EP3746248A1 - Arbeitsstation zum elektrochemischen bearbeiten eines werkstücks, insbesondere eines rotationssymmetrischen werkstücks, mit mehreren ausnehmungen sowie verfahren zur herstellung einer endkontur einer ausnehmung - Google Patents

Arbeitsstation zum elektrochemischen bearbeiten eines werkstücks, insbesondere eines rotationssymmetrischen werkstücks, mit mehreren ausnehmungen sowie verfahren zur herstellung einer endkontur einer ausnehmung

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Publication number
EP3746248A1
EP3746248A1 EP19711802.9A EP19711802A EP3746248A1 EP 3746248 A1 EP3746248 A1 EP 3746248A1 EP 19711802 A EP19711802 A EP 19711802A EP 3746248 A1 EP3746248 A1 EP 3746248A1
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EP
European Patent Office
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electrode
workpiece
recess
module
workstation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19711802.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Fessler-Knobel
Roland Huttner
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP3746248A1 publication Critical patent/EP3746248A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23H9/10—Working turbine blades or nozzles
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23H7/26—Apparatus for moving or positioning electrode relatively to workpiece; Mounting of electrode
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    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
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    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/10—Manufacture by removing material
    • F05D2230/11—Manufacture by removing material by electrochemical methods

Definitions

  • the present invention relates to a workstation for electrochemically machining a workpiece, in particular a rotationally symmetrical workpiece, with a plurality of recesses, comprising a base structure; a module attached to the base structure and configured to electrochemically work the workpiece, the module including a module base body rotatable relative to the base structure about a module rotation axis (MZ); a workpiece holder fastened to the base structure, to which a workpiece can be fastened or fastened, wherein the workpiece holder is movable relative to the base structure along a feed axis (Z) parallel to the module rotation axis (MZ), the module having an electrode support arrangement which is in contact with the module base body is coupled such that the electrode support assembly is rotatable together with the module base body about the module rotation axis.
  • MZ module rotation axis
  • Such a workstation is known for example from EP 3 015 210 A2.
  • the system disclosed therein is used in particular to blade spaces of an integrated show felinsertion (so-called blisk) to edit.
  • gas turbine disks continue to use blade disks in which the blades are inserted with their blade roots into corresponding blade root recesses of the blade disk.
  • the Schaufelfuß techniquen are produced with a dimensionally accurate profile (inner contour).
  • mechanically acting, material-removing methods have been used in particular, such as, for example, spaces and / or milling or / and grinding.
  • profile grooves When clearing the blade root recesses, which can also be referred to as profile grooves, geometrical deviations within the profile groove regularly occur.
  • heat-resistant materials increased wear on mechanically acting tools occurs.
  • the object of the invention is to provide a workstation or installation of the type mentioned for the machining of in particular rotationally symmetrical workpieces in order to avoid the above disadvantages.
  • the electrode carrier arrangement has a carrier frame and an electrode frame, wherein at least one electrode is detachably fastened to the electrode frame, the electrode carrier arrangement, in particular the carrier frame and the electrode frame, being movable relative to the motor frame.
  • dul seismicelasticity is translationally movable in a first processing direction, and wherein the electrode frame is movable relative to the support frame oscillating in a second processing direction, wherein the first processing direction and the second processing direction are aligned at an angle of about 45 ° to about 90 ° to each other , and or thogonal to the module rotation axis.
  • support frame and electrode frame are understood to mean that the term "frame” is to be understood to mean a supporting structure in general, without “frame” being intended to imply a self-contained or / and rod-like (truss-like) structure.
  • recesses for example blade root recesses of a blade disk of a gas turbine
  • the oscillatory movement along the second machining direction serves to produce a final (inner) contour of the recess, wherein the electrochemical machining can avoid disadvantageous geometrical deviations, as are known from mechanical methods.
  • workpieces to be machined by means of the workstation are rotationally symmetrical.
  • the recesses are arranged along the circumference of the workpiece. In other words, a plurality of recesses in the circumferential direction adjacent to each other or next to each other are arranged on a finished workpiece.
  • the electrode frame is hingedly connected to the carrier frame, in particular connected to the carrier frame by at least two solid-state hinges.
  • the solid-body joints can be designed, for example, like a leaf spring, the deflection of the leaf springs essentially taking place in the second processing direction.
  • the solid-body joints can be designed such that they hold the electrode frame in a rest position in a desired position relative to the support frame.
  • an eccentric drive may be provided in the carrier frame, the eccentric shaft of which is connected to a first end section of a rocker element, the rocker element being connected to the electrode frame with a second end section, and wherein the rocker element in FIG a central portion located between the first end portion and the second end portion is connected to the support frame.
  • the eccentric drive comprises a torsion motor or torque motor.
  • the electrode may have an outer contour of a first type of electrode, which substantially corresponds to a final contour of a blade root recess, in particular a profile groove, to be produced in the workpiece.
  • the electrode may have an outer contour of a second electrode type, which substantially corresponds to a precontour of a recess, in particular a profile groove, to be produced in the workpiece.
  • the electrodes of the first type and of the second type are in particular interchangeable, so that the same workstation can optionally be operated with electrodes of different electrode types.
  • An amplitude of the oscillating movement of the electrode of the first electrode type is preferably adjustable or regulatable as a function of the electrochemical removal of material of the workpiece, such that the amplitude increases with increasing material removal.
  • a distance between the outer contour of the electrode of the first type of electrode and an already present in the workpiece precontour of the recess before the beginning of an oscillating electrochemical machining is less than or equal to about 0.4mm.
  • the workstation is in particular designed to carry out the oscillating movement of the electrode of the first type of electrode during electrochemical machining until the recess has the desired final contour.
  • the inner contour of the recess for external contour of the electrode of the first type has a spacing of approximately 0.2 to 0.5 mm, preferably approximately 0.3-0.4 mm.
  • a precise or pulsed electrochemical machining may also be used as the electrochemical machining method. process (PECM).
  • PECM electrochemical machining method. process
  • a voltage is applied to the electrode as a function of the oscillation movement.
  • the voltage is applied when the electrode in each case reaches the maximum or minimum value of the amplitude, that is, is at the reversal point in which it is closest to one side of the (pre-) contour of the recess to be machined.
  • the (electrochemical) removal of material of the workpiece, in particular of material of the precontour takes place flat on the side of the recess (profile groove), which has the smaller gap to the electrode.
