DE19938462A1

DE19938462A1 - Verfahren zum Steuern von elektrochemischem Bohren

Info

Publication number: DE19938462A1
Application number: DE19938462A
Authority: DE
Inventors: Mark Joseph Gleason; Barry Thomas Malone; Terri Kay Brown; Darrin Lee Smith; Brian K Howell; Jason Scott Mogle; Edwin Douglas Tyler; Michael Don Simcox
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2000-03-02
Also published as: ITMI991556A1; ITMI991556A0; IT1315777B1; US6103094A

Abstract

Zum elektrochemischen Bohren eines Loches vollständig durch ein Werkstück hindurch schlägt die Erfindung vor, eine Leistungsversorgung in einem Stromregelmodus zu betreiben. Zunächst wird eine hohle Kathode neben einem Werkstück angeordnet, in das ein oder mehrere Löcher gebohrt werden soll. Ein Elektrolyt wird durch die Kathode hindurch und gegen das Werkstück geleitet. Zwischen der Kathode und dem Werkstück und durch den Elektrolyten hindurch wird ein konstanter elektrischer Strom erzeugt. Dann wird die Kathode mit einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung auf das Werkstück vorgeschoben, um das eine oder die mehreren Löcher zu bohren, während der Elektrolytenfluß und der Strom im wesentlichen konstant gehalten werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrochemische Bohrverfahren und insbesondere auf eine Anwendung von einem steuerbaren elektrochemischen Bohrverfahren für irgendein Produkt, das mit elektrochemischem Bohren bearbeitet wird.

Wenn elektrochemisch eine Anzahl von Löchern durch eine Werkstück oder Werkstücke von gleichförmiger Dicke gebohrt wird, wird der Bohrvorgang üblicherweise gestoppt, wenn ei ne vorgewählte Tiefe der Bewegung der Bohrkathode aufgetre ten ist. Dies ist effektiv, wenn es eine präzise Lage von allen Werkstücken in exakt der gleichen Position gibt oder wenn die Ausgangsfläche für die Kathode immer in exakt der gleichen Position in bezug auf den Vorschub der Kathode ist. Jedoch bewirken Unterschiede in der Abmessung der Werkstücke, die aus zulässigen Toleranzen resultieren, daß die Durchbruchsfläche nicht immer an der gewünschten Stelle für die Kathode ist, um die geeignete Fläche am Ausgangsen de von dem Loch zu bilden, das gebohrt wird. Dieses Problem wird besonders schwierig, wenn Löcher durch einen hohlen Körper gebohrt werden, wie beispielsweise eine Leit- oder Laufschaufel von einer Turbine, da der Toleranzaufbau ver doppelt wird durch die variierende Abmessung der äußeren Schaufeloberfläche, auf der die Schaufel während des Bohr vorganges gehaltert ist, und der Toleranz in der Dicke der Wand, die gebohrt werden soll.

In der Vergangenheit sind eine Anzahl von elektrochemischen Bearbeitungsverfahren beschrieben und entwickelt worden. Eine elektrochemische Bearbeitung beinhaltet die Verwendung von einem Werkzeug in der Form einer Düse, die kathodisch gemacht ist und die mit einem anodischen Werkstück durch einen Elektrolyten zusammenarbeitet, der sowohl mit dem Werkzeug als auch dem Werkstück in Kontakt ist. Wenn ein elektrischer Strom durch den Elektrolyten fließt, wird Ma terial von dem Werkstück entfernt oder deplatiert. Diese Verfahren sind in einem großen Umfang beim Bohren von Lö chern mit kleinem Durchmesser in Metall verwendet worden, die mechanisch schwierig zu bohren sind.

Bisher haben sich Bedienungspersonen von elektrochemischen Maschinen darauf gestützt, die Leistungsversorgung manuell einzustellen, um eine konstante Spannungsabgabe aus der Leistungsversorgung beizubehalten, um eine Reihe von Lö chern mit übereinstimmender Größe von Teil zu Teil zu boh ren, wodurch während des Bohrvorganges eine konstante Span nung angelegt wurde. Jedoch haben Änderungen in der Leitfä higkeit des Elektrolyten, die durch Temperatur-, Konzentra tions- und Kontaminationsschwankungen hervorgerufen werden, Änderungen in der Amperezahlabgabe für eine gegebene Span nung zur Folge. Da die Materialmenge, die in einem elektro chemischen Verfahren beseitigt wird, direkt von der Ampere zahl abhängig ist und deshalb nur indirekt von der Spannung abhängig ist, haben Änderungen in der Amperezahl unter schiedliche Lochgrößen zur Folge. Obwohl Bedienungspersonen der Maschinen die Spannung einstellen, um die sich ändern den Lochgrößen zu kompensieren, kann dies im allgemeinen nicht getan werden, bevor die Löcher bereits gebohrt und gemessen worden sind.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Änderungen in der Größe gebohrter Löcher zu verkleinern, die durch Leit fähigkeitsänderungen des Elektrolyten hervorgerufen werden.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das die Notwendigkeit zum Steuern der Temperatur, Konzentration und Kontamination des Elektrolyten so eng zu steuern, wie es gegenwärtige Verfahren erfordern, elimi niert, während gleiche Resultate erzielt werden.

