EP4415915A1 - Verfahren zum elektrochemischen bearbeiten eines werkstücks - Google Patents

Verfahren zum elektrochemischen bearbeiten eines werkstücks

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Publication number
EP4415915A1
EP4415915A1 EP22792763.9A EP22792763A EP4415915A1 EP 4415915 A1 EP4415915 A1 EP 4415915A1 EP 22792763 A EP22792763 A EP 22792763A EP 4415915 A1 EP4415915 A1 EP 4415915A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
filter system
workpiece
membrane filter
electrolyte liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22792763.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicole Feiling
Martin Könitzer
Gazmen Dzemajili
Alexander Bogner
Ferhat Gever
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP4415915A1 publication Critical patent/EP4415915A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H3/00—Electrochemical machining, i.e. removing metal by passing current between an electrode and a workpiece in the presence of an electrolyte
    • B23H3/10—Supply or regeneration of working media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/18—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/087—Single membrane modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/16—Rotary, reciprocated or vibrated modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/10—Working turbine blades or nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
    • B01D2315/02—Rotation or turning

Definitions

  • the present invention relates to a method for machining a workpiece by electrochemical removal.
  • a working gap is set between the workpiece and the tool, with the workpiece then typically being polarized as the anode and the tool as the cathode. Due to the non-contact processing, comparatively hard materials can also be processed by removing material, which is why the method can be used advantageously in the production of components for axial flow machines, in particular aircraft engines. Against this background, there may also be special requirements for the accuracy or reproducibility of workpiece processing. This is intended to illustrate a preferred field of application, but initially not restrict the present subject matter in its generality.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying a particularly advantageous method for machining a workpiece by electrochemical removal.
  • An electrolyte liquid in which the charge is transported in the working gap between the tool and the workpiece, is fed to a membrane filter system, i.e. filtered through a membrane and then used again for electrochemical removal.
  • the electrolyte liquid is circulated through the membrane filter system.
  • the electrolyte liquid flows tangentially over its membrane, which is caused in this case by a relative movement. tion of the membrane is achieved, for example. Relative to a wall that delimits a cavity into which the electrolyte liquid to be filtered is introduced upstream of the membrane.
  • the relative movement is preferably effected by a rotational movement of the membrane (see below in detail). Regardless of the type of movement in detail, due to the relative movement, for example a comparatively high permeate flow, ie flow of the filtered electrolyte liquid, can be achieved, so that less electrolyte liquid is required overall in the circuit.
  • the filtration performance can be an order of magnitude higher, for example.
  • the system can also be provided, for example, without prior sedimentation, ie without a lamella clarifier upstream of the membrane filter system. This can result in a lower area or space requirement and z. B. also favor more uniform conditions during electrochemical removal. The latter can be advantageous, especially with regard to the preferred application in the production of components for turbomachines (because of the high level of accuracy required).
  • the electrolyte liquid or solution can also depend on the material of the workpiece, for example, aqueous solutions of sodium chloride or sodium nitrate. Irrespective of the specific electrolyte liquid, a stream of electrons can occur in the working gap during ablation, which releases metal cations from the metallic workpiece. Depending on the material, these can be, for example, Ni2+, Fe2+, Fe3+, Cr6+ etc. As a result of the electrochemical removal, the electrolyte liquid can be contaminated with environmentally critical substances, which is why, conversely, the limited process volume has an advantageous effect. With a view to safety precautions etc. it can be advantageous if a smaller volume of a potentially critical liquid has to be handled. In general, the filtration is preferably carried out without additional chemicals, i.e. no flocculants are or have to be added, for example.
  • a comparatively high concentration of the retentate ie the components filtered out, can also be achieved, which can be advantageous in terms of disposal (see below in detail).
  • a higher concentration of retentate can also be used, for example, to achieve a higher electrolyte yield.
  • the membrane is provided in the form of a disk, that is to say flat, in particular planar, and preferably with a circular contour. Regardless of the shape of the pane, the membrane can preferably delimit an interior space with two membrane walls lying opposite one another.
