DE1540772C3 - Verfahren und hohle Elektrode zum elektrolytisch abtragenden Herstellen von Ausnehmungen in der Seitenwand eines in einem metallischen Werkstück vorhandenen Kanals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine hohle Elektrode zum elektrolytisch abtragenden Herstellen von Ausnehmungen in der Seitenwand eines in einem metallischen Werkstück vorhandenen Kanals, in dem eine hohle, am vorderen Ende verschlossene Elektrode mit einer elektrisch isolierenden Schicht auf der'Außenfläche und mindestens. einer, seitlichen Elektrolyt-Austrittsöffnung -ortsfest angeordnet wird, wobei der Elektrolyt unter Druck in das Elektrodeninnere eingeführt wird.' ^:: '

Ein Verfahren der vorgenannten' Art ist aus der Zeitschrift »Machinery«, März 1963, Bd/69, Nr. 7, Seite 73 bis 80 bekannt; das eine Anwendung und eine Weiterentwicklung des aus der XJSA.-Patentschrift 3 058 895 bekannten Anocut-Verfahrens darstellt. Das in der vorgenannten Zeitschrift beschriebene Verfahren wird zum Abtragen von Material von einem Flächenbereich zur Herstellung gewünschter Konturen und Formen, wie sie auf andere ■Weise nicht herstellbar sind, und zum Herstellen von Vertiefungen verschiedener Formen in Hohlräumen, beispielsweise von Nuten in einem in dem Werkstück bereits vorhandenen Kanal angewendet. Im letzteren Fall trägt die hohle und an dem Ende verschlossene Elektrode, die in dem Kanal angeordnet wird, wenigsiens eine seitliche Öffnung, die auf den abzutragenden Kanalbereich gerichtet ist. Die den übrigen nicht abzutragenden Kanalbereichen zugewandten Elektrodenflächen sind durch eine Isolierschicht abgedeckt. Das die seitliche Öffnung umgebende Elektrodenmaterial ist nicht mit dem Isoliermaterial bedeckt und es steht in einigen Fällen über die übrige Elektrodenflache um die Dicke des Isoliermaterials erhaben vor, so daß die Oberfläche des die Öffnung umgebenden Elektrodenmaterials bündig mit der äußeren Isolierschicht ist. Bei einem Vorschub dieser Elektrode in dem Kanal läßt sich auf diese Weise eine Nut in der Kanalwänd herstellen. Die übrigen Bereiche der Bohrung bleiben unbeeinflußt, da in diesen Bereichen die Elektrode isoliert ist. Der Elektrolyt tritt bei diesem Verfahren mit einem Druck von etwa 14 kp/cm² aus der Elektrodenöffnung aus, wobei eine Spannung von etwa 10 Volt zur Anwendung kommt.

Während zum Abtragen von mehr oder weniger

großflächigen Wandbereichen mit diesem Verfahren ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden, ist dieses Verfahren nicht dazu geeignet, in einer Bohrung einen quer zu der Bohrungsachse verlaufenden Zweigkanal mit geringem Durchmesser herzustellen. Bei stillstehender Elektrode wird zwar der der seitlichen Elektrodenöffnung gegenüberliegende Wandbereich abgetragen, da jedoch das die Elektrodenöffnung umgebende Elektrodenmaterial nicht isoliert ist, ist das Abtragen eines auf den gewünschten kleinen Durchmesser begrenzten Bereiches von der Wand nicht sichergestellt. Es wird vielmehr ein größerer, vorher nicht genau bestimmbarer Bereich erfaßt, so daß ein Zweigkanal sowohl . größer im Durchmesser wird als auch einen stark trichterförmigen Anfang erhält. ...,.

Das Herstellen von Bohrungen mit¹·'geringem

. Durchmesser durch, elektrolytisches Abtragen ist in »The Review of Scientific Instruments« Bd. 26, Nr. 10, Oktober 1955, Seite 965 bis 968 beschrieben. Die bei diesem Verfahren verwendete Elektrode besteht aus elektrisch nicht leitendem Material. Sie ist hohl und an ihrem Ende offen. Der Elektrolyt wird durch das offene Elektrodenende mit geringem Druck auf das zu bearbeitende Werkstück geleitet. Bei konstantem Elektrodenvorschub wird eine Bohrung mit konstantem Durchmesser hergestellt. Eine Erhöhung des Elektrolytdruckes verhindert an der Elektrodenspitze eine Gasbildung und damit eine Unterbrechung des Ionenflusses. Auf diese Weise ist eine Erhöhung der

