, insbesondere der Schaufelscheibe, vorhandene Ausnehmung mit ihrer Vorkontur. Ferner kann bei dem Verfahren nach dem Schritt e) jeweils das Werkstück, insbesondere die Schaufelscheibe relativ zur Elektrode gedreht werden bis eine weitere, insbesondere benachbarte Ausnehmung mit Vorkontur in der zur Durchführung der Schritte b) bis e) passenden Position angeordnet ist. Entsprechend kann das Werkstück, insbesondere die Schaufelscheibe, einmal in eine entsprechende Arbeitsstation eingespannt werden, wobei nach jedem elektrochemischen Bearbeiten einer Ausnehmungen, insbesondere Schaufelfußausnehmung, (von der Vorkontur zur Endkontur) das Werkstück, insbesondere die Schaufelscheibe, um seine bzw. ihre Achse etwas gedreht wird, bis eine nächste zu bearbeitenden Ausnehmung, insbesondere Schaufelfußausnehmung, mit ihrer Vorkontur so positioniert ist, dass die Elektrode der Arbeitsstation in die vorkonturierte Ausnehmung, insbesondere Schaufelfußausnehmung, einführbar ist zwecks oszillierender elektrochemischer Bearbeitung der Vorkontur zur Endkontur.
Schließlich kann bei dem Verfahren der Schritt a) insbesondere das Herstellen der Ausnehmungen, insbesondere der Schaufelfußausnehmungen, mit ihrer jeweiligen Vorkontur mittels eines elektrochemischen Bearbeitens von massiven Umfangsabschnitten des Werkstücks, insbesondere der Schaufelscheibe, enthalten, wobei das elektrochemische Bearbeiten mit einer anderen Elektrode durchgeführt wird und wobei die andere Elektrode entlang einer bzw. der ersten Bearbeitungsrichtung bewegt wird, die im Wesentlichen einer Längsrichtung der herzustellenden Ausnehmung, insbesondere Schaufelfußausnehmung, entspricht, wobei die Längsrichtung bezogen auf das Werkstück, insbesondere die Schaufelscheibe, parallel oder geneigt zur Axialrichtung verläuft.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.

1 zeigt in einer schematischen und vereinfachten Perspektivansicht eine Ausführungsform einer Arbeitsstation zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks.
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Perspektivansicht der Arbeitsstation der 1.
3 zeigt eine zur 2 ähnliche Perspektivansicht aus einem etwas veränderten Blickwinkel.
4 zeigt eine weiter vergrößerte Perspektivdarstellung der Arbeitsstation der 1.
5 zeigt eine frontale Ansicht einer Elektrodenträgeranordnung etwa entsprechend der in 4 mittels eines Pfeils angedeuteten Blickrichtung V.
6 zeigt eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer Elektrode der Arbeitsstation und des elektrochemisch zu bearbeitenden Werkstücks.
7 zeigt in den Teilfiguren a) bis d) die Funktionsweise (Verfahrensschritte) der Arbeitsstation mit einer Elektrode eines ersten Typs zum oszillierenden Bewegen der Elektrode in einer Ausnehmung des Werkstücks.
8 zeigt eine perspektivische Darstellung der Arbeitsstation der 1 mit einer Konfiguration, die eine Elektrode eines zweiten Typs aufweist.
9 zeigt in den Teilfiguren a) und b) die Funktionsweise (Verfahrensschritte) der Arbeitsstation der 8 mit der Elektrode des zweiten Typs.
10 zeigt in den Teilfiguren a) bis c) die Arbeitsstation der 1 mit einem zu bearbeitenden Werkstück in unterschiedlichen Verfahrenszuständen.

1 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Perspektivdarstellung eine Arbeitsstation 10 zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks 12. Das Werkstück 12 ist insbesondere eine Schaufelscheibe einer Gasturbine. Die Arbeitsstation 10 umfasst eine Basisstruktur 14. Die Basisstruktur 14 weist einen Vertikalträger 16 und einen Horizontalträger 18 auf, die miteinander verbunden sind. Am Vertikalträger 16 ist eine Werkstückhalterung 20 vorgesehen, an der das Werkstück 12 (Schaufelscheibe) befestigbar bzw. befestig ist.
Die Werkstückhalterung 20 ist entlang des Vertikalträgers 16 beweglich, so dass die Werkstückhalterung zum Horizontalträger 18 hin bzw. von diesem weg bewegt werden kann. Die Bewegungsrichtung der Werkstückhalterung 20 ist im Wesentlichen parallel zur Z-Richtung und kann als Zustellachse bzw. Zustellrichtung ZA bezeichnet werden. Das Werkstück 12 (Schaufelscheibe) ist drehbar an der Werkstückhalterung 20 befestigt. Insbesondere weist die Werkstückhalterung 20 einen Axialträger 22 auf, an dem das Werkstück 12 befestigt werden kann, insbesondere die Schaufelscheibe mit einem hier nicht sichtbaren Nabenabschnitt an dem Axialträger 22 anbringbar bzw. angebracht ist. Der Axialträger 22 ist ebenfalls entlang der Zustellachse bzw.-richtung ZA beweglich und er ist um eine Werkstückdrehachse WDA drehbar. In der Basisstruktur 14, insbesondere im Vertikalträger 16 oder/und im Werkstückträger 22 sind hier nicht sichtbare Antriebsvorrichtungen untergebracht, um die Bewegung der Werkstückhalterung 20 entlang des Vertikalträgers 16 zu ermöglichen und die Drehbewegung des Axialträgers 22 zu ermöglichen.
