DE2538653A1 - Elektrolytisches feinbohrverfahren - Google Patents

Description

Elektrolytisches Feinbohrverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrolytisches Feinbohrverfahren zur Herstellung einer großen Anzahl von in ßeihe liegender Bohrungen mit windschiefen (= antiparallelen) Achsen, insbesondere der Kühlluftbohrungen in der Hinterkante einer räumlich verwundenen Turbinenschaufel mittels Eöhrchenelektroden, durch die ein Elektrolytstrom auf das Werkstück gerichtet wird.

Die Ein- und Austrittskanten der Turbinenleit- und laufschaufeln moderner Gasturbinen müssen bei den heute üblichen Temperaturen des Verbrennungsgases intensiv mit Luft gekühlt werden. Dies erfolgt durch Ausblasen der Kühlluft aus einer großen Anzahl feiner Bohrungen, die im Eegelfall in Eeihen angeordnet sind. Zur Herstellung dieser Bohrungen sind verschiedene elektrolytische iPeinbohrverfahren bekannt geworden (siehe z.B. GH-PS 456 798 oder DT-OS 2 135 2o7). Aufgrund der Verwindung der Turbinenschaufeln und der sich daraus ergebenden windschiefen

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Bohrungsachsen kann mit den bekannten Verfahren nur eine geringe Anzahl von Bohrungen (maximal etwa 5 bis 7) gleichzeitig hergestellt werden. Es ist heute Stand der Technik, nach der Durchführung eines derartigen Bearbeitungsschrittes das zu bearbeitende Werkstück, also insbesondere die Turbinenschaufel zu verschieben und zu verdrehen um die nächste Gruppe von Bohrungen im nachfolgenden Bearbeitungsschritt in der richtigen Lage herstellen zu können. Der Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß bei der Herstellung von Turbinenschaufeln, die etwa zwischen 5o und 7o Kühlluftbohrungen aufweisen müssen, sehr große Bearbeitungszeit mit allen für einen Fertigungsprozeß sich daraus ergebenden negativen Folgen benötigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das gattungsgemäße elektrolytisehe Feinbohrverfahren so zu verbessern, daß insbesondere bei der Herstellung von einer großen Anzahl von Bohrungen die Bearbeitungszeit ganz erheblich verkürzt wird, wobei gleichzeitig ein möglichst geringer Aufwand im Hinblick auf Vorrichtungen und Werkzeuge gefordert ist, um mögliche Einsparungen an Bearbeitungszeit nicht durch kostspielige Vorrichtungen wieder zunichte zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen, das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

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a) sämtliche Röhrchenelektroden für alle Bohrungen sind an einem einzigen Elektrolytverteilerkopf befestigt;

b) ein Itihrungsteil, das für jede herzustellende Bohrung eine koaxiale Führungsbohrung für die jeweils betreffende Röhrchenelektrode aufweist, wird auf das Werkstück aufgesetzt;

c) die Vorschubrichtung des Elektrolytverteilerkopfes fällt mit der Winkelhalbierenden zwischen den Achsen der beiden äußersten Bohrungen der ganzen Reihe zusammen.

Der hervorstechendste Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß gleichzeitig sämtliche Bohrungen einer Bohrungsreihe, z.B. 5o bis 60 Bohrungen hergestellt werden können, d.h. die Bearbeitungszeit für 60 Bohrungen nicht größer ist als bislang die für eine einzige bzw. günstigstenfalls die für 5 Bohrungen benötigte Arbeitszeit. Dabei wird diese enorme Verkürzung der Bearbeitungszeit durch vergleichsweise einfache verfahrenstechnische Mittel erreicht, nämlich einmal das Führungsteil, das für jede herzustellende Bohrung eine koaxiale lührungsbohrung aufweist und zum andern einen Elektrolytverteilerkopf, der anstelle einer einzigen Röhrchenelektrode oder wie bisher