  • the enlargement of the recess until reaching the final contour takes place by increasing the oscillation angle on the side of the drive (torsion motor), whereby the amplitude of the oscillating movement of the electrode can be increased.
  • the electrode of the first type of electrode may be insertable along the first machining direction into a pre-contour of a recess already present in the workpiece, wherein the electrode has a tactile advance with respect to the insertion direction at a front region.
  • the workstation is adapted to determine by means of the Tastvorsprungs the relative position of the electrode of the first electrode to a pre-contour of the recess already present in the workpiece before the introduction of the electrode and adjust as needed, so that the electrode with their Outer contour can be introduced substantially centered to the precontour.
  • the electrode of the second type which can be used in particular as an alternative, can be designed to produce a precontour of a recess, in particular a blade root recess or profile groove, in a still massive section of the workpiece, in particular a blade disk, by electrochemical machining, the electrode of the second type moved along the first processing direction relative to the workpiece, in particular is driven.
  • an electrochemical removal of material of the workpiece for example the blade disk, takes place, in particular at a front end of the electrode of the second electrode type.
  • the machining of the recess by means of the electrode of the second electrode type can be used as an alternative to a mechanical broaching method to produce the precontour of the recess.
  • a precontour produced by means of a mechanical machining method can be electrochemically machined by means of the electrode of the second electrode type in order to produce the dimensionally accurate final contour.
  • the invention further relates to a system for the electrochemical machining of a workpiece, in particular for machining a rotationally symmetrical workpiece, with a plurality of recesses, comprising at least a first workstation with an electrode of the second electrode type for producing a precontour of recesses and at least one second workstation an electrode of the first type of electrode for producing the final contour of recesses, wherein the system is preferably adapted to transport a workpiece from the first workstation to the second workstation, in particular by means of an associated transport device.
  • the invention also relates to a method for producing a final contour of a recess in a workpiece, in particular a blade root recess in a blade disk of a gas turbine, in particular an aircraft gas turbine, comprising the steps:
  • This method can be carried out in particular by means of a workstation described above.
  • the workpiece provided in step a), in particular the blade disk provided generally already has all the necessary for the later use recesses with the respective precontour, wherein the recesses along the entire peripheral edge of the workpiece, in particular the blade disc, are provided.
  • a so-called disk bump is formed between every two blade root recesses.
  • the steps b) to e) can be repeated for each recess along the circumference of the workpiece, in particular the blade disk, with its precontour.
  • the workpiece, in particular the blade disk can be rotated relative to the electrode until a further, in particular adjacent recess with precontouring is arranged in the position suitable for carrying out steps b) to e) ,
  • the workpiece, in particular the blade disk can be clamped once in a corresponding workstation, wherein after each electrochemical machining of a recesses, in particular Schaufelfuß- recess (from the precontour to final contour) the workpiece, in particular the blade to his or its axis is slightly rotated until a next recess to be machined, in particular Schaufelfußausström, with its precontour is positioned so that the electrode of the workstation in the precontoured recess, in particular Schaufelfußaus Principleung, is inserted for the
  • step a) can in particular include the production of the recesses, in particular of the blade root recesses, with their respective precontouring by means of electrochemical machining of solid peripheral sections of the workpiece, in particular of the blade disc, wherein the electrochemical machining is performed with another electrode and wherein the other electrode is moved along a or the first processing direction which substantially corresponds to a longitudinal direction of the recess to be produced, in particular Schaufelfußausströmung, wherein the longitudinal direction with respect to the workpiece, in particular the blade disc, parallel or inclined to the axial direction.
  • FIG. 1 shows a schematic and simplified perspective view of an embodiment of a workstation for the electrochemical machining of a workpiece.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the perspective view of the workstation of FIG.
  • FIG. 3 shows a perspective view similar to FIG. 2 from a somewhat different angle of view.
  • FIG. 4 shows a further enlarged perspective illustration of the workstation of FIG. 1.
  • FIG. 5 shows a frontal view of an electrode support arrangement approximately corresponding to the viewing direction V indicated in FIG. 4 by means of an arrow.
  • Fig. 6 shows a simplified schematic sectional view of an electrode of the work station and the workpiece to be machined electrochemically.
  • Fig. 7 shows in the sub-figures a) to d) the operation (method steps) of the work station with an electrode of a first type for oscillating movement of the electrode in a recess of the workpiece.
  • FIG. 8 shows a perspective view of the workstation of FIG. 1 with a configuration having an electrode of a second type.
  • FIG. 9 shows in subfigures a) and b) the mode of operation (method steps) of the workstation of FIG. 8 with the electrode of the second type.
  • FIG. 10 shows in subfigures a) to c) the workstation of FIG. 1 with a workpiece to be machined in different process states.
  • the workstation 10 includes a base structure 14.
  • the base structure 14 includes a vertical beam 16 and a horizontal beam 18 which are interconnected.
  • a workpiece holder 20 is provided, on which the workpiece 12 (blade disk) can be fastened or fastened.
  • the workpiece holder 20 is movable along the vertical carrier s 16 so that the workpiece holder can be moved toward the horizontal carrier 18 towards or away from it.
  • the direction of movement of the workpiece holder 20 is substantially parallel to the Z-direction and can be referred to as the feed axis or feed direction ZA.
  • the workpiece 12 (blade disk) is rotatably attached to the workpiece holder 20.
  • the workpiece holder 20 has an axial support 22 on which the workpiece 12 can be fastened, in particular the blade disk can be attached or attached to the axial support 22 with a hub portion (not visible here).
  • the axial carrier 22 is also movable along the feed axis or direction ZA and is rotatable about a workpiece axis of rotation WDA.
  • not visible drive devices are housed to allow the movement of the workpiece holder 20 along the vertical support 16 and to allow the rotational movement of the axial support 22.
  • a module 24 is arranged, which is adapted to work the workpiece 12 electrochemically.
  • the module 24 is rotatably mounted relative to the base structure 14.
  • the module 24 is mounted on a base 26, which is rotatable about a module rotation axis MZ.
  • the base 26 is connected to a drive device (not visible here) provided in the horizontal support 18, which enables the rotary movement of the base 26 or of the entire module 24 about the mandrel rotation axis MZ.
  • the module 24 has a module base body 28.
  • the module base body 28 is formed in particular by a module base section 30 and two side supports 32 connected to the module base section 30.
  • the module base body 28, in particular its module base portion 30 is connected to the base 26, so that the entire module base body 28 is rotatable about the module rotation axis MZ, wherein the direction of rotation in the Fig. 2 is indicated by the arrow MDR.