An der Basisstruktur 14, insbesondere am Horizontalträger 18, ist ein Modul 24 angeordnet, das dazu eingerichtet ist, das Werkstück 12 elektrochemisch zu bearbeiten. Das Modul 24 ist relativ zur Basisstruktur 14 drehbar gelagert. Insbesondere ist das Modul 24 auf einem Sockel 26 angebracht, der um eine Moduldrehachse MZ drehbar ist. Der Sockel 26 ist mit einer in dem Horizontalträger 18 vorgesehenen, hier nicht sichtbaren Antriebseinrichtung verbunden, welche die Drehbewegung des Sockels 26 bzw. des gesamten Moduls 24 um die Moduldrehachse MZ ermöglicht.
Der Aufbau des Moduls 24 wird nachfolgend unter zusammenfassender Bezugnahme auf die vergrößerten Ansichten der 2 bis 5 erläutert, wobei verwendete Bezugszeichen überall dort in den Figuren vorhanden sind, wo ein entsprechendes Bauteil auch sichtbar, auch wenn auf die einzelnen 2 bis 5 nicht immer explizit verwiesen wird.
Das Modul 24 weist einen Modulgrundkörper 28 auf. Der Modulgrundkörper 28 wird insbesondere durch einen Modulbasisabschnitt 30 und zwei mit dem Modulbasisabschnitt 30 verbundenen Seitenträgern 32 gebildet. Der Modulgrundkörper 28, insbesondere dessen Modulbasisabschnitt 30 ist mit dem Sockel 26 verbunden, so dass der gesamte Modulgrundkörper 28 um die Moduldrehachse MZ drehbar ist, wobei die Drehrichtung in der 2 mit dem Pfeil MDR angedeutet ist.
Das Modul 24 weist ferner eine Elektrodenträgeranordnung 34 auf, die am Modulgrundkörper 28 angebracht ist. Die Elektrodenträgeranordnung 34 ist mit dem Modulgrundkörper 28 gemeinsam um die Moduldrehachse MZ drehbar. Die Elektrodenträgeranordnung 34 weist einen Trägerrahmen 36 und einen Elektrodenrahmen 38 auf. An dem Elektrodenrahmen 38 ist eine Elektrode 40 insbesondere lösbar befestigt. Die Elektrode 40 ist eine Elektrode eines ersten Typs, was später noch genauer beschrieben wird. Der Elektrodenrahmen 38 ist am Trägerrahmen 36 abgestützt, insbesondere mittels zweier Festkörpergelenke 42, was am besten aus der Ansicht der 4 ersichtlich ist. Die Elektrodenträgeranordnung 34 bzw. der Trägerrahmen 36 und der Elektrodenrahmen gemeinsam ist bzw. sind relativ zum Modulgrundkörper translatorisch beweglich angeordnet. Die Translation erfolgt dabei entlang einer ersten Bearbeitungsrichtung BR1. Die erste Bearbeitungsrichtung BR1 kann zur Hauptrichtung Y (1) im Wesentlichen parallel sein oder zur Hauptrichtung Y um einen bestimmten Winkel geneigt sein. Die Neigung der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 ergibt sich hierbei durch die Drehung des Modulgrundkörpers 28 um die Moduldrehachse MZ, die im Wesentlichen parallel zur Hauptrichtung Z (1) verläuft.
Der Trägerrahmen 36 ist somit entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 relativ zum Modulgrundkörper 28, insbesondere zwischen den beiden Seitenträgern 32 beweglich. Der Trägerrahmen 36 ist hierzu verschiebbar auf zwei Gleitträgern 44 abgestützt. Die Gleitträger 44 erstrecken sich zwischen den beiden Seitenträgern 32 und sind an diesen abgestützt. Im Beispiel sind die Gleitträger 44 als Stangen bzw. Rohre ausgeführt, die sich durch entsprechende Gleitlager 45 des Trägerrahmens 36 erstrecken. Alternativ kann auch eine rollende Lagerung der Gleitträger 44 (Stangen bzw. Rohre) vorgesehen sein. Die Bewegung des Trägerrahmens 36 und somit auch des Elektrodenrahmens 38 entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 (entlang der beiden Gleitträger 44) erfolgt mittels einer Antriebsvorrichtung 46. Die Antriebsvorrichtung 46 ist insbesondere ein Elektromotor, dessen Drehbewegung über ein nicht näher dargestelltes Getriebe, wie etwa eine Spindel oder dergleichen, in die translatorische Bewegung des Trägerrahmens 36 übersetzt wird. Der Trägerrahmen 36 und somit der Elektrodenrahmen 38 samt der Elektrode 40 kann entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 zum Werkstück 12 (Schaufelscheibe) hin und von diesem weg bewegt werden.
Die Antriebsvorrichtung 46 ist über eine zur Arbeitsstation 10 zugehörige, hier nicht weiter dargestellte Steuereinrichtung ansteuerbar. Eine solche Steuereinrichtung kann auch dazu eingesetzt werden, alle weiteren zur Arbeitsstation 10 zugehörigen Antriebe anzusteuern, wie beispielsweise die Antriebe zum vertikalen Bewegen der Werkstückhalterung 20 oder zum Drehen des Moduls 24 um die Moduldrehachse MZ.