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günstigstenfalls einer geringen Anzahl solcher Röhrchenelektroden, die Gesamtzahl der benötigten Röhrchenelektroden, in unserem lall also 60, aufweist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung soll die Länge der Röhrchenelektroden so groß sein, daß bei Erreichen der vollen Bohrtiefe die freie Länge zwischen dem Fixierungspunkt der Röhrchenelektroden am Elektrolytverteilerkopf und der Oberkante des JtiTirungsteils mindestens das 5o-fache des Außendurchmessers der Röhrchenelektroden beträgt. Es hat sich gezeigt, daß ein solcher Zwischenraum zwischen dem die Vorschubbewegung ausführenden Elektrolytverteilerkopf und dem Pührungsteil gerade ausreichend ist, um bei Gesümt- verwindungswinkelnΛ (& von etwa 3 bis 1o° von der ersten Bohrung einer Bohrungsreihe bis zur letzten, wie sie üblicherweise bei Turbinenschaufeln auftreten, die Verbiegung der Röhrchenelektroden nicht zu groß werden zu lassen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll die Halterung der Röhrchenelektroden am Elektrolytverteilerkopf in einem elastischen Material mit einem

ο Elastizitätsmodul von nicht mehr als 5oo kp/mm , wie z.B. einem Zwei-lomponenten-Epoxidharzkleber erfolgen. Diese Maßnahme erlaubt nicht nur eine sehr enge Anordnung der einzelnen Röhrchenelektroden, sondern dient zugleich dazu, die Biege-

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beanspruchung der Eöhrchenelektroden herabzusetzen, bzw. eine größere Gesamtauslenkung der Einzelektroden zuzulassen, da diese nicht wie ein starr eingespannter Stab belastet sind, sondern aufgrund ihrer Halterung in dem elastischen Material bereits an ihrer Wurzel die Sichtung ändern können.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung sollen die Röhrchenelektroden am Elektrolytverteilerkopf in einer solchen Null-Lage (= unverspannte Ruhelage) ausgerichtet sein, daß bei einer Position des Elektrolytverteilerkopfes, die der halben Bohrungstiefe entspricht, keine Verbiegung der Röhrchen auftritt. Durch diese Maßnahme wird die Biegebeanspruchung jeder Röhrchenelektrode automatisch halbiert, wodurch der Gesamtverwindungswinkel von der ersten bis zur letzten Bohrung einer Bohrungsreihe dementsprechend größer sein darf.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen als Röhrchenelektroden Glaskapillaren mit einem Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser das kleiner als 1,5 ist, verwendet werden. Solche Röhrchenelektroden lassen ohne Bruchgefahr eine Verbiegung von etwa - 1o zu, was für die Durchführung des Feinbohrverfahrens dann ausreicht, wenn die Gesamtverwindungswinkel, wie oben angedeutet, eine Größenordnung von 3 bis 1o° nicht überschreiten.

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Schließlich sollen nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens solche Glaskapillaren eingesetzt werden, deren Gesamtlänge mindestens das "loo-fache ihres Außendurchmessers "beträgt, eine Maßnahme, die nicht nur ausreichende Führungslänge im Führungsteil erlaubt und den Mindestabstand zwischen Elektrolytverteilerkopf und Führungsteil garantiert, sondern die darüber hinaus die auftretenden Toleranzen in den Bohrungslängen selbst hinreichend berücksichtigt.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine verwundene Axialturbinenschaufel in Zentripetalrichtung vergrößert,

Fig. 2 eine Gesamtanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Feinbohrverfahrens, wobei zur Vereinfachung der Darstellung eine solche Schrägansicht der Turbinenschaufel gewählt wurde, bei der die Hinterkante senkrecht auf der Zeichenebene steht.