  • the module 24 further has an electrode support arrangement 34 which is attached to the module base body 28.
  • the electrode carrier assembly 34 is rotatable with the module base body 28 together about the module rotation axis MZ.
  • the electrode support assembly 34 includes a support frame 36 and an electrode frame 38. On the electrode frame 38, an electrode 40 is in particular releasably attached.
  • the electrode 40 is an electrode of a first type, which will be described in more detail later.
  • the electrode frame 38 is supported on the support frame 36, in particular by means of two solid-state hinges 42, which is best seen in the view of FIG. 4.
  • the electrode carrier arrangement 34 or the carrier frame 36 and the electrode frame together are or are arranged to be translationally movable relative to the module base body.
  • the translation takes place along a first processing direction BR1.
  • the first machining direction BR1 can be substantially parallel to the main direction Y (FIG. 1) or inclined to the main direction Y by a specific angle.
  • the inclination of the first machining direction BR1 is given here by the rotation of the module base body 28 about the module rotation axis MZ, which runs essentially parallel to the main direction Z (FIG. 1).
  • the support frame 36 is thus movable along the first processing direction BR1 relative to the module base body 28, in particular between the two side supports 32.
  • the support frame 36 is for this purpose slidably supported on two Gleitträgem 44.
  • the slide carriers 44 extend between the two side supports 32 and are supported on these.
  • the sliding supports 44 are designed as rods or tubes which extend through corresponding slide bearings 45 of the support frame 36.
  • a rolling bearing of the slide carrier 44 may be provided.
  • the drive device 46 is in particular an electric motor whose rotary motion is transmitted via a transmission, not shown in detail such as a spindle or the like, is translated into the translational movement of the support frame 36.
  • the carrier frame 36 and thus the electrode frame 38 together with the electrode 40 can be moved along the first processing direction BR1 towards the workpiece 12 (blade disk) and away therefrom.
  • the drive device 46 can be actuated via a control device associated with the workstation 10, not shown here. Such a control device can also be used to control all other drives associated with the workstation 10, such as For example, the drives for moving the workpiece holder 20 vertically or for rotating the module 24 about the module rotation axis MZ.
  • the electrode frame 38 is connected to the support frame 36 by means of solid-state hinges 42.
  • the solid-state joints 42 are designed, for example, as springy steerable metallic elements, which can also be referred to as leaf springs.
  • the deflection of the solid-state joints 42 takes place such that the electrode frame 38 is movable relative to the support frame in a second processing direction BR2.
  • the solid state joints 42 are designed so that the electrode frame 38 in a predetermined relative position (rest position) hold the support frame 36. Relative to the second processing direction BR2, the electrode frame 36 and the carrier frame 36 are arranged in the rest position essentially centered relative to one another.
  • FIG. 5 shows a front view of the electrode support arrangement 34 without the module base body 28.
  • the viewing direction approximately corresponds to a direction indicated by the arrow V in FIG. 4, which essentially corresponds to the main direction Y (FIG. 1).
  • the base 26 of the module 24 is also simplified.
  • the electrode frame 38 and the electrode 40 arranged thereon can be moved in an oscillating manner by means of an eccentric drive 50 (see also FIGS. 3, 4) along the second machining direction BR2.
  • the eccentric drive 50 has in particular a torsion motor 51, which is coupled to a non-visible eccentric shaft.
  • the rotational movement of the eccentric drive 50 is transmitted to the electrode frame 38 by means of a rocker element 52 (see FIG. 5).
  • the rocker element 52 is connected to the eccentric drive 50 at a first end portion 54 and connected to the electrode frame 38 at a second end portion 56.
  • the connection between the first end section 54 and the eccentric drive 50 can be realized by a solid-body joint 55.
  • the connection between the second end portion 56 and the electrode frame 38 can be realized by another solid-state joint 57.
  • the rocker element 52 is supported between the two end sections 54, 56 in the vertical direction (parallel to the main direction Z or to the module rotation axis MZ) approximately centrally by means of a rocker roller 58 on the support frame 36.
  • the eccentric drive 50 in particular the torsion motor 52, can be controlled by a control device (not shown) or the control device already mentioned above so that the electrode 40 can be moved back and forth along the second processing direction BR2, in particular by approximately 0 , 05mm to 0.5mm on both sides starting from a rest position of the electrode 40.
  • the eccentric drive 50 with the rocker element 52 is designed so that one on the electrode 40 effective oscillatory movement in the second machining direction has an adjustable, in particular controllable amplitude of a few tenths of a millimeter, in particular 0.05mm to 0.5mm.
  • the amplitude of the oscillating movement of the electrode 40 can thereby be controlled such that it is initially smaller and increases in size as the removal of material on the workpiece 12, in particular in the recess or blade foot recess 48, increases.
  • FIGS. 1 to 3 and 5 show two so-called scavenging chambers 64 and 66.
  • the first rinsing chamber 64 is firmly connected to the support frame 36.
  • the second rinsing chamber 66 is movable together with the electrode 40 along the first processing direction BR1 in translation toward the workpiece 12 or away from it.
  • the rinsing chambers 64, 66 serve, in particular, to supply the required electrolyte for the processing and to remove the removed material that has been dissolved therein.
  • FIG. 6 shows a schematic and simplified sectional view of the workpiece 12 or the blade disc 12 with recesses or SchaufelfußausappelInstitut 48.
  • FIG. 7 shows in subfigures a) to d) method steps in the production of a final contour of a blade root recess 48 of a blade disk 12.
  • a blade disk 12 is provided at a work station 10.
  • the blade disk 12 is fastened to the axial carrier 22 of the workpiece holder 20.
  • the blade disk 12 already has precontoured blade root recesses 48 at this time, with an inner precontour 60 already mentioned with reference to FIG. 6.
  • the blade root recesses 48 usually have a longitudinal direction LR extending from an axially front edge to the axially rear edge of the blade slide 12 which is slightly inclined with respect to an axial direction (corresponding to the main direction Y or the workpiece rotation axis WDA in FIG. 1) of the blade disk.
  • the module 24 together with the module base body 28 is rotated about the module rotation axis MZ until the first machining direction BR1 with the longitudinal direction LR of the blade foot recesses 48 is aligned.
  • This state is simplified and exemplified in Fig. 7a).
  • the electrode 40 is then moved toward the workpiece 12 along the first processing direction BR1.
  • a tactile projection 68 may be provided on the electrode 40, which in the example of FIG. 7 is an electrode 40 of a first type.