Wie bereits erwähnt, ist der Elektrodenrahmen 38 mittels Festkörpergelenken 42 mit dem Trägerrahmen 36 verbunden. Die Festkörpergelenke 42 sind beispielsweise als federnd auslenkbare metallische Elemente ausgeführt, die man auch als Blattfedern bezeichnen kann. Die Auslenkung der Festkörpergelenke 42 erfolgt so, dass der Elektrodenrahmen 38 relativ zum Trägerrahmen in eine zweite Bearbeitungsrichtung BR2 beweglich ist. Die Festkörpergelenke 42 sind dabei so ausgebildet, dass den Elektrodenrahmen 38 in einer vorbestimmten Relativstellung (Ruheposition) zum Trägerrahmen 36 halten. Bezogen auf die zweite Bearbeitungsrichtung BR2 sind der Elektrodenrahmen 36 und der Trägerrahmen 36 in der Ruheposition im Wesentlichen zentriert zueinander angeordnet.
5 zeigt eine Frontansicht der Elektrodenträgeranordnung 34 ohne den Modulgrundkörper 28. Die Blickrichtung etwa einer in 4 mit dem Pfeil V angedeuteten Richtung, die im Wesentlichen der Hauptrichtung Y (1) entspricht. Zur bessere Orientierung ist vereinfacht noch der Sockel 26 des Moduls 24 dargestellt. Der Elektrodenrahmen 38 und die daran angeordnete Elektrode 40 sind mittels eines Exzenterantriebs 50 (siehe auch 3, 4) entlang der zweiten Bearbeitungsrichtung BR2 oszillierend beweglich. Der Exzenterantrieb 50 weist insbesondere einen Torsionsmotor 51, der mit einer nicht sichtbaren Exzenterwelle gekoppelt ist. Die Drehbewegung des Exzenterantriebs 50 wird mittels eines Wippenelements 52 (siehe 5) auf den Elektrodenrahmen 38 übertragen. Das Wippenelement 52 ist hierzu an einem ersten Endabschnitt 54 mit dem Exzenterantrieb 50 verbunden und an einem zweiten Endabschnitt 56 mit dem Elektrodenrahmen 38 verbunden. Die Verbindung zwischen dem ersten Endabschnitt 54 und dem Exzenterantrieb 50 kann durch ein Festkörpergelenk 55 realisiert werden. Die Verbindung zwischen dem zweiten Endabschnitt 56 und dem Elektrodenrahmen 38 kann durch ein weiteres Festkörpergelenk 57 realisiert werden. Das Wippenelement 52 ist zwischen den beiden Endabschnitten 54, 56 in Vertikalrichtung (Parallel zur Hauptrichtung Z bzw. zur Moduldrehachse MZ) etwa mittig mittels eines Wippenlagers 58 am Trägerrahmen 36 abgestützt. Der Exzenterantrieb 50, insbesondere der Torsionsmotor 52 kann durch eine (nicht dargestellte) bzw. die bereits oben erwähnte Steuereinrichtung so angesteuert werden, dass die Elektrode 40 entlang der zweiten Bearbeitungsrichtung BR2 hin und her bewegt werden kann, insbesondere um etwa 0,05mm bis 0,5mm auf beide Seiten ausgehend von einer Ruheposition der Elektrode 40. Anders ausgedrückt ist der Exzenterantrieb 50 mit dem Wippenelement 52 so ausgelegt, dass eine an der Elektrode 40 wirksame oszillierende Bewegung in der zweiten Bearbeitungsrichtung eine einstellbare, insbesondere regelbare Amplitude von wenigen Zehntelmillimetern, insbesondere 0,05mm bis 0,5mm aufweist. Die Amplitude der oszillierenden Bewegung der Elektrode 40 kann dabei so geregelt werden, dass sie anfänglich kleiner ist und bei zunehmendem Materialabtrag am Werkstück 12, insbesondere in der Ausnehmung bzw. Schaufelfußausnehmung 48, größer wird.
Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass in den 1 bis 3 und 5 zwei sogenannte Spülkammern 64 und 66 dargestellt sind. Dabei ist die erste Spülkammer 64 fest mit dem Trägerrahmen 36 verbunden. Die zweite Spülkammer 66 ist zusammen mit der Elektrode 40 entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 translatorisch zum Werkstück 12 hin bzw. von diesem weg beweglich. Die Spülkammern 64, 66 dienen bei der elektrochemischen Bearbeitung des Werkstücks 12 insbesondere dazu dass für die Bearbeitung erforderlicher Elektrolyt zugeführt und darin gelöstes, abgetragenes Material abgeführt werden kann.
6 zeigt in einer schematischen und vereinfachten Schnittdarstellung das Werkstück 12 bzw. die Schaufelscheibe 12 mit Ausnehmungen bzw. Schaufelfußausnehmungen 48. Mittels der Elektrode 40 wird bei einer Schaufelfußausnehmung 48, die bereits eine mit einem Aufmaß behaftete Vorkontur 60 aufweist mittels elektrochemischer Bearbeitung die Endkontur 62, also die fertige Innenkontur der Schaufelfußausnehmung 48 hergestellt. Dabei wird die Elektrode 40 entlang der zweiten Bearbeitungsrichtung BR2 oszillierend bewegt.