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In Fig. 1 ist eine stark verwundene Axialturbinenschaufel mit 1 bezeichnet. Die Grundfläche 2 und die Deckfläche 3 der Turbinenschaufel 1 sind gegeneinander verdreht, so daß in einer Zentripetalansicht, wie sie Fig. 1 darstellt, die Schaufelhinterkanten nicht übereinander zu liegen kommen. Durch eine strichpunktierte Linie 4- ist die Richtung der Bohrungsachse im Bereich der Deckfläche 3 der Schaufelhinterkante angedeutet, durch eine strichpunktierte Linie 5 die Bohrungsrichtung in der Schaufelhinterkante im Bereich der Grundfläche 2. Die Bohrungsrichtung ändert sich über die gesamte Höhe der Schaufelhinterkante von der Sichtung 4 bis zur Richtung 5» wobei etwa zwischen der obersten Bohrung der gesamten Reihe mit der Richtung 4 und der untersten Bohrung der gesamten Reihe mit der Richtung 5 sechzig weitere Bohrungen liegen sollen. Unmittelbar über der Schaufelhinterkante ist ein Führungsteil 6 angeordnet, das für jede herzustellende Bohrung der ganzen Bohrungsreihe eine koaxiale Führungsbohrung für die jeweils betreffende Röhrchenelektrode aufweist.

Bei der Anordnung entsprechend Fig. 2 ist die Turbinenschaufel 1, die in Spannbacken 1o, 11 gehalten wird, in einer solchen Lage von schräg oben dargestellt, daß die Schaufelhinterkante senkrecht zur Zeichenebene steht. Dadurch ergibt sich der GesamtverwindungswinkelÄod von der Bohrungs-

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richtung 4- der obersten Bohrung "bis zur Bohrungsrichtung 5 der untersten Bohrung in wahrer Größe.

Oberhalb des Führungsteils 6 ist ein Elektrolytverteilerkopf angeordnet, an dessen Verteilerraum zum einen eine Elektrolytzufuhrleitung 8, zum andern die Gesamtheit der Röhrchenelektroden η.. - η angeschlossen sind. Der El ektrolytvert eil erkop f ist in einem lediglich schematisch angedeuteten Lager 17 verschiebbar gehalten, wobei die Vorschubrichtung (Pfeilrichtung 16) genau mit der Winkelhalbierenden zwischen der Bohrungsrichtung 4- und der Bohrungsrichtung 5 zusammenfällt. Die Röhrchenelektroden n. - il. sind Glaskapillaren, von denen jede einzelne in einem elastischen Material z.B. einem Zwei-Komponenten-Epoxidharzkleber am Elektrolytverteilerkopf 7 gehalten ist. Durch die Einbettung in einen solchen Zwei-Komponenten-Epoxidharzkleber sind die Glaskapillaren an ihrer Wurzel am Elektrolytverteilerkopf 7 begrenzt auslenkbar. Die Ausrichtung der Glaskapillaren n^ - η erfolgt so, daß sie in ihrer Null-Lage, d.h. also ohne Krafteinwirkung von außen eine solche Richtung einnehmen, wie sie der endgültigen Bohrungsrichtung der in die Schaufel 1 einzubringenden Bohrungen entspricht. Bei der Darstellung in Fig. 2 stimmt die Richtung der Glaskapillare n^ am Elektrolytverteilerkopf 7 mit der Bohrungsrichtung 4 überein, während die Richtung der Glaskapillare U_x mit der Bohrungsrichtung 5 parallel ist-