  • the electrolyte liquid is preferably conducted from the outside to the inside, ie the permeate is discharged via the interior space between the membrane walls.
  • the membrane can also be made of corundum, for example, regardless of the shape.
  • the membrane is mounted on a shaft on which it is rotated during filtering to generate the relative movement.
  • the membrane can in particular have the shape of a disk, with a central axis of the disk preferably coinciding with the axis of rotation of the shaft.
  • Multiple diaphragms can also be axially offset on the shaft, as discussed in more detail below be arranged, in particular mutually structurally identical membranes translationally symmetrical.
  • the relative movement according to the main claim could generally also be implemented, for example, with a slide which, viewed in a stationary coordinate system, is moved along the membrane when the membrane is at rest.
  • the membrane filter system has a second membrane which is arranged so that it overlaps the first membrane.
  • the membranes are moved relative to each other, the first membrane is preferably arranged on the first shaft (see above) and the second membrane is arranged on a second shaft, which is also rotated as seen in the stationary coordinate system.
  • the corrugations are preferably parallel to one another, with the partial overlap being present when viewed in the axial direction.
  • the shafts and thus the axes of rotation can in particular be vertical. Regardless of these details, the rotation preferably takes place in the same direction of rotation, ie the shafts are rotated in the same direction of rotation.
  • the shafts are each equipped with a plurality of membranes, with the membranes of the shafts intermeshing alternately in the axial direction.
  • Diaphragms of one shaft that are axially next to one another thus each form an intermediate space into which a diaphragm of the other shaft engages, and vice versa.
  • the throughput can be increased or the size of the membrane filter system can be optimized with parallel operation.
  • an inlet of the membrane filter system is arranged at the bottom and the retentate outlet is arranged at the top.
  • the filtered retentate which is typically still pumpable, i.e. not solid, is discharged via the latter.
  • the permeate can be discharged from the interior of the membrane or the interiors of the membranes, for example via a channel in the shaft, with removal then preferably being able to take place vertically below in the case of a vertical orientation.
  • the retentate filtered out in the membrane filter system is then further concentrated, preferably in a press.
  • a membrane filter press can be provided, which, for example, can also be preceded by a further press in a storage container. Due to the "pre-thickening" in the membrane filter system, the volume flow can be reduced, so fewer presses can be required compared to conventional ultrafiltration. The further concentrated retentate is then preferably dried, which can be advantageous with regard to disposal. For example, only a solid with potentially critical components then has to be disposed of (reduced volume).
  • the workpiece machined by electrochemical removal is a component for a turbomachine, in particular for an aircraft engine.
  • the component can be, for example, a rotor disk into which a blade root receptacle is incorporated by removing material; alternatively, however, a blade root or also another component, in particular then arranged in the gas duct, can also be produced.
  • the invention also relates to a processing device which has a processing unit, a membrane filter system and a feed device.
  • the workpiece can be arranged in the machining unit and machined by electrochemical material removal; it can in particular have a machining cathode and a container in which the workpiece can be kept in the electrolyte liquid.
  • a processing device which has a processing unit, a membrane filter system and a feed device.
  • the workpiece can be arranged in the machining unit and machined by electrochemical material removal; it can in particular have a machining cathode and a container in which the workpiece can be kept in the electrolyte liquid.
  • the feed device conveys the electrolyte liquid from the processing unit to the membrane filter system, preferably via a dirt tank in which the used electrolyte liquid is temporarily stored in front of the filter.
  • it transports the filtered electrolyte liquid, i.e. the permeate, back to the membrane filter system, preferably via a fresh tank.
  • the filtered electrolytic fluid can be temporarily stored in the latter before it is fed back to the processing unit, i.e. used for electrochemical removal.
  • a safety filter can be provided between the freshening tank and the processing unit in order to prevent solids from entering the processing unit in any case.
  • the processing device can also have a press, in particular a membrane filter press, and a dryer.
  • it can include a control unit which, for example, controls the feed device and the membrane filter system, for example combined with level sensors on the dirt and/or fresh tank.