7 zeigt in den Teilfiguren a) bis d) Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Endkontur einer Schaufelfußausnehmung 48 einer Schaufelscheibe 12. Zunächst wird bei einem solchen Bearbeitungsverfahren eine Schaufelscheibe 12 an einer Arbeitsstation 10 bereitgestellt. Insbesondere wird die Schaufelscheibe 12 an dem Axialträger 22 der Werkstückhalterung 20 befestigt. Die Schaufelscheibe 12 weist zu diesem Zeitpunkt bereits vorkonturierte Schaufelfußausnehmungen 48 auf, mit einer bereits unter Bezugnahme auf 6 erwähnten inneren Vorkontur 60. Üblicherweise weisen die Schaufelfußausnehmungen 48 eine sich von einem axial vorderen Rand zum axial hinteren Rand der Schaufelschieb 12 erstreckenden Längsrichtung LR auf, die bezogen auf eine Axialrichtung (entspricht der Hauptrichtung Y bzw. der Werkstückdrehachse WDA in 1) der Schaufelscheibe leicht geneigt ist.
Entsprechend wird das Modul 24 samt dem Modulgrundkörper 28 um die Moduldrehachse MZ gedreht, bis die erste Bearbeitungsrichtung BR1 mit der Längsrichtung LR der Schaufelfußausnehmungen 48 fluchtet. Dieser Zustand ist vereinfacht und beispielhaft in 7a) dargestellt. Die Elektrode 40 wird anschließend entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 zu dem Werkstück 12 hin bewegt. An der Elektrode 40, die im Beispiel der 7 eine Elektrode 40 eines ersten Typs ist, kann ein Tastvorsprung 68 vorgesehen sein. Gemäß dem Bearbeitungsverfahren wird die Elektrode 40 relativ zur Schaufelfußausnehmung 48 mit ihrer Vorkontur 60 ausgerichtet. Dabei können mittels des Tastvorsprungs 68 Messwerte über die vorhandene Vorkontur 60 erfasst werden, so dass die Elektrode 40 entsprechend positioniert werden kann. Dies ist beispielhaft in 7b) dargestellt.
Ist die Elektrode 40 relativ zur Schaufelfußausnehmung korrekt ausgerichtet, wird die Elektrode 40 entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 in die vorkonturierte Schaufelfußausnehmung 48 eingeführt. Sobald die Elektrode 40 vollständig in der vorkonturierten Schaufelfußausnehmung 48 eingeführt ist, was beispielhaft in 7c) dargestellt ist, kann die Elektrode 40 oszillierend entlang der zweiten Bearbeitungsrichtung BR2 hin und her beweget werden, so dass entlang der Vorkontur 60 der Schaufelfußausnehmung 48 elektrochemisch Material abgetragen wird bis die Endkontur 62 der Schaufelfußausnehmung 48 hergestellt. Dies ist beispielhaft in 7d) dargestellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass während der elektrochemischen Bearbeitung der Schaufelfußausnehmung 48 die Spülkammern 64, 66 am Werkstück 12 anliegen, so dass ein im Wesentlichen geschlossener Bereich gebildet wird, in dem sich Elektrolyt befindet. Wie bereits erwähnt ist die Elektrode 40 des ersten Typs gemeinsam mit der zweiten Spülkammer 66 entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 translatorisch beweglich. Die Oszillationsbewegung entlang der zweiten Bearbeitungsrichtung BR2 erfolgt nur durch die Elektrode 40 allein bei sich nicht bewegender zweiter Spülkammer 66.
Die elektrochemische Bearbeitung einer Vorkontur 60 einer Schaufelfußausnehmung 48, wie dies in Bezug auf die 7 erläutert worden ist, erfolgt vorzugsweise mittels gepulstem bzw. präzisem elektrochemischem Bearbeiten (PECM). Dabei wird in der Elektrode 40 immer dann eine Spannung angelegt, wenn sie sich nahe dem bzw. im oberen oder unteren Umkehrpunkt der Amplitude der Oszillationsbewegung befindet. Anders ausgedrückt wird eine Spannung immer dann angelegt, wenn sich die Elektrode einer Seite der Schaufelfußausnehmung angenähert hat. Entsprechend wird die Vorkontur jeweils auf der Seite elektrochemisch bearbeitet bzw. abgetragen, die näher zur Elektrode 40 liegt, wenn diese unter Spannung gesetzt wird. Da in einem solchen Zustand zwischen der anderen Seite der Schaufelfußausnehmung 48 und der Elektrode 40 ein etwa größerer Abstand vorhanden ist, kann durch diesen Spalt mit Elektrolyt gespült werden. In Abhängigkeit der oszillierenden Bewegung der Elektrode 40 wird also auch abwechselnd eine Spannung an der Elektrode angelegt, so dass die Innenkontur der Schaufelfußausnehmung wechselseitig elektrochemisch bearbeitet werden kann.