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Bei der gezeichneten Stellung des Elektrolytverteilerkopfes handelt es sich um die Stellung vor Beginn des Bohrvorgangs, d.h. um eine Stellung, in der die Röhrchenelektroden n^ bis Ji_x in das Führungsteil 6 hineinragen, jedoch nicht über die Unterkante dieses Führungsteiles 6 hervorstehen. Die zweite Endstellung des Elektrolytverteilerkopfes 7 ist strichpunktiert angedeutet und entspricht der Stellung bei Beendigung des Bohrvorgangs, bei der die Eöhrchenelektroden die volle Bohrtiefe erreicht haben (strichlierte Linien im Bereich der Turbinenschaufel 1 entlang der Bohrungsachsen 4- und 5). Die Endstellung soll so gewählt sein, daß der Mindestabstand zwischen der Unterkante des Elektrolytverteilerkopfes 7 und der Oberkante des IPührungsteils 6 noch das 5o-fache des Außendurchmessers der Glaskapillaren n- - η beträgt. Durch die Darstellung der ersten Röhrchenelektrode n^, und der letzten Röhrchenelektrode η der gesamten Elektrodenreihe, die im Verlauf der Bohrung die größten Durchbiegungen aushalten müssen, ist gezeigt, daß sich durch den elastischen Anschluß dieses Röhrchenelektroden am Elektrolytverteilerkopf 7 und durch die besondere Ausrichtung der Null-Lage entsprechend den Bohrungsachsen 4 und 5 insgesamt nur eine recht geringe Durchbiegung" der als Glaskapillaren ausgebildeten Röhrchenelektroden ergibt. Es ist leicht zu erkennen, daß in einer Stellung des Elektrolytverteilerkopfes 7 die genau dem halben Vorschub der

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Bohrchenelektroden entspricht und die mit einer strichlierten Linie 27 angedeutet ist, die Durchbiegung und die Auslenkung der äußersten Röhrchenelektroden n* und η_χ jeweils gleich Null ist.

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Claims (6)

1. MOTOBEN- TJHD TURBINEN-UKION
   MÜNCHEN GMBH.

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   München, den 29. August 1975

   Patentansprüche

   .J Elektrolytisches Feinbohrv.erfahren zur Herstellung einer gro3en Anzahl von in Reihe liegender Bohrungen mit windschiefen (= antiparallelen) Achsen, insbesondere der Kühlluftbohrungen in der Hinterkante einer räumlich verwundenen Turbinenschaufel, mittels Röhrchenelektroden, durch die ein Elektrolytstrom auf das Werkstück gerichtet wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) sämtliche Röhrchenelektroden (n. - η ) für alle Bohrungen sind an einem einzigen Elektrolytverteilerkopf (7) befestigt;

   b) ein Führungsteil (6), das für jede herzustellende Bohrung eine koaxiale Führungsbohrung für die jeweils betreffende Röhrchenelektrode (η,, - η ) aufweist, wird auf das Werk-

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   stück (1) aufgesetzt;
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   c) die Vorschubriehtung des Elektrolytverteilerkopfes (7) fällt mit der Winkelhalbierenden zwischen den Achsen (4, 5) der beiden äußersten Bohrungen der ganzen Reihe zusammen,
2. 2. Verfahren nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge d«r Röhrchenelektröden (n^ - η_χ) so groß ist, daß bei Erreichen der vollen Bohrtiefe die freie Länge zwischen dem 3Pixierungspunkt der Röhrchenelektroden am Elektrolytverteilerkopf (7) und der Oberkante des Führungsteils

   (6) mindestens das 5k>-fache des Außendurchmessers der Röhrchenelektrode*! beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung der Röhrchenelektroden (n^ - η ) am Elektrolytverteilerkopf (7) in einem elastischem Material

   mit einem Elastizitätsmodul von nicht mehr als 5oo kp/mm wie z.B. einem Zwei-Komponenten-Epoxidharzkleber erfolgt.
4. 4·. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Röhr chenelektr öden (n^. - η ) am Elektrolytverteilerkopf (7) in einer solchen Null-Lage (= unverspannte Ruhelage) ausgerichtet sind, daß bei einer Position des Elektrolytverteilerkopfes, die der

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   halten Bohrungstiefe entspricht, keine Verbiegung de Röhrchen (n^ - η_χ) auftritt.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Eöhrchenelektroden (n^. - η ) Glaskapillaren mit einem Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser das kleiner als 1,5 ist, verwendet werden.
6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß solche Glaskapillaren (Evin ) eingesetzt werden, deren Gesamtlänge mindestens das 100-fache ihres Außendurchmessers beträgt.

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