  • the electrode 40 is aligned relative to the Schaufelfußaus Principleung 48 with its Vorkontur 60.
  • measured values can be detected via the existing precontour 60, so that the electrode 40 can be correspondingly positioned. This is exemplified in Fig. 7b).
  • the electrode 40 is introduced into the precontoured blade root recess 48 along the first processing direction BR1. As soon as the electrode 40 is completely inserted in the precontoured blade root recess 48, which is shown by way of example in FIG. 7c), the electrode 40 can be oscillated back and forth along the second processing direction BR2, so that along the precontour 60 the Schaufelfußaus Principleung 48 electrochemical material is removed until the final contour 62 of Schaufelfußaus Principleung 48 made. This is exemplified in Fig. 7d).
  • the electrode 40 of the first type is translationally movable together with the second rinsing chamber 66 along the first machining direction BR1.
  • the oscillation movement along the second processing direction BR2 is effected only by the electrode 40 alone when the second rinsing chamber 66 is not moving.
  • PECM pulsed or precise electrochemical machining
  • a voltage is applied in the electrode 40 whenever it is close to or in the upper or lower reversal point of the amplitude of the oscillatory movement.
  • a voltage is applied whenever the electrode has approached one side of the blade root recess.
  • the precontour is electrochemically processed or removed on the side which is closer to the electrode 40 when it is put under tension.
  • the amplitude of the oscillation movement of the electrode 40 can be increased as a function of the removal of material. If, for example, electrochemical machining of the blade foot recess 48 results in material removal of 0.05 mm on both sides, the amplitude of the oscillatory movement of the electrode 40 can be correspondingly increased by about 0.05 mm.
  • the precontouring over the final contour has an allowance of about 0.2 to 0.4 mm, i. It must be done according to a material removal of about 0.2 to 0.4 mm in order to obtain the final contour of Schaufelfußaus Principleung.
  • the electrode 40 of the first type is therefore dimensioned approximately so that it can be inserted into the precontoured blade root recess 48 with a mutual or mutual distance of approximately 0.05 to 0.1 mm. After electrochemical machining by means of PECM, the mutual or all-round distance between electrode 40 and the end contour of the blade root recess is approximately 0.25 to 0.4 mm.
  • pre-contoured blade root recesses 48 in a blade disk 12 can be effected by means of known mechanical processing methods, such as, for example, clearing methods.
  • Such a pre-machined blade disk 12 can then be beitsstation 10 further processed electrochemically to produce the final contour of the Schaufelfußausappelenstein 48.
  • the blade root recesses can also be produced by means of electrochemical machining. This can be done in particular by means of a workstation 10, is used in an electrode 140 of a second type, as shown in Fig. 8.
  • the electrode 140 of the second type may be attached to the electrode frame 38 and the support frame 36, respectively, instead of the first type electrode 40.
  • two other rinsing chambers 164, 166 are used. Accordingly, the Spülkammem can be formed replaceable at the workstation 10.
  • a precontoured blade root recess 48 with its precontour 60 is produced in a blade disk 12 by means of a work station 10 as follows. On the workpiece holder 20, in particular the axial carrier 22, a blade disk 12 is fastened, wherein no blade root recesses are present in this blade disk 12. In other words, the blade disk 12 is still solid along its peripheral edge. After the blade disk 12 has been provided at the work station 10, the module 24 can be rotated about its module rotation axis MZ such that the first machining direction BR1, along which the electrode 140 of the second type is translationally movable, is aligned in that it coincides with a desired alignment of a longitudinal direction of the blade root recesses 48 to be produced.
  • the blade disk 12 is moved downwards along the feed axis ZA by means of the tool holder until it is arranged in a desired relative position to the module 24.
  • a state is exemplified in Fig. 9a).
  • the electrode 140 of the second type is accommodated in the second rinsing chamber 166.
  • the electrode 140 of the second type has an end-side open electrolyte supply 141 (facing the workpiece).
  • a voltage is applied in the electrode 140, in particular in an end-side section and supplied electrolyte.
  • the electrode 140 is then moved toward the workpiece 12 along the first processing direction BR1. Due to the electrochemical reactions and the Movement of the electrode 140, a kind of propulsion of the electrode 140 takes place in the blade plate 12, wherein dissolved material of the blade disk along the electrode 140 can flow into the second rinsing chamber. This electrochemical propulsion is carried out until the electrode 140 has completely passed through the blade disk 12 and the precontoured blade root recess 48 has been produced. This is exemplified in Fig. 9b).
  • the electrode 140 is moved back into the second rinsing chamber 166 along the first processing direction BR1.
  • the blade disk is slightly rotated by means of the tool holder around the workpiece axis of rotation WDA (FIG. 1), so that the next precontoured blade root recess can be produced, as has just been described.
  • the work station 10 presented here can be used both for the production of the final contour of precontoured Schaufelfußausappelausappelaus principles and for the production of precontoured Schaufelfußausappelaus principles.
  • the workstation 10 can be used substantially in accordance with the main steps illustrated in FIG.
  • FIG. 10 after the provision of a blade disk 12, in which already pre-contoured blade root recesses are present or which still has a continuous (solid) peripheral edge, an alignment of the module 24 takes place by rotation about the module rotation axis MZ. Since the electrode 40, 140 used for the electrochemical machining is also rotated with the module 24, the electrode can be correspondingly aligned in relation to the blade disk and the (desired or existing) course of the blade root recesses. According to FIG.
  • a subsequent movement of the blade disk 12 along the feed axis ZA then takes place downward, until a desired position is reached, in which an electrochemical machining by means of the electrode 40, 140 is made possible.
  • a movement of the electrode 40, 140 then takes place along the first processing direction BR1.
  • an electrochemical machining propulsion
  • An electrode 40 of the first type is merely inserted into an already existing pre-contoured blade root recess.
  • the electrode 40 of the second type is still moved in an oscillating manner along the second processing direction BR2.
  • the work station 10 is shown only of the electrode 40 of the first type and the associated scavenging chambers 64, 66. It will be understood that in the illustration, the electrode 40 could be replaced by the electrode 140 and the flushing chambers 64, 66 through the flushing chambers 164, 166, as can be seen by way of example in FIGS. 2 and 8, and FIGS ,
  • a work station 10 having an electrode 140 of the second type (see FIGS. 8 and 9) for producing a blade disk with pre-contoured blade root recesses and a work station 10 having an electrode 40 of the first type (see FIGS. 1-7) for producing a blade disk with final contoured Schaufelfußauslangept, can also be combined to form a plant for the electrochemical machining of a blade disk.