,,-: Materialabtragurig erzielbar. Die bei diesem Verfah-

ren zur Anwendung kommende Spannung ist mit 10 bis einigen 100 Volt angegeben. Durch dieses Verfahren sind jedoch nur Bohrungen bzw. Kanäle in Vorschubrichtung der Elektrode herstellbar. Ein Ausbilden von Zweigkanälen ist mit diesem bekannten Verfahren nicht möglich.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Zweigkanals zu schaffen, der von einem vorhandenen Kanal in einem metallischen Körper ausgeht und sich vollständig in dem metallisehen Körper zwischen den Enden des vorhandenen Kanals befindet.
Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieser Auf-

. gäbe darin, daß zum Herstellen eines Zweigkanal·

der Elektrolyt mit .einem Druck von etwa2 bis kann. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform is.t

2,8 kp/cm² aus der seitlichen öffnung der Elektrode ein dielektrischer Stopfen 24 α'eingesetzt, "der sowohl

auf die Kanalwand gerichtet wird, daß zwischen der das Ende' der' Elektrode ^erschließt'als 'auch 'eine

bis ari den Rand der _tÖffnung reichenden' Isolier- elektrische' ßarriere darstellt,'.während in" der in

schicht und der Kanalwand ein Spalt .yqn' etwa 0,125 5 F i g. 3 ,gezeigten Ausführungs'form "ein dielektrischer

bis 0,5 mm aufrechterhäiten wird und daß '.an die Überzug'24 die Elektrode',einschließlich ihres Endes

Elektrode in an sich bekannter Weise eine'gegenüber vollständig umhüllt. So besteht¹ die Elektrode "aus

'dem Werkstück negative Spannung vqn etwa 18 bis einem"hohlen Körper mit einem"elektrisch'leitfähigen

'25 Volt angelegt wird. '" ""' ' "'' ''""" inneren Teil '"Xj, der' 'auf 'seiner " Außenfläche mit

Durch die Erfindung ist es nun niöglich, beispiels- io einem dielektrischen Material 24 bedeckt'ist und der

weise in einer .Gasturbinenschaüfei yöri den von der ' ' in der Seitenwand ,öffnungen,'"?:. B. 18, 20, 22 usw.,

Schaufelspitze zu dem .Sciiaufelfuß verlaufenden, zur besitzt, die es ermöglicnen, daß der in das hohle In-

Leitung ,eines Kühlmediums ^dienenden Längskanälen . nere 19 eingeleitete, unter Dnick stehende Elektrolyt

zusätzliche Zweigkanäle'herzustellen,"die eine erheb- nach außen gedrückt wird. "'* ' ^;" """" ^r'"" " ' "' ^:i

Hch wirkungsvollere Schaufelkühlung ermöglichen, ig ^u In den 'Fällen, in.denen die Elektrode ein großes

Brst die bis'.an den Rand der seitliQhen Elektrolyt- "' Längeri-Durchmesserverhältriis hat und viele seitliche

'Austrittsöffnung' reichende 'Isolierschicht ermöglicht öffnungen aufweist, sind 'die' Öffnungen in der Sei-

gemeinsäm mit","dem" geringen Spalt zwischen der Iso- teiiwahd der Elektrpde um so größer," je näher .sie'an

lierschicht und der ,Kanalwand ein gezieltes Abtragen eiern geschlossenen Ende der' hohlen Elektrode an-

des Materials in dem gereich',des gewünschten 20 geordnet sind. Oemäß F i g." 3 sind die Öffnungen 22

Zweigkänals. '" '"" ' '""" kleiner als ,die Öffnungen22a", und die Öffnungen

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Er- '22 ά wiederum s.ind kleiner als die .Öffnungen 22 b,

;findung, und zwar ist'."' "'"' " '" die dem Elektrodenende "23 am "nächsten "liegeri; Es

"Fig. 1 eine .perspektivische Teilschnittansicht hat sich nämlich .hefausgestellt,' daß infolge des sich

e^ner Turbinenschaufel, die im'Inneren "ein Netzwerk 25 verändernden ' Hüssigkeitsdruckes "beim '.Dürchströ-

vqn Kanälen für das Kühlmedium besitzt, " " ' men des Elektrolyten durch das Innere'der Elektrode

"Fig. 2 und 3 Teilschnittansichten von Elektroden ^u dem ,Ende 23 hin diese .yergfößenirig der ,Öffnun-

sowie '"" gen in der Seitenwand erforderlich "ist;"um'gieicnzei-

F i g. 4 eine perspektivische Teilschnittansicht der tig Zweigkanäle mit gleichem Durchmesser herzustel-

Hohlelektrode bei der Herstellung eines Zweigka- 30 len. Wenn eine extreme Genauigkeit für den Durch-

nals. messer der Zweigkanäle verlangt wird, dann kann

F i g. 1 zeigt eine Ansicht des Kopfteiles einer mit statt gruppenweise jede nächstfolgende öffnung zum

10 bezeichneten Turbinenschaufel. In Längsrichtung Elektrodenende hin größer als die vorhergehende

von der Spitze bis etwa zum Fuß durch die Schaufel Öffnung sein, um den Druckverhältnissen genauer zu

verlaufende Kanäle 12 dienen zur Führung eines 35 entsprechen. In den meisten Anwendungsfällen

Kühlmediums. In dieser Ausführungsform sind die reicht es jedoch aus, die Öffnungen gruppenweise zu

Kanäle zylindrisch. Verzweigungen oder Querkanäle vergrößern.