Die Amplitude der Oszillationsbewegung der Elektrode 40 kann in Abhängigkeit des erfolgten Materialabtrags vergrößert werden. Ist also beispielsweise durch das elektrochemische Bearbeiten der Schaufelfußausnehmung 48 ein beidseitiger Materialabtrag von 0,05mm erfolgt, kann die Amplitude der Oszillationsbewegung der Elektrode 40 entsprechend um etwa 0,05mm vergrößert werden. Bei der Herstellung einer Endkontur einer Schaufelfußausnehmung wird davon ausgegangen, dass die Vorkontur gegenüber der Endkontur ein Aufmaß von etwa 0,2 bis 0,4mm aufweist, d.h. es muss entsprechend ein Materialabtrag von etwa 0,2 bis 0,4mm erfolgen, um die Endkontur der Schaufelfußausnehmung erhalten zu können. Die Elektrode 40 des ersten Typs ist daher etwa so dimensioniert, dass sie mit einem beidseitigen bzw. allseitigen Abstand von etwa 0,05 bis 0,1mm in die Vorkonturierte Schaufelfußausnehmung 48 eingeführt werden kann. Nach der elektrochemischen Bearbeitung mittels PECM beträgt der beidseitige bzw. allseitige Abstand zwischen Elektrode 40 und der Endkontur der Schaufelfußausnehmung etwa 0,25 bis 0,4mm.
Es wird darauf hingewiesen, dass durch die elektrochemische Herstellung der Endkontur einer Schaufelfußausnehmung keine mechanischen Einwirkungen vorliegen, die zu unerwünschten geometrischen Abweichungen bei der Endkontur führen. Die oszillierende Bewegung und somit auch die elektrochemische Bearbeitung erfolgt im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Schaufelscheibe 12 bzw. leicht geneigt zur Umfangsrichtung. Ferner erfolgt die Bearbeitung der Endkontur nicht spannend, das heiß mittels einer lokal entlang einer Schneidlinie wirkenden Klinge, sondern flächig aufgrund der wirkenden elektrochemischen Lösung von Material der Schaufelscheibe im Elektrolyten. Es versteht sich von selbst, dass die Außenkontur der Elektrode 40 so ausgeführt ist, dass sie eine im Wesentlichen komplementäre Form zu der herzustellenden Endkontur der Schaufelfußausnehmung aufweist.
Die Herstellung von vorkonturierten Schaufelfußausnehmungen 48 in einer Schaufelscheibe 12 kann mittels bekannter mechanischer Bearbeitungsverfahren erfolgen, wie beispielsweise Räumverfahren. Eine derart vorbearbeitete Schaufelscheibe 12 kann dann mittels einer Arbeitsstation 10 elektrochemisch weiter bearbeitet werden, um die Endkontur der Schaufelfußausnehmungen 48 herzustellen.
Alternativ zu einer mechanischen Herstellung von vorkonturierten Schaufelfußausnehmungen können auch die Schaufelfußausnehmungen mittels elektrochemischer Bearbeitung hergestellt werden. Die kann insbesondere mittels einer Arbeitsstation 10 erfolgen, bei eine Elektrode 140 eines zweiten Typs eingesetzt wird, wie dies in 8 dargestellt ist. Die Elektrode 140 des zweiten Typs kann anstatt der Elektrode 40 des ersten Typs an dem Elektrodenrahmen 38 bzw. dem Trägerrahmen 36 angebracht werden. Ferner ist aus der 8 ersichtlich, dass zwei andere Spülkammern 164, 166 zum Einsatz kommen. Entsprechend können auch die Spülkammern an der Arbeitsstation 10 austauschbar ausgebildet sein.
Eine vorkonturierte Schaufelfußausnehmung 48 mit ihrer Vorkontur 60 wird in einer Schaufelscheibe 12 mittels einer Arbeitsstation 10 etwa wie folgt hergestellt. An der Werkstückhalterung 20, insbesondere dem Axialträger 22, wird eine Schaufelscheibe 12 befestigt, wobei in dieser Schaufelscheibe 12 noch keine Schaufelfußausnehmungen vorhanden sind. Anders ausgedrückt ist die Schaufelscheibe 12 entlang ihrem Umfangsrand noch massiv ausgeführt. Nachdem die Schaufelscheibe 12 an der Arbeitsstation 10 bereitgestellt worden ist, kann das Modul 24 um seine Moduldrehachse MZ so verdreht werden, dass die erste Bearbeitungsrichtung BR1, entlang welcher auch die Elektrode 140 des zweiten Typs translatorisch beweglich ist, so ausgerichtet ist, dass sie mit einer gewünschten Ausrichtung einer Längsrichtung der herzustellenden Schaufelfußausnehmungen 48 übereinstimmt.
Sobald das Modul 24 korrekt ausgerichtet ist, wird die Schaufelscheibe 12 mittels der Werkzeughalterung entlang der Zustellachse ZA nach unten bewegt bis sie in einer gewünschten Relativstellung zum Modul 24 angeordnet ist. Ein solcher Zustand ist beispielhaft in 9a) dargestellt. In diesem Zustand liegen die beiden feststehenden Spülkammern 164, 166 beidseitig an der Schaufelscheibe 12 an. Die Elektrode 140 des zweiten Typs ist in der zweiten Spülkammer 166 aufgenommen. Die Elektrode 140 des zweiten Typs weist eine stirnseitig (dem Werkstück zugewandt) offene Elektrolytzuführung 141 auf.