  • final contoured blade root recesses can be produced in a blade disk, without mechanical machining methods having to be used in which there is a high risk of geometric deviations in the final contour.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine 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), 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

ARBEITSSTATION ZUM ELEKTROCHEMISCHEN BEARBEITEN EINES WERKSTÜCKS, INSBESONDERE EINES ROTATIONSSYMMETRISCHEN WERKSTÜCKS,
MIT MEHREREN AUSNEHMUNGEN SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER ENDKONTUR EINER AUSNEHMUNG
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 Werk- stück 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 ge- koppelt 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 Schau felscheibe (sogenannte Blisk) zu bearbeiten.
Neben den integrierten Schaufelscheiben werden bei Gasturbinen weiterhin auch Schaufel- scheiben eingesetzt, bei denen die (Lauf-) Schaufeln mit ihren Schaufelfüßen in entsprechen- de 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 insbeson dere mechanisch wirkende, Material abtragende Verfahren eingesetzt worden, wie beispiels- weise Räumen oder/und Fräsen oder/ und Schleifen. Beim Räumen der Schaufelfußausneh- mungen, die auch als Profilnuten bezeichnet werden können, kommt es regelmäßig zu geo- metrischen 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 Be- arbeitung von insbesondere rotationssymmetrischen Werkstücken bereitzustellen, um die obigen Nachteile vermeiden zu können. Zur Lösung dieser Aufgabe wird für eine Arbeitsstation vorgeschlagen, dass die Elektroden- trägeranordnung einen Trägerrahmen und einen Elektrodenrahmen aufweist, wobei an dem Elektrodenrahmen wenigstens eine Elektrode lösbar befestigt ist, wobei die Elektrodenträ- geranordnung, insbesondere der Trägerrahmen und der Elektrodenrahmen, relativ zum Mo- dulgrundkörper translatorisch in eine erste Bearbeitungsrichtung beweglich ist, und wobei der Elektrodenrahmen relativ zum Trägerrahmen oszillierend in eine zweite Bearbeitungs- richtung beweglich ist, wobei die erste Bearbeitungsrichtung und die zweite Bearbeitungs- richtung in einem Winkel von etwa 45° bis etwa 90° zueinander ausgerichtet sind, und or thogonal 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 impli- zieren soll.
Es hat sich gezeigt, dass mittels einer derart ausgestalteten Elektrodenträgeranordnung Aus- nehmungen, beispielsweise Schaufelfußausnehmungen einer Schaufelscheibe einer Gasturbi- ne, mit hoher Genauigkeit hergestellt werden können. Dabei dient insbesondere die oszillie rende Bewegung entlang der zweiten Bearbeitungsrichtung dazu, eine endgültige (Innen- )Kontur der Ausnehmung herzustellen, wobei durch die elektrochemische Bearbeitung nach- teilige 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 an- geordnet.
Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass der Elektrodenrahmen gelenkig mit dem Trägerrah- men verbunden ist, insbesondere durch wenigstens zwei Festkörpergelenke mit dem Träger- rahmen verbunden ist. Die Festkörpergelenke können beispielsweise blattfederartig ausge- bildet sein, wobei die Auslenkung der Blattfedern im Wesentlichen in der zweiten Bearbei- tungsrichtung erfolgt. Die Festkörpergelenke können insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie den Elektrodenrahmen in einer Ruhestellung in einer Sollstellung relativ zum Trägerrah- men halten. Um die oszillierende Bewegung des Elektrodenrahmens zu ermöglichen, kann im Träger- rahmen ein Exzenterantrieb vorgesehen sein, dessen Exzenterwelle mit einem ersten Endab- schnitt 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 Mittel- abschnitt 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 Wesent- lichen 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 herzustel- lenden Vorkontur einer Ausnehmung, insbesondere Profilnut, entspricht. Die Elektroden des ersten Typs und des zweiten Typs sind insbesondere auswechselbar, so dass die gleiche Ar- beitsstation 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 grö- ßer 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 einge- richtet, die oszillierende Bewegung der Elektrode des ersten Elektrodentyps beim elektro- chemischen 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 Außenkon- tur 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 elektro- chemisches Bearbeitungsverfahren auch ein präzises oder gepulstes elektrochemisches Bear- beitungsverfahren (PECM) zum Einsatz kommen. Hierbei in Abhängigkeit der Oszillations- bewegung eine Spannung an der Elektrode angelegt. Insbesondere wird die Spannung ange- legt, wenn die Elektrode jeweils den maximalen bzw. minimalen Wert der Amplitude er- reicht, 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 Vergrö- ßem 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 Einfuhrrichtung an einem vorderen Bereich einen Tastvor- sprung aufweist. Hierzu wird ergänzend vorgeschlagen, dass die Arbeitsstation dazu eingerichtet ist, mittels des Tastvorsprungs die Relativstellung der Elektrode des ersten Elektro- dentyps zu einer im Werkstück bereits vorhandenen Vorkontur der Ausnehmung vor dem Einfuhren 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 Werk- stücks, 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 Werk- stücks, beispielsweise der Schaufelscheibe, insbesondere an einem stimseitigen Ende Elekt- rode 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 Werk- stücks, insbesondere zum Bearbeiten eines rotationssymmetrischen Werkstücks, mit mehre- ren 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, insbe- sondere mittels einer zugeordneten Transporteinrichtung.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Endkontur einer Aus- nehmung 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 verse- hene 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 Bear- beitungsrichtung, die im Wesentlichen einer Längsrichtung der Ausnehmung entspricht, wo bei die Längsrichtung bezogen auf das Werkstück parallel oder geneigt zur Axialrichtung verläuft;
d) Oszillierendes Bewegen der Elektrode in der Ausnehmung entlang einer zweiten Be- arbeitungsrichtung, die zur ersten Bearbeitungsrichtung in einem Winkel von etwa 45° bis 90° ausgerichtet ist, wobei die zweite Bearbeitungsrichtung bezogen auf das Werkstück, ins- besondere die Schaufelscheibe, im Wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung des Werk- stücks bzw. der Schaufelscheibe verläuft,
wobei beim oszillierenden Bewegen quer zur Längsrichtung der Ausnehmung ab- wechselnd Material derjenigen Seite der Vorkontur abgetragen wird, die näher an der oszil- lierenden Elektrode angeordnet ist, bis die Endkontur der Ausnehmung hergestellt ist, e) Entfernem der Elektrode entlang der ersten Bearbeitungsrichtung aus der Ausneh- mung mit der hergestellten Endkontur.