14 verbinden die Längskanäle 12 untereinander. In Bei einem Elektrolytdruck von etwa 2,8 kp/cm²

einem Ausführungsbeispiel sind die Zweigkanäle und einer Spannung von etwa 25 Volt können mit

etwa 2,5 mm lang, und sie haben einen Durchmesser 40 einer Elektrode, deren Außendurchmesser etwa

von etwa 1,5 mm. 2,5 mm beträgt, Zweigkanäle bis zu etwa 1,3 mm

Die Zweigkanäle 14 in der in F i g. 1 dargestellten schnell hergestellt werden. Benutzt man jedoch zwei Turbinenschaufel können einzeln unter Verwendung Elektroden, von denen je eine in einen Längskanal einer in F i g. 2 gezeigten Elektrode 16 hergestellt 12 der in F i g. 1 gezeigten Turbinenschaufel anwerden. Die Elektrode 16 hat eine einzige seitliche 45 geordnet ist, und sind die seitlichen Öffnungen die-Öffnung 18, aus der der Strom eines Elektrolyten aus ser Elektroden zueinander hin gerichtet, dann köndem hohlen Inneren 19 der Elektrode im wesentli- nen Zweigkanäle 14 bis zu etwa 2,5 mm Länge ohne chen rechtwinklig zu der Achse der Elektrode aus- eine konische oder trichterförmige Ausbildung in der tritt. Wahlweise kann die Elektrode 16 aber auch Seitenwand der Längskanäle 12 hergestellt werden, eine einzelne seitliche Öffnung 20 haben, die den 50 . Bei sehr kleinen seitlichen öffnungen in der Elek-Elektrolytstrom unter einem anderen als rechten trode sind höhere Drücke des Elektrolyten erforder-Winkel zur Achse der Elektrode austreten läßt. In lieh. Es hat sich herausgestellt, daß bei Elektrodeneiner weiteren, in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform öffnungen von etwa 0,25 mm ein Mindestdruck des hat eine Elektrode 23 mehrere seitliche öffnungen Elektrolyten von etwa 2,8 kp/cm² erforderlich ist. 22, 22 α und 22 b. Mit dieser Elektrode 23 können 55 Für Elektrodenöffnungen von etwa 0,5 mm ist ein gleichzeitig mehrere Zweigkanäle 14 hergestellt wer- Elektrolytdruck von etwa 2,0 bis 2,3 kp/cm² erforden. Die Elektroden besitzen eine äußere Oberfläche derlich. Es wurde festgestellt, daß der Mindestdruck aus einem dielektrischen Material 24, das beim elek- des Elektrolyten bei etwa 2,0 kp/cm² liegt und daß trolytischen Abtragen als dielektrische Barriere zwi- eine Spannung von wenigstens 18 bis 25 Volt angeschen dem elektrisch leitfähigen Teil der Elektrode 60 legt werden muß, um einwandfreie Ergebnisse zu er- und der benachbarten Oberfläche des Längskanals in zielen. Benutzt man Elektroden mit größeren seitlider zu bearbeitenden Turbinenschaufel 10 dient. Das chen öffnungen, z.B. über 1,3mm, so sind Drücke Ende 23 der Elektrode, das dem Ende gegenüber- erforderlich, die über 2,0 kp/cm² liegen, um dem liegt, durch das der Elektrolyt in das Innere 19 der Elektrolyten zur Vermeidung eines konischen oder Elektrode eingeleitet wird, ist verschlossen, so daß 65 trichterförmigen Beginns des Seitenkanals eine ausder Elektrolyt unter Druck durch die seitliche Öff- reichende Geschwindigkeit zu erteilen und eine ausnung 18 oder 20 in F i g. 2 bzw. durch die seitlichen reichend schnelle elektrolytische Abtragung sicherzuöffnungen 22, 22a und 22 b in Fig. 3 austreten stellen. Bei einem Druck von etwa 1,7 kp/cm² und

einer seitlichen Öffnung in der Elektrode von etwa 1,3 mm ergab sich, daß die konische Ausbildung des Zweigkanalbeginns zu groß war und daß die elektrolytische Materialabtragung zu langsam erfolgte.