Zur elektrochemischen Herstellung einer vorkonturierten Schaufelfußausnehmung 48 wird in der Elektrode 140, insbesondere in einem stirnseitigen Abschnitt eine Spannung angelegt und Elektrolyt zugeführt. Die Elektrode 140 wird dann entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 zum Werkstück 12 hin bewegt. Aufgrund der elektrochemischen Reaktionen und der Bewegung der Elektrode 140 erfolgt eine Art Vortrieb der Elektrode 140 in die Schaufelscheibe 12, wobei aufgelöstes Material der Schaufelscheibe entlang der Elektrode 140 in die zweite Spülkammer abfließen kann. Dieser elektrochemische Vortrieb wird solange durchgeführt bis die Elektrode 140 vollständig durch die Schaufelscheibe 12 hindurchgetreten ist und die vorkonturierte Schaufelfußausnehmung 48 hergestellt ist. Dies ist beispielhaft in 9b) dargestellt. Anschließend wird die Elektrode 140 entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 wieder in die zweite Spülkammer 166 bewegt. Die Schaufelscheibe wird mittels der Werkzeughalterung um die Werkstückdrehachse WDA (1) etwas gedreht, so dass die nächste vorkonturierte Schaufelfußausnehmung hergestellt werden kann, wie dies eben beschrieben worden ist.
Die hier vorgestellte Arbeitsstation 10 kann sowohl für die Herstellung der Endkontur von vorkonturierten Schaufelfußausnehmungen als auch für die Herstellung von vorkonturierten Schaufelfußausnehmungen eingesetzt werden. Für beide Verfahren kann die Arbeitsstation 10 im Wesentlichen entsprechend den in 10 illustrierten Hauptschritten eingesetzt werden. Gemäß 10 erfolgt nach dem Bereitstellen einer Schaufelscheibe 12, bei der schon vorkonturierte Schaufelfußausnehmungen vorhanden sind oder die noch einen durchgehenden (massiven) Umfangsrand aufweist, eine Ausrichtung des Moduls 24 durch Drehung um die Moduldrehachse MZ. Da mit dem Modul 24 auch die für die elektrochemische Bearbeitung verwendete Elektrode 40, 140 mit gedreht wird, kann die Elektrode entsprechend in Relation zur Schaufelscheibe und dem (gewünschten bzw. vorhandenen) Verlauf der Schaufelfußausnehmungen ausgerichtet werden. Gemäß 10b) erfolgt anschließend eine Zustellbewegung des Schaufelscheibe 12 entlang der Zustellachs ZA nach unten, bis eine gewünschte Position erreicht ist, in der eine elektrochemische Bearbeitung mittels der Elektrode 40, 140 ermöglicht ist. Gemäß Schritt 10c) erfolgt dann eine Bewegung der Elektrode 40, 140 entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1. Dabei erfolgt bei einer Elektrode 140 des zweiten Typs eine elektrochemische Bearbeitung (Vortrieb) zur Herstellung der vorkonturierten Schaufelfußausnehmung. Eine Elektrode 40 des ersten Typs wird lediglich in eine bereits bestehende vorkonturierte Schaufelfußausnehmung eingeführt. Zur Herstellung der Endkontur wird die Elektrode 40 des zweiten Typs noch entlang der zweiten Bearbeitungsrichtung BR2 oszillierend bewegt. Sobald die Vorkontur mittels der Elektrode 140 des zweiten Typs oder die Endkontur mittels der Elektrode 40 des ersten Typs hergestellt worden ist, wird die betreffende Elektrode entlang der ersten Bearbeitungsrichtung aus der vor- bzw. endkonturierten Schaufelfußausnehmung herausbewegt. Dann wird die Schaufelscheibe 12 um die Werkstückdrehachse WDA etwa gedreht, so dass eine nächste (benachbarte) Schaufelfußausnehmung hergestellt bzw. bearbeitet werden kann. In Bezug auf die 10 wird noch darauf hingewiesen, dass die mit „XC“, „YC“ bzw. „ZC“ bezeichneten pfeilartigen Zeiger keine für die hier vorgestellte Erfindung relevante Bedeutung haben; sie stellen lediglich Richtungsangaben dar, die aus dem CAD-System stammen, mit dem die Darstellungen erstellt worden sind. Ferner wird noch darauf hingewiesen, dass in den 10a bis c) die Arbeitsstation 10 nur der Elektrode 40 des ersten Typs und die zugehörigen Spülkammern 64, 66 dargestellt sind. Es ist selbstverständlich, dass in der Darstellung die Elektrode 40 durch die Elektrode 140 und die Spülkammern 64, 66 durch die Spülkammern 164, 166 ersetzt werden könnten, wie dies beispielhaft in den 2 und 8 bzw. 7 und 9 ersichtlich ist.
Eine Arbeitsstation 10 mit einer Elektrode 140 des zweiten Typs (siehe 8 und 9) zur Herstellung einer Schaufelscheibe mit vorkonturierten Schaufelfußausnehmungen und eine Arbeitsstation 10 mit einer Elektrode 40 des ersten Typs (siehe 1-7) zur Herstellung einer Schaufelscheibe mit endkonturierten Schaufelfußausnehmungen, können auch zu einer Anlage zum elektrochemischen Bearbeiten einer Schaufelscheibe kombiniert werden. Mittels einer solchen Anlage mit wenigstens zwei Arbeitsstationen können in einer Schaufelscheibe endkonturierte Schaufelfußausnehmungen hergestellt werden, ohne dass hierzu mechanische Bearbeitungsmethoden eingesetzt werden müssen, bei denen eine hohe Gefahr geometrischer Abweichungen bei der Endkontur bestehen.