  • FIG. 1 shows a device for machining a workpiece by electrochemical removal, with a machining unit and a membrane filter system;
  • FIG. 2 summarizes some method steps in a flow chart
  • FIG. 3 shows an axial flow machine, namely an aircraft engine, to illustrate a preferred area of application.
  • the processing unit 12 has a processing cathode 13 and a reservoir 14 in which the workpiece 11 is kept in an electrolyte liquid 15 .
  • An electron current is established in a working gap 16 between the workpiece 11 and the working cathode 13 , as a result of which metal ions are released from the workpiece 11 .
  • metal cations accumulate in the electrolyte liquid 15.
  • the used electrolyte liquid 15 is fed from the reservoir 14 to a membrane filter system 20 by means of a feed unit 16 . In the present case, this takes place via a dirt tank 17 and corresponding piping 18.
  • the membrane filter system 20 has a first membrane 21 and a second membrane 22, which are each designed in the shape of a disk and are rotatably mounted on a respective shaft 23, 24.
  • a plurality of membranes 25 are arranged axially one after the other on the shafts 23, 24, and these engage with one another with an overlap.
  • the electrolyte liquid 15 is fed to the membrane filter system 20, specifically an interior space 26 in which the membranes 25 are arranged, via an inlet 27.
  • the membranes 25 each delimit an interior space 30 between two membrane walls, into which the filtered electrolyte liquid passes through the membrane walls. From there, the filtered electrolyte liquid can be discharged as permeate 31 via the respective shaft 23 , 24 .
  • the shafts 23, 24 and thus the membranes 25 are rotated during the filtration and thus moved relative to one another, which results in an effective tangential overflow of the membrane walls with the electrolyte liquid to be filtered.
  • the filtered electrolyte liquid ie the permeate 31, is first fed via a pipework 38 into a freshening tank 39 and then back to the processing unit 12.
  • a safety filter 40 is provided to prevent the entry of solids.
  • the retentate 41 is removed at a retentate outlet 47, it is fed to a membrane filter press 43 via a storage container 42 with a press 42.1. It then goes into a dryer 44 and the component that has been filtered out can be disposed of as a solid.
  • FIG. 2 Some method steps are summarized in a flow chart 50 in FIG. 2 .
  • the workpiece is machined by electrochemical removal 51 in the machining unit.
  • the electrolyte liquid 15 used is then filtered 52, with the permeate being fed back to the processing unit 12 53.
  • the retentate is pressed 54 and dried 55.
  • 3 shows an axial flow machine 60, specifically an aircraft engine 61.
  • This is functionally divided into a compressor 62, a combustion chamber 63 and a turbine 64, with both the compressor 62 and the turbine 64 being constructed from several stages, each with a stator and a rotor (not specifically referenced).
  • Air drawn in is compressed in the compressor 62 and then burned in the combustion chamber 63 with added kerosene.
  • the resulting hot gas is expanded in the turbine 64, the kinetic energy obtained being used to drive the compressor 62 and to generate thrust.
  • Membrane filter system 20 first membrane 21 second membrane 22

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (11) durch Elektrochemisches Abtragen (51), bei dem in einer Elektrolytflüssigkeit (15) Material von dem Werkstück (11) abgetragen wird, wobei die Elektrolytflüssigkeit (15) dann in einem Membranfiltersystem (20) gefiltert wird (52), welches Membranfiltersystem (20) eine Membran (21) aufweist, die während des Filterns in dem Membranfiltersystem (20) relativ bewegt wird, wobei die gefilterte Elektrolytflüssigkeit (15) wieder zum Elektrochemischen Abtragen (51) genutzt wird.

Description

VERFAHREN ZUM ELEKTROCHEMISCHEN BEARBEITEN EINES WERKSTÜCKS
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks durch elektrochemisches Abtragen.