Dieses Verfahren kann insbesondere mittels einer oben beschriebenen Arbeitsstation ausge- führt werden. Das im Schritt a) bereitgestellte Werkstück, insbesondere die bereitgestellte Schaufelscheibe, weist in der Regel bereits alle für den späteren Einsatz erforderlichen Aus- nehmungen mit der jeweiligen Vorkontur auf, wobei die Ausnehmungen entlang des gesam- ten 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 Um- fangs des Werkstücks, insbesondere der Schaufelscheibe, vorhandene Ausnehmung mit ihrer Vorkontur. Ferner kann bei dem Verfahren nach dem Schritt e) jeweils das Werkstück, ins- besondere die Schaufelscheibe relativ zur Elektrode gedreht werden bis eine weitere, insbe- sondere 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 Schaufelfuß- ausnehmung, (von der Vorkontur zur Endkontur) das Werkstück, insbesondere die Schaufel- scheibe, 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 Ausneh- mungen, 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.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen und vereinfachten Perspektivansicht eine Ausführungs- form einer Arbeitsstation zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks. Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Perspektivansicht der Arbeitsstation der Fig.
1.
Fig. 3 zeigt eine zur Fig. 2 ähnliche Perspektivansicht aus einem etwas veränderten Blick- winkel.
Fig. 4 zeigt eine weiter vergrößerte Perspektivdarstellung der Arbeitsstation der Fig. 1.
Fig. 5 zeigt eine frontale Ansicht einer Elektrodenträgeranordnung etwa entsprechend der in Fig. 4 mittels eines Pfeils angedeuteten Blickrichtung V.
Fig. 6 zeigt eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer Elektrode der Arbeits- Station und des elektrochemisch zu bearbeitenden Werkstücks.
Fig. 7 zeigt in den Teilfiguren a) bis d) die Funktionsweise (Verfahrensschritte) der Arbeits- Station mit einer Elektrode eines ersten Typs zum oszillierenden Bewegen der Elektrode in einer Ausnehmung des Werkstücks.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Darstellung der Arbeitsstation der Fig. 1 mit einer Konfigu- ration, die eine Elektrode eines zweiten Typs aufweist.
Fig. 9 zeigt in den Teilfiguren a) und b) die Funktionsweise (Verfahrensschritte) der Ar- beitsstation der Fig. 8 mit der Elektrode des zweiten Typs.
Fig. 10 zeigt in den Teilfiguren a) bis c) die Arbeitsstation der Fig. 1 mit einem zu bearbei- tenden Werkstück in unterschiedlichen Verfahrenszuständen.
Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Perspektivdarstellung eine Arbeitssta- tion 10 zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks 12. Das Werkstück 12 ist insbe- sondere 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 Vertikal träger s 16 beweglich, so dass die Werk- stückhalterung 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 Werkstück- träger 22 sind hier nicht sichtbare Antriebsvorrichtungen untergebracht, um die Bewegung der Werkstückhalterung 20 entlang des Vertikalträgers 16 zu ermöglichen und die Drehbe- wegung 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 So- ckel 26 angebracht, der um eine Moduldrehachse MZ drehbar ist. Der Sockel 26 ist mit einer in dem Horizontalträger 18 vorgesehenen, hier nicht sichtbaren Antriebseinrichtung verbun- den, welche die Drehbewegung des Sockels 26 bzw. des gesamten Moduls 24 um die Mo- duldrehachse MZ ermöglicht.
Der Aufbau des Moduls 24 wird nachfolgend unter zusammenfassender Bezugnahme auf die vergrößerten Ansichten der Fig. 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 Figuren 2 bis 5 nicht immer explizit verwiesen wird.
Das Modul 24 weist einen Modulgrundkörper 28 auf. Der Modulgrundkörper 28 wird insbe- sondere durch einen Modulbasisabschnitt 30 und zwei mit dem Modulbasisabschnitt 30 ver- bundenen Seitenträgem 32 gebildet. Der Modulgrundkörper 28, insbesondere dessen Modul- basisabschnitt 30 ist mit dem Sockel 26 verbunden, so dass der gesamte Modulgrundkörper 28 um die Moduldrehachse MZ drehbar ist, wobei die Drehrichtung in der Fig. 2 mit dem Pfeil MDR angedeutet ist. Das Modul 24 weist ferner eine Elektrodenträgeranordnung 34 auf, die am Modulgrundkör- per 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 bes- ten aus der Ansicht der Fig. 4 ersichtlich ist. Die Elektrodenträgeranordnung 34 bzw. der Trägerrahmen 36 und der Elektrodenrahmen gemeinsam ist bzw. sind relativ zum Modul- grundkörper translatorisch beweglich angeordnet. Die Translation erfolgt dabei entlang einer ersten Bearbeitungsrichtung BR1. Die erste Bearbeitungsrichtung BR1 kann zur Hauptrichtung Y (Fig. 1) im Wesentlichen parallel sein oder zur Hauptrichtung Y um einen bestimm- ten Winkel geneigt sein. Die Neigung der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 ergibt sich hier bei durch die Drehung des Modulgrundkörpers 28 um die Moduldrehachse MZ, die im We- sentlichen parallel zur Hauptrichtung Z (Fig. 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 Gleitträgem 44 abgestützt. Die Gleitträger 44 erstrecken sich zwischen den beiden Seitenträgem 32 und sind an diesen abgestützt. Im Beispiel sind die Gleitträger 44 als Stangen bzw. Rohre ausgeführt, die sich durch entspre- chende Gleitlager 45 des Trägerrahmens 36 erstrecken. Alternativ kann auch eine rollende Lagerung der Gleitträger 44 (Stangen bzw. Rohre) vorgesehen sein. Die Bewegung des Trä- gerrahmens 36 und somit auch des Elektrodenrahmens 38 entlang der ersten Bearbeitungs richtung 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 Bearbeitungs- richtung 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 aus lenkbare 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 Festkörper- gelenke 42 sind dabei so ausgebildet, dass den Elektrodenrahmen 38 in einer vorbestimmten Relativstellung (Ruheposition) zum Trägerrahmen 36 halten. Bezogen auf die zweite Bear- beitungsrichtung BR2 sind der Elektrodenrahmen 36 und der Trägerrahmen 36 in der Ruhe- position im Wesentlichen zentriert zueinander angeordnet.