Bezugszeichenliste

10: Arbeitsstation
12: Werkstück (Schaufelscheibe)
14: Basisstruktur
16: Vertikalträger
18: Horizontalträger
20: Werkstückhalterung
22: Axialträger
24: Modul
26: Sockel
28: Modulgrundkörper
30: Modulbasisabschnitt
32: Seitenträger
34: Elektrodenträgeranordnung
36: Trägerrahmen
38: Elektrodenrahmen
40,140: Elektrode
42: Festkörpergelenk
44: Gleitträger
45: Gleitlager
46: Antriebsvorrichtung
48: Schaufelfußausnehmung
50: Exzenterantrieb
51: Torsionsmotor
52: Wippenelement
54: Endabschnitt
55: Festkörpergelenk
56: Endabschnitt
57: Festkörpergelenk
58: Wippenlager
60: Vorkontur
62: Endkontur
64,164: erste Spülkammer
66,166: zweite Spülkammer
68: Tastvorsprung
141: Elektrolytzuführung
BR1: erste Bearbeitungsrichtung
BR2: zweite Bearbeitungsrichtung
LR: Längsrichtung Schaufelfußausnehmung
MZ: Moduldrehachse
WDA: Werkstückdrehachse
ZA: Zustellachse
X,Y,Z: Hauptrichtungen (orthogonal zueinander)

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

EP 3015210 A2 [0002]

Claims

Arbeitsstation (10) zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks (12), insbesondere eines rotationssymmetrischen Werkstücks, mit mehreren Ausnehmungen, umfassend eine Basisstruktur (14); ein an der Basisstruktur (14) befestigtes Modul (24), das dazu eingerichtet ist, das Werkstück (12) elektrochemisch zu bearbeiten, wobei das Modul (24) einen Modulgrundkörper (28) aufweist, der relativ zur Basisstruktur (14) um eine Moduldrehachse (MZ) drehbar ist; eine an der Basisstruktur (14) befestigte Werkstückhalterung (20), an der das Werkstück (12) befestigbar oder befestigt ist, wobei die Werkstückhalterung (20) relativ zur Basisstruktur (14) entlang einer zur Moduldrehachse (MZ) parallelen Zustellachse (ZA) beweglich ist; wobei das Modul (24) eine Elektrodenträgeranordnung (34) aufweist, die mit dem Modulgrundkörper (28) derart gekoppelt ist, dass die Elektrodenträgeranordnung (34) gemeinsam mit dem Modulgrundkörper (28) um die Moduldrehachse (MZ) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenträgeranordnung (34) einen Trägerrahmen (36) und einen Elektrodenrahmen (38) aufweist, wobei an dem Elektrodenrahmen (38) wenigstens eine Elektrode (40) lösbar befestigt ist, wobei die Elektrodenträgeranordnung (34), insbesondere der Trägerrahmen (36) und der Elektrodenrahmen (38), relativ zum Modulgrundkörper (28) translatorisch in eine erste Bearbeitungsrichtung (BR1) beweglich ist, und wobei der Elektrodenrahmen (38) relativ zum Trägerrahmen (36) oszillierend in eine zweite Bearbeitungsrichtung (BR2) beweglich ist, wobei die erste Bearbeitungsrichtung (BR1) und die zweite Bearbeitungsrichtung (BR2) in einem Winkel von etwa 45° bis etwa 90° zueinander ausgerichtet sind, und orthogonal zur Moduldrehachse (MZ) sind.
Arbeitsstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenrahmen (38) gelenkig mit dem Trägerrahmen (36) verbunden ist, insbesondere durch wenigstens zwei Festkörpergelenke (42) mit dem Trägerrahmen (36) verbunden ist.
Arbeitsstation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägerrahmen (36) ein Exzenterantrieb (50,) vorgesehen ist, dessen Exzenterwelle mit einem ersten Endabschnitt (54) eines Wippenelements (52) verbunden ist, wobei das Wippenelement (52) mit einem zweiten Endabschnitt (56) mit dem Elektrodenrahmen (38) verbunden ist, und wobei das Wippenelement (52) in einem zwischen dem ersten Endabschnitt (54) und dem zweiten Endabschnitt (56) befindlichen Mittelabschnitt (58) mit dem Trägerrahmen (36) verbunden ist.
Arbeitsstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterantrieb (50) einen Torsionsmotor (51) umfasst.
Arbeitsstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (40; 140) eine Außenkontur eines ersten Elektrodentyps aufweist, die im Wesentlichen einer in dem Werkstück (12) herzustellenden Endkontur (62) einer Ausnehmung (48), insbesondere Profilnut, entspricht, oder die eine Außenkontur eines zweiten Elektrodentyps aufweist, die im Wesentlichen einer in dem Werkstück (12) herzustellenden Vorkontur (60) einer Ausnehmung (48), insbesondere Profilnut, entspricht.
Arbeitsstation nach Anspruch 5, dass sie dazu eingerichtet ist, dass eine Amplitude der oszillierenden Bewegung der Elektrode (40) des ersten Elektrodentyps in Abhängigkeit des elektrochemischen Abtrags von Material des Werkstücks (12) einstellbar bzw. regelbar ist, derart, dass die Amplitude mit zunehmendem Materialabtrag größer wird.