Stand der Technik
Beim elektrochemischen Abtragen wird zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug ein Arbeitsspalt eingestellt, wobei das Werkstück dann typischerweise als Anode und das Werkzeug als Kathode polarisiert wird. Aufgrund der insofern berührungslosen Bearbeitung lassen sich auch vergleichsweise harte Werkstoffe materialabtragend bearbeiten, weswegen das Verfahren vorteilhaft bei der Herstellung von Bauteilen für axiale Strömungsmaschinen, insbesondere Flugtriebwerke genutzt werden kann. Vor diesem Hintergrund können sich auch besondere Anforderungen an die Genauigkeit bzw. Reproduzierbarkeit der Werkstückbearbeitung ergeben. Dies soll ein bevorzugtes Anwendungsumfeld illustrieren, den vorliegenden Gegenstand aber zunächst nicht in seiner Allgemeinheit beschränken.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks durch elektrochemisches Abtragen anzugeben.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Dabei wird eine Elektrolytflüssigkeit, in der im Arbeitsspalt zwischen Werkzeug und Werkstück der Ladungstransport erfolgt, einem Membranfiltersystem zugeführt, also über eine Membran gefiltert und anschließend wieder zum elektrochemischen Abtragen genutzt. Die Elektrolytflüssigkeit wird über das Membranfiltersystem in einem Kreislauf gefahren. In dem Membranfiltersystem wird dessen Membran dabei von der Elektrolytflüssigkeit tangential überströmt, was vorliegend durch eine Relativbewe- gung der Membran erreicht wird, bspw. relativ zu einer Wandung, die eine Kavität begrenzt, in welche die zu filternde Elektrolytflüssigkeit der Membran vorgelagert eingebracht wird. Vorzugsweise erfolgt die Relativbewegung durch eine Rotationsbewegung der Membran (siehe unten im Detail). Unabhängig von der Art der Bewegung im Einzelnen kann aufgrund der Relativbewegung bspw. ein vergleichsweise hoher Permeatfluss, also Fluss der gefilterten Elektrolytflüssigkeit erreicht werden, sodass in dem Kreislauf insgesamt weniger Elektrolytflüssigkeit erforderlich ist.
Im Vergleich zu einer Ultrafiltration (Dead-End- oder Cross-Flow -Betrieb) können bspw. höhere Trockensubstanzgehalte erreicht werden, zudem kann der Rückspülaufwand geringer sein (im Vergleich zu Dead-Idow) bzw. der Energiebedarf reduziert sein (im Vergleich zu Cross-Flow) . Im Vergleich zu einer konventionellen Ultrafiltration kann bspw. ein höherer Permeatfluss erreicht werden (pro Quadratmeter Filterfläche), die Filtrationsleistung kann bspw. um eine Größenordnung höher liegen. Das System kann bspw. auch ohne vorherige Sedimentation vorgesehen sein, also ohne dem Membranfiltersystem vorgelagerten Schrägklärer. Dies kann einen geringeren Flächen- bzw. Raumbedarf ergeben und z. B. auch gleichmäßigere Bedingungen beim elektrochemischen Abtragen an sich begünstigen. Letzteres kann speziell mit Blick auf die bevorzugte Anwendung bei der Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen von Vorteil sein (wegen der hohen erforderlichen Genauigkeiten).
Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei bei der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung stets sowohl auf Verfahrens- als auch auf entsprechende Verwendungs- bzw. Vorrichtungsaspekte zu lesen. Sie richtet sich zum einen auf das Bearbeitungsverfahren, zum anderen aber implizit immer auch auf eine entsprechende Vorrichtung mit Bearbeitungseinheit zum elektrochemischen Abtragen und Membranfiltersystem.