Es ist auch Aufgabe der Erfindung, den Maschinenbetrieb zu vereinfachen, indem manuelle Einstellungen zur Spannungs steuerung eliminiert werden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren geschaffen zum Steuern des elektrochemischen Bohrverfahrens, indem eine konstante Amperezahl zugeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren überwacht und steuert den Strom anstelle der Spannung, um Löcher elektrochemisch zu bohren. Das Verfahren stellt si cher, daß die Stromabgabe aus der Leistungsversorgung zur Bohrmaschine unter allen Zuständen und Bedingungen konstant ist. Anstelle der Verwendung eines Spannungsregelmodus aus der Leistungsversorgung, um eine spezielle Lochgröße zu bohren, arbeitet die Leistungsversorgung in einem Stromre gelmodus.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird erfindungsgemäß vor geschlagen, beim elektrochemischen Bohren eines Loches in oder durch ein Werkstück die Leistungsversorgung in einem Stromregelmodus zu betreiben. Zunächst wird eine hohle Ka thode neben einem Werkstück angeordnet, in das ein oder mehrere Löcher gebohrt werden sollen. Dann läßt man einen Elektrolyten durch die Kathode und gegen das Werkstück strömen. Zwischen der Kathode und dem Werkstück und durch den Elektrolyten hindurch wird ein konstanter elektrischer Strom zugeführt. Dann wird die Kathode mit einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung auf das Werkstück zum Bohren von dem einen oder mehreren Löchern vorgeschoben, während der Elektrolytenfluß und der Strom in wesentlichen konstant gehalten werden.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und den Zeichnungen von Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Darstellung von einem typischen elektro chemischen Bohrverfahren;

Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm und stellt ein bekanntes Verfahren zum Steuern des elektrochemischen Bohr verfahrens gemäß Fig. 1 dar; und

Fig. 3-5 sind schematische Blockdiagramme, die das er findungsgemäße Verfahren zum Steuern des elektrochemischen Bohrverfahrens darstellen.

Die Erfindung ist auf jedes Produkt anwendbar, das mit ei nem elektrochemischen Bohrverfahren bearbeitet werden soll. Elektrochemische Bohrverfahren sind bekannt, aber bisher wurde die Leistungsversorgung so eingestellt, daß eine kon stante Spannungsabgabe aus der Leistungsversorgung beibe halten wurde, um eine Reihe von Löchern mit übereinstimmen der Größe von Teil zu Teil zu bohren. Gemäß der Erfindung stellt das gleiche elektrochemische Bohrverfahren die Lei stungsversorgung so ein, daß eine konstante Amperezahl bei behalten wird, um eine Reihe von Löchern mit übereinstim mender Größe von Werkstück zu Werkstück zu bohren.

In Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm gezeigt, um die Übertragung von elektrischer Energie in elektrochemische Energie darzustellen. In Fig. 1 hält eine Halterung 10 ein Werkstück 12 in seiner Lage. Das Werkstück 12 ist eine An ode mit einer positiven Ladung, und eine Glasdüse 14 mit einem Draht 16 ist eine Kathode mit einer negativen Ladung, die einer Leistungsversorgung 18 zugeordnet sind. Eine ge ladene saure Lösung oder ein Elektrolyt 20 wird durch eine Pumpe 22 durch die Glasdüse 14 gepumpt und auf das Werk stück 12 gerichtet. Die elektrochemische Reaktion löst (durch Oxydation) Material (d. h. das Werkstück 12) vor der Glasdüse. Die Düse 14 "folgt" dem Loch mit der Vorschubge schwindigkeit, d. h. der Geschwindigkeit bzw. Rate, mit der das Material des Werkstückes 12 gelöst wird.

Beim Stand der Technik stützten sich Bedienungspersonen für elektrochemische Bohrmaschinen, die ein Verfahren verwende ten, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, auf eine manuelle Einstellung der Leistungsversorgung 18, um eine konstante Spannungsabgabe aus der Leistungsversorgung 18 beizubehal ten, wie es in dem schematischen Blockdiagramm gemäß Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 2 arbeitet die Gleichspannungs versorgung in einem Spannungsregelmodus. Die Bedienungsper son stellt die Leistungsversorgung 18 für die Bohrmaschine 24 so ein, daß eine konstante Spannungsabgabe, gemessen durch das Voltmeter 26, beibehalten wird. Die Bedienungs person kann eine gewünschte Spannungsabgabe dadurch errei chen, daß sie einen externen Stellwiderstand 28, der mit der Leistungsversorgung 18 verbunden ist, manuell verän dert.