Fig. 5 zeigt eine Frontansicht der Elektrodenträgeranordnung 34 ohne den Modulgrundkörper 28. Die Blickrichtung etwa einer in Fig.4 mit dem Pfeil V angedeuteten Richtung, die im Wesentlichen der Hauptrichtung Y (Fig. 1) entspricht. Zur bessere Orientierung ist verein- facht noch der Sockel 26 des Moduls 24 dargestellt. Der Elektrodenrahmen 38 und die daran angeordnete Elektrode 40 sind mittels eines Exzenterantriebs 50 (siehe auch Fig. 3, 4) ent- lang 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 Wippenele- ments 52 (siehe Fig. 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 Festkörperge- lenk 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 (Paral- lel zur Hauptrichtung Z bzw. zur Moduldrehachse MZ) etwa mittig mittels eines Wippenla- gers 58 am Trägerrahmen 36 abgestützt. Der Exzenterantrieb 50, insbesondere der Torsions- motor 52 kann durch eine (nicht dargestellte) bzw. die bereits oben erwähnte Steuereinrich- tung 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 Ex- zenterantrieb 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 da- bei so geregelt werden, dass sie anfänglich kleiner ist und bei zunehmendem Materialabtrag am Werkstück 12, insbesondere in der Ausnehmung bzw. Schaufelfußausnehmung 48, grö- ßer wird.
Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass in den Fig. 1 bis 3 und 5 zwei sogenannte Spülkammem 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 Spülkammem 64, 66 dienen bei der elektrochemi- schen Bearbeitung des Werkstücks 12 insbesondere dazu dass für die Bearbeitung erforderli- cher Elektrolyt zugeführt und darin gelöstes, abgetragenes Material abgeführt werden kann.
Fig. 6 zeigt in einer schematischen und vereinfachten Schnittdarstellung das Werkstück 12 bzw. die Schaufel scheibe 12 mit Ausnehmungen bzw. Schaufelfußausnehmungen 48. Mittels der Elektrode 40 wird bei einer Schaufelfußausnehmung 48, die bereits eine mit einem Auf- maß 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.
Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Schaufel- fußausnehmungen 48 fluchtet. Dieser Zustand ist vereinfacht und beispielhaft in Fig. 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 Fig. 7 eine Elekt- rode 40 eines ersten Typs ist, kann ein Tastvorsprung 68 vorgesehen sein. Gemäß dem Bear- beitungsverfahren 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 Fig. 7b) dargestellt.
Ist die Elektrode 40 relativ zur Schaufelfußausnehmung korrekt ausgerichtet, wird die Elekt- rode 40 entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 in die vorkonturierte Schaufelfußaus- nehmung 48 eingeführt. Sobald die Elektrode 40 vollständig in der vorkonturierten Schaufel- fußausnehmung 48 eingeführt ist, was beispielhaft in Fig. 7c) dargestellt ist, kann die Elekt- rode 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 Fig. 7d) dargestellt.
Es wird darauf hingewiesen, dass während der elektrochemischen Bearbeitung der Schaufel fußausnehmung 48 die Spülkammem 64, 66 am Werkstück 12 anliegen, so dass ein im We sentlichen 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 Oszillationsbe- wegung 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 Fig. 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 Umkehr- punkt der Amplitude der Oszillationsbewegung befindet. Anders ausgedrückt wird eine Spannung immer dann angelegt, wenn sich die Elektrode einer Seite der Schaufelfußausneh- mung angenähert hat. Entsprechend wird die Vorkontur jeweils auf der Seite elektroche- misch bearbeitet bzw. abgetragen, die näher zur Elektrode 40 liegt, wenn diese unter Span- nung gesetzt wird. Da in einem solchen Zustand zwischen der anderen Seite der Schaufel- fußausnehmung 48 und der Elektrode 40 ein etwa größerer Abstand vorhanden ist, kann durch diesen Spalt mit Elektrolyt gespült werden. In Abhängigkeit der oszillierenden Bewe- gung 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 erfolg- ten Materialabtrags vergrößert werden. Ist also beispielsweise durch das elektrochemische Bearbeiten der Schaufelfußausnehmung 48 ein beidseitiger Materialabtrag von 0,05mm er- folgt, kann die Amplitude der Oszillationsbewegung der Elektrode 40 entsprechend um etwa 0,05mm vergrößert werden. Bei der Herstellung einer Endkontur einer Schaufelfußausneh mung 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 Schaufelfußaus- nehmung 48 eingefuhrt werden kann. Nach der elektrochemischen Bearbeitung mittels PECM beträgt der beidseitige bzw. allseitige Abstand zwischen Elektrode 40 und der End- kontur der Schaufelfußausnehmung etwa 0,25 bis 0,4mm.
Es wird darauf hingewiesen, dass durch die elektrochemische Herstellung der Endkontur ei- ner Schaufelfußausnehmung keine mechanischen Einwirkungen vorliegen, die zu uner- wünschten geometrischen Abweichungen bei der Endkontur fuhren. Die oszillierende Bewe- gung und somit auch die elektrochemische Bearbeitung erfolgt im Wesentlichen in Umfangs- richtung 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 komple- mentäre 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 Ar- beitsstation 10 elektrochemisch weiter bearbeitet werden, um die Endkontur der Schaufel- fußausnehmungen 48 herzustellen.
Alternativ zu einer mechanischen Herstellung von vorkonturierten Schaufelfußausnehmun gen können auch die Schaufelfußausnehmungen mittels elektrochemischer Bearbeitung her- gestellt werden. Die kann insbesondere mittels einer Arbeitsstation 10 erfolgen, bei eine Elektrode 140 eines zweiten Typs eingesetzt wird, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Die Elektrode 140 des zweiten Typs kann anstatt der Elektrode 40 des ersten Typs an dem Elekt- rodenrahmen 38 bzw. dem Trägerrahmen 36 angebracht werden. Ferner ist aus der Fig. 8 ersichtlich, dass zwei andere Spülkammern 164, 166 zum Einsatz kommen. Entsprechend können auch die Spülkammem an der Arbeitsstation 10 austauschbar ausgebildet sein.
Eine vorkonturierte Schaufelfußausnehmung 48 mit ihrer Vorkontur 60 wird in einer Schau- felscheibe 12 mittels einer Arbeitsstation 10 etwa wie folgt hergestellt. An der Werkstückhai - terung 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 Bearbeitungs- richtung BR1, entlang welcher auch die Elektrode 140 des zweiten Typs translatorisch be- weglich ist, so ausgerichtet ist, dass sie mit einer gewünschten Ausrichtung einer Längsrich- tung der herzustellenden Schaufelfußausnehmungen 48 übereinstimmt.