Arbeitsstation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Außenkontur der Elektrode (40) des ersten Elektrodentyps und einer im Werkstück bereits vorhandenen Vorkontur (60) der Ausnehmung (48) vor dem Beginn einer oszillierenden elektrochemischen Bearbeitung bei weniger als oder gleich etwa 0,1mm liegt.
Arbeitsstation nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (40) des ersten Elektrodentyps entlang der ersten Bearbeitungsrichtung (BR1) in eine im Werkstück (12) bereits vorhandene Vorkontur (60) einer Ausnehmung (48) einführbar ist, wobei die Elektrode (40) bezogen auf die Einführrichtung (BR1) an einem vorderen Bereich einen Tastvorsprung (68) aufweist.
Arbeitsstation nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsstation (10) dazu eingerichtet ist, mittels des Tastvorsprungs (68) die Relativstellung der Elektrode (40) des ersten Elektrodentyps zu einer im Werkstück (12) bereits vorhandenen Vorkontur (60) der Ausnehmung (48) vor dem Einführen der Elektrode (40) zu bestimmen und bedarfsweise anzupassen, so dass die Elektrode (40) mit ihrer Außenkontur im Wesentlichen zentriert zur Vorkontur (60) eingeführt werden kann.
Arbeitsstation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (140) des zweiten Typs dazu eingerichtet ist, mittels elektrochemischer Bearbeitung eine Vorkontur (60) einer Ausnehmung (48), insbesondere einer Profilnut, in einem noch massiven Abschnitt des Werkstücks (12), wobei die Elektrode (140) des zweiten Typs entlang der ersten Bearbeitungsrichtung (BR1) relativ zum Werkstück bewegt, insbesondere vorgetrieben wird.
Anlage zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere eines rotationssymmetrischen Werkstücks, mit mehreren Ausnehmungen, umfassend wenigstens eine erste Arbeitsstation (10) nach Anspruch 10 und wenigstens eine zweite Arbeitsstation (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Anlage vorzugsweise dazu eingerichtet ist, ein Werkstück (12) von der ersten Arbeitsstation zur zweiten Arbeitsstation zu transportieren, insbesondere mittels einer zugeordneten Transporteinrichtung.
Verfahren zur Herstellung einer Endkontur einer Ausnehmung in einem insbesondere rotationssymmetrischen Werkstück, insbesondere einer Schaufelfußausnehmung in einer Schaufelscheibe (12) einer Gasturbine, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Werkstücks, insbesondere einer Schaufelscheibe (12), mit wenigstens einer an dessen Umfangsrand ausgebildeten Ausnehmung (48), die eine mit einem Aufmaß versehene Vorkontur (60) aufweist; b) Ausrichten einer Elektrode (40) in Abhängigkeit von Messwerten, die an der Vorkontur (60) erfasst werden, c) Einführen der Elektrode in die vorkonturierte Ausnehmung (48) entlang einer ersten Bearbeitungsrichtung (BR1), die im Wesentlichen einer Längsrichtung (LR) der Ausnehmung (48) entspricht, wobei die Längsrichtung (LR) bezogen auf das Werkstück (12) parallel oder geneigt zu dessen Axialrichtung verläuft; d) Oszillierendes Bewegen der Elektrode (40) in der Ausnehmung (48) entlang einer zweiten Bearbeitungsrichtung (BR2), die zur ersten Bearbeitungsrichtung (BR1) in einem Winkel von etwa 45° bis 90° ausgerichtet ist, wobei beim oszillierenden Bewegen quer zur Längsrichtung (LR) der Ausnehmung (48) abwechselnd Material derjenigen Seite der Vorkontur (60) abgetragen wird, die näher an der oszillierenden Elektrode (40) angeordnet ist, bis die Endkontur (62) der Ausnehmung (48) hergestellt ist, e) Entfernern der Elektrode (40) entlang der ersten Bearbeitungsrichtung (BR1) aus der Ausnehmung (48) mit der hergestellten Endkontur (62).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Schritte b) bis e) wiederholt werden für jede entlang des Umfangs des Werkstücks, insbesondere der Schaufelscheibe (12), vorhandene Ausnehmung (48) mit ihrer Vorkontur (60).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei nach dem Schritt e) jeweils das Werkstück, insbesondere die Schaufelscheibe (12), relativ zur Elektrode (40) gedreht wird bis eine weitere, insbesondere benachbarte Ausnehmung (48) mit Vorkontur (60) in der zur Durchführung der Schritte b) bis e) passenden Position angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Schritt a) insbesondere das Herstellen der Ausnehmungen (48) mit ihrer jeweiligen Vorkontur (60) mittels eines elektrochemischen Bearbeitens von massiven Umfangsabschnitten des Werkstücks, insbesondere der Schaufelscheibe (12), enthält, wobei das elektrochemische Bearbeiten mit einer anderen Elektrode (140) durchgeführt wird und wobei die andere Elektrode (140) entlang einer bzw. der ersten Bearbeitungsrichtung (BR1) bewegt wird, die im Wesentlichen einer Längsrichtung (LR) der herzustellenden Ausnehmung (48) entspricht, wobei die Längsrichtung (LR) bezogen auf das Werkstück, insbesondere die Schaufelscheibe (12), parallel oder geneigt zu dessen bzw. deren Axialrichtung verläuft.