Gemäß der Erfindung wird das elektrochemische Bohrverfah ren, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, überwacht und mit einem konstanten Strom, nicht Spannung, gesteuert, um Lö cher elektrochemisch zu bohren. Für den Fachmann ist klar, daß das tatsächliche Verfahren zum Steuern der Amperezahl im Rahmen der hier gegebenen erfindungsgemäßen Lehre unter schiedlich sein kann, die darin besteht, den Strom für das elektrochemische Bohrverfahren zu regeln.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren ge mäß Fig. 3 stützt sich darauf, daß der Maschinenoperator die Stromabgabe aus der Leistungsversorgung überwacht und die Abgabe an die Bohrmaschine manuell steuert. In Fig. 3 arbeitet die Gleichstrom-Leistungsversorgung 18' in einem Stromregelmodus. Die Bedienungsperson stellt die Leistungs versorgung 18' für die Bohrmaschine 24 so ein, daß eine konstante Stromabgabe, gemessen durch eine Amperemeter 30, beibehalten wird. Die Bedienungsperson kann eine gewünschte Stromabgabe dadurch erzielen, daß sie einen externen Stell widerstand 28, der mit der Leistungsversorgung 18' verbun den ist, manuell verändert.

Alternativ benötigen die in den Fig. 4 und 5 dargestell ten Anordnungen keinen Eingriff durch eine Bedienungsper son. In Fig. 4 arbeitet die Gleichspannungsversorgung 18' in einem Stromregelmodus. Die Bedienungsperson überwacht die Leistungsversorgung 18' an der Bohrmaschine 24 in Am pere, wie sie von dem Amperemeter 30 gemessen werden. Je doch weist die Leistungsversorgung 18' eine interne Regel schaltung 32 auf, wie beispielsweise ein Amperemeter 34 in Reihe mit einem Stellwiderstand 36, die einen konstanten Strom abgeben kann. Somit liefert die Leistungsversorgung 18' einen konstanten Strom an die Bohrmaschine 24 ohne Ein griff durch eine Bedienungsperson.

In ähnlicher Weise ist in Fig. 5 kein Eingriff durch eine Bedienungsperson erforderlich, um eine konstante Amperezahl an die Bohrmaschine 24 beizubehalten. In Fig. 5 überwacht ein Operator die Ausgangsgröße der Leistungsversorgung 18' an der Bohrmaschine 24 in Ampere. Jedoch verändert ein ex ternes steuerndes Amperemeter 30' den Widerstand 28 entwe der elektrisch oder mechanisch, um eine konstante Stromab gabe zu erreichen.

Claims

1. Elektrochemisches Bohrverfahren unter Verwendung einer elektrochemischen Bohrmaschine (24), wobei eine isolie rende hohle Kathode (14, 16) in einem engen Abstand zu einem anodisch aufgeladenen Werkstück (12) angeordnet wird, die isolierende hohle Kathode (14, 16) und das an odisch aufgeladene Werkstück (12) eine zugeordnete Lei stungsversorgung haben und ein gut leitfähiger Elektro lyt (20) durch die Kathode (14, 16) hindurchgeleitet und kathodisch geladen wird und auf das Werkstück (12) auf trifft, um das Bohren eines Loches einzuleiten, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leistungsversorgung (18') in einem Stromregelmodus betrieben wird,
die Stromabgabe aus der Leistungsversorgung (18') an die Bohrmaschine (24) überwacht wird und
eine konstante Stromabgabe von der Leistungsversorgung (18') an die Bohrmaschine (24) beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler der Leistungsversorgung (18) zur Aufrechter haltung einer konstanten Amperezahl gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Amperemeter (30) die Stromabgabe aus der Leistungs versorgung (18') mißt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabgabe aus der Leistungsversorgung (18') über wacht wird und die Ausgangsgröße der Leistungsversor gung (18') an der Bohrmaschine (24) manuell eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabgabe aus der Leistungsversorgung (18') manu ell überwacht wird und eine interne Regeleinrichtung (32) in der Leistungsversorgung (18') verwendet wird, um einen konstanten Strom an die Bohrmaschine (24) ab zugeben.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die interne Regeleinrichtung (32) ein Amperemeter (34) in Reihe mit einem Stellwiderstand (36) aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabgabe aus der Leistungsversorgung (18') manu ell überwacht und eine externe Regeleinrichtung (30'), die der Leistungsversorgung (18') zugeordnet ist, ver wendet wird, um einen konstanten Strom an die Bohrma schine (24) abzugeben.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Regeleinrichtung ein Amperemeter (30') zum elektrischen Verändern eines Stellwiderstandes (28) aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Regeleinrichtung ein Amperemeter (30') zum mechanischen Verändern eines Stellwiderstandes (28) aufweist.

10. Verfahren zum elektrochemischen Bohren eines Loches vollständig durch ein Werkstück (12) hindurch, gekenn zeichnet durch:
Positionieren einer hohlen Kathode (14, 16) neben dem Werkstück (12),
Leiten eines Elektrolyten (20) durch die Kathode (14, 16) hindurch und gegen das Werkstück (12),
Zuführen eines konstanten elektrischen Stroms zwischen der Kathode (14, 16) und dem Werkstück (12) durch den Elektrolyten (20) hindurch und
Vorschieben der Kathode (14, 16) mit einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung auf das Werkstück (12) zum Bohren des Loches, während der Fluß des Elektrolyten (20) und der Strom im wesentlichen konstant gehalten werden.