Zur Vermeidung von konischen Ausweitungen am Zweigkanalbeginn ist das elektrolytische Abtragen sofort zu beenden, sobald die verlangte Länge des Zweigkanals 14 erreicht ist oder sobald der Zweigkanal 14 den nächsten Längskanal 12 erreicht hat. Werden mehrere Zweigkanäle 14 gleichzeitig hergestellt, die alle in einen benachbarten Längskanal münden sollen, dann kann zur Sicherstellung, daß alle Zweigkanäle voll ausgebildet werden, in dem benachbarten Längskanal ein Kern eingesetzt werden, von dem dann Material an den Mündungen der bereits fertig ausgebildeten Zweigkanäle in der Zeit abgetragen wird, die zur Fertigstellung anderer Zweigkanäle erforderlich ist. Durch diesen Kern wird verhindert, daß Material von der Wand des bereits fertiggestellten Kanals abgetragen und so sein Durchmesser vergrößert oder sein Anfang konisch ausgeweitet wird, während andere Zweigkanäle noch ausgebildet werden. Bei der Verwendung von sehr dünnwandigen Elektroden können, insbesondere dann, wenn nicht rechtwinklig zur Elektrodenlängsachse verlaufende Zweigkanäle hergestellt werden sollen, in die seitliche Elektrodenöffnung Düsen eingesetzt werden, um den Elektrolytstrahl in die gewünschte Richtung zu leiten.

Um ebenfalls eine konische Ausbildung am Beginn des Zweigkanals zu vermeiden, darf das Spiel zwisehen der Elektrodenaußenfläche und der Längskanalinnenwand nicht größer als 0,5 mm sein. Für einen geraden Zweigkanal mit einer minimalen konischen Ausweitung am Zweigkanalanfang sollte dieses Spiel etwa 0,125 mm betragen. Durch das beschrie-

ίο bene Verfahren können gerade Zweig- oder Querkanäle mit sehr geringen konischen Ausweitungen am Anfang in den Stegen oder Trennwänden hergestellt werden, die eine Dicke von etwa 0,025 bis etwa 3 mm haben.

Zur Vermeidung eines Vibrierens der Elektrode beim Austreten des Elektrolyten aus der bzw. den seitlichen Öffnungen und zur Einhaltung des erforderlichen Spiels zwischen der Elektrodenaußenfläche und der Längskanalinnenfläche soll der Elektroden-

ao außendurchmesser nur um den Betrag kleiner als der Längskanalinnendurchmesser sein, der dem erforderlichen Spiel zwischen der Elektrodenaußenfläche und der Längskanalinnenfläche entspricht. Bei der Wahl dieser Abmessungsunterschiede kann sich die Elektrode gegen die Längskanalinnenfläche anlegen, die den herzustellenden Zweigkanal gegenüberliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrolytisch abtragenden Herstellen von Ausnehmungen in der Seitenwand eines in einem metallischen Werkstück vorhandenen ' Kanals, in dem eine hohle, am vorderen Ende verschlossene Elektrode mit einer elektrisch isolierenden Schicht auf der Außenfläche und mindestens einer seitlichen Elektrolyt-Austrittsöffnung ortsfest angeordnet wird, wobei, der Elektrolyt unter Druck in das Elektrodeninnere eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen eines Zweigkanals der Elektrolyt mit einem' Druck von etwa 2 bis 2,8 kp/cm² aus der seitlichen Öffnung der Elektrode auf die Kanalwand gerichtet wird, daß zwischen der bis an den Rand der Öffnung reichenden Isolierschicht und der Kanalwand ein Spalt von etwa 0,125 bis etwa 0,5 mm aufrechterhalten wird und daß an die Elektrode in an sich bekannter Weise eine gegenüber dem Werkstück negative Spannung von etwa 18 bis 25 Volt angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum gleichzeitigen Herstellen mehrerer, von einem vorhandenen Kanal ausgehender Zweigkanäle eine Elektrode mit mehreren, jeweils an den Stellen herzustellender Zweigkanäle angeordneten seitlichen öffnungen benutzt wird.

3. Hohle Elektrode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, die am vorderen Ende verschlossen ist, auf der Außenfläche eine elekr trisch isolierende Schicht und mindestens eine seitliche Elektrolyt-Austrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (16) mehrere seitliche Öffnungen (22, 22 a, 22 b) hat, die um so größer sind, je näher sie dem geschlossenen Elektrodenvorderende (23) liegen, und daß sich die elektrisch isolierende Schicht (24) über die ganze Elektrodenaußenf lache einschließlich dem Vorderende (23) und bis an den Rand der seitlichen Öffnungen (22, 22 a, 22 b) erstreckt.