Sobald das Modul 24 korrekt ausgerichtet ist, wird die Schaufelscheibe 12 mittels der Werk zeughalterung entlang der Zustellachse ZA nach unten bewegt bis sie in einer gewünschten Relativstellung zum Modul 24 angeordnet ist. Ein solcher Zustand ist beispielhaft in Fig. 9a) dargestellt. In diesem Zustand liegen die beiden feststehenden Spülkammem 164, 166 beid- seitig 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 stimseitig (dem Werkstück zugewandt) offene Elektrolytzuführung 141auf.
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 Schaufel- scheibe 12, wobei aufgelöstes Material der Schaufelscheibe entlang der Elektrode 140 in die zweite Spülkammer abfließen kann. Dieser elektrochemische Vortrieb wird solange durchge- führt bis die Elektrode 140 vollständig durch die Schaufelscheibe 12 hindurchgetreten ist und die vorkonturierte Schaufelfußausnehmung 48 hergestellt ist. Dies ist beispielhaft in Fig. 9b) dargestellt. Anschließend wird die Elektrode 140 entlang der ersten Bearbeitungsrichtung BR1 wieder in die zweite Spülkammer 166 bewegt. Die Schaufelscheibe wird mittels der Werkzeughai terung um die Werkstückdrehachse WDA (Fig. 1) etwas gedreht, so dass die nächste vorkonturierte Schaufelfußausnehmung hergestellt werden kann, wie dies eben be- schrieben worden ist.
Die hier vorgestellte Arbeits Station 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 Fig. 10 illustrierten Hauptschritten eingesetzt wer- den. Gemäß Fig. 10 erfolgt nach dem Bereitstellen einer Schaufelscheibe 12, bei der schon vorkonturierte Schaufelfußausnehmungen vorhanden sind oder die noch einen durchgehen- den (massiven) Umfangsrand aufweist, eine Ausrichtung des Moduls 24 durch Drehung um die Moduldrehachse MZ. Da mit dem Modul 24 auch die für die elektrochemische Bearbei- tung verwendete Elektrode 40, 140 mit gedreht wird, kann die Elektrode entsprechend in Relation zur Schaufel scheibe und dem (gewünschten bzw. vorhandenen) Verlauf der Schau- felfußausnehmungen ausgerichtet werden. Gemäß Fig. lOb) erfolgt anschließend eine Zu- stellbewegung des Schaufelscheibe 12 entlang der Zustellachs ZA nach unten, bis eine ge- wünschte Position erreicht ist, in der eine elektrochemische Bearbeitung mittels der Elektro- de 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 vorkontu- rierten 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 Bearbeitungs- richtung BR2 oszillierend bewegt. Sobald die Vorkontur mittels der Elektrode 140 des zwei ten 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) Schau- felfußausnehmung hergestellt bzw. bearbeitet werden kann. In Bezug auf die Fig. 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 ledig- lich Richtungsangaben dar, die aus dem CAD-System stammen, mit dem die Darstellungen erstellt worden sind. Ferner wird noch darauf hingewiesen, dass in den Fig. lOa bis c) die Arbeitsstation 10 nur der Elektrode 40 des ersten Typs und die zugehörigen Spülkammem 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 er- setzt werden könnten, wie dies beispielhaft in den Fig. 2 und 8 bzw. 7 und 9 ersichtlich ist.
Eine Arbeitsstation 10 mit einer Elektrode 140 des zweiten Typs (siehe Fig. 8 und 9) zur Herstellung einer Schaufelscheibe mit vorkonturierten Schaufelfußausnehmungen und eine Arbeitsstation 10 mit einer Elektrode 40 des ersten Typs (siehe Fig. 1-7) zur Herstellung ei- ner 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
C,U,Z Hauptrichtungen (orthogonal zueinander)

Claims

Ansprüche
1. Arbeitsstation (10) zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks (12), insbe- sondere 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 Modulgrundkör- per (28) aufweist, der relativ zur Basisstruktur (14) um eine Moduldrehachse (MZ) drehbar ist;
eine an der Basisstruktur (14) befestigte Werkstückhalterung (20), an der das Werk- stück (12) befestigbar oder befestigt ist, wobei die Werkstückhalterung (20) relativ zur Ba- sisstruktur (14) entlang einer zur Modul drehachse (MZ) parallelen Zustellachse (ZA) beweg- lich 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 Trägerrah- men (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.
2. 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.
3. Arbeitsstation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägerrah men (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) ver- bunden ist.
4. Arbeitsstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterantrieb (50) einen Torsionsmotor (51) umfasst.
5. 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 Ausneh- mung (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.
6. 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.
7. Arbeitsstation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Außenkontur der Elektrode (40) des ersten Elektrodentyps und einer im Werkstück be- reits vorhandenen Vorkontur (60) der Ausnehmung (48) vor dem Beginn einer oszillierenden elektrochemischen Bearbeitung bei weniger als oder gleich etwa 0,1 mm liegt.
8. 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) einführ- bar ist, wobei die Elektrode (40) bezogen auf die Einführrichtung (BR1) an einem vorderen Bereich einen Tastvorsprung (68) aufweist.
9. Arbeits Station 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 Einfuhren 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.
10. Arbeitsstation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (140) des zweiten Typs dazu eingerichtet ist, mittels elektrochemischer Bearbei- tung 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.
11. Anlage zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere eines rota tionssymmetrischen 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.
12. 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 wenigs- tens einer an dessen Umfangsrand ausgebildeten Ausnehmung (48), die eine mit einem Auf- maß versehene Vorkontur (60) aufweist;
b) Ausrichten einer Elektrode (40) in Abhängigkeit von Messwerten, die an der Vorkon- tur (60) erfasst werden,
c) Einfuhren der Elektrode in die vorkonturierte Ausnehmung (48) entlang einer ersten Bearbeitungsrichtung (BR1), die im Wesentlichen einer Längsrichtung (LR) der Ausneh- mung (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) Entfernem der Elektrode (40) entlang der ersten Bearbeitungsrichtung (BR1) aus der Ausnehmung (48) mit der hergestellten Endkontur (62).
13. 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).
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei nach dem Schritt e) jeweils das Werkstück, ins- besondere 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.
15. 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 elektro- chemischen 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 Längsrich- tung (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.
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