Die Elektrolytflüssigkeit bzw. -lösung kann bspw. auch von dem Werkstoff des Werkstücks abhängen, exemplarisch können wässrige Lösungen von Natriumchlorid oder Natriumnitrat genannt werden. Unabhängig von der Elektrolytflüssigkeit im Einzelnen kann sich beim Abtragen im Arbeitsspalt ein Elektronenstrom einstellen, der Metallkationen aus dem metallischen Werkstück löst. Bei diesen kann es sich je nach Werkstoff bspw. um Ni2+, Fe2+, Fe3+, Cr6+ etc. handeln. Die Elektrolytflüssigkeit kann in Folge des elektrochemischen Abtragens mit umwelttechnisch kritischen Stoffen belastet sein, weswegen umgekehrt das begrenzte Prozessvolumen vorteilhaft zum Tragen kommt. Mit Blick auf Sicherheitsvorkehrungen etc. kann es von Vorteil sein, wenn ein kleineres Volumen einer potentiell kritischen Flüssigkeit gehandhabt werden muss. Generell erfolgt die Filtration bevorzugt ohne zusätzliche Chemikalien, werden bzw. müssen also bspw. keine Flockungshilfsmittel zugesetzt werden.
Ferner kann mit der Relativbewegung auch eine vergleichsweise hohe Aufkonzentration des Retentats, also der ausgefilterten Bestandteile erreicht werden, was hinsichtlich der Entsorgung von Vorteil sein kann (siehe unten im Detail). Durch eine höhere Retentatkonzentration kann bspw. auch eine höhere Elektrolyt-Ausbeute erreicht werden, der Schlamm lässt sich z. B. auf einen definierten Feststoffgehalt vorkonditionieren. Dieser kann bspw. in einem Bereich von 10-25 Gew. -% liegen, bevorzugt 15-20 Gew.-%.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Membran scheibenförmig vorgesehen, also flach, insbesondere plan, und bevorzugt mit einer kreisrunden Kontur. Auch unabhängig von der Scheibenform kann die Membran bevorzugt mit zwei einander gegenüberliegenden Membranwänden einen Innenraum begrenzen. Bevorzugt wird die Elektrolytflüssigkeit dabei von außen nach innen geführt, wird also das Permeat über den Innenraum zwischen den Membranwänden abgeführt. Auch unabhängig von der Form kann die Membran bspw. aus Korund vorgesehen sein.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Membran auf einer Welle gelagert, auf der sie während des Filterns zur Erzeugung der Relativbewegung gedreht wird. Die Membran kann hierbei insbesondere eine Scheibenform haben, wobei eine Mittenachse der Scheibe bevorzugt mit der Drehachse der Welle zusammenfällt. Wie nachstehend im Einzelnen diskutiert, können auf der Welle auch mehrere Membranen axial versetzt angeordnet sein, insbesondere zueinander baugleiche Membranen translations symmetrisch. Alternativ zum Drehen der Membran ließe sich die hauptanspruchsgemäße Relativbewegung im Allgemeinen bspw. auch mit einem Schieber realisieren, der in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet bei ruhender Membran entlang dieser bewegt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Membranfiltersystem eine zweite Membran auf, die mit der ersten Membran überlappend angeordnet ist. Die Membranen werden relativ zueinander bewegt, bevorzugt ist die erste Membran dazu auf der ersten Welle angeordnet (siehe vorne) und ist die zweite Membran auf einer zweiten Welle angeordnet, die im ortsfesten Koordinatensystem gesehen ebenfalls gedreht wird. Dabei liegen die Wellen bevorzugt parallel zueinander, wobei der teilweise Überlapp in axialer Richtung betrachtet vorliegt. Im ortsfesten Koordinatensystem können die Wellen und damit die Drehachsen insbesondere vertikal liegen. Unabhängig von diesen Details erfolgt die Drehung bevorzugt mit gleichem Drehsinn, werden die Wellen also mit der gleichen Drehrichtung gedreht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wellen jeweils mit mehreren Membranen ausgestattet, wobei die Membranen der Wellen axial abwechselnd ineinandergreifen. Axial nächstbenachbarte Membranen der einen Welle bilden also jeweils einen Zwischenraum, in den eine Membran der anderen Welle eingreift, und umgekehrt. Generell kann mit dem Parallelbetrieb der Durchsatz erhöht bzw. die Baugröße des Membranfiltersystems optimiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im ortsfesten Koordinatensystem betrachtet ein Zulauf des Membranfiltersystems unten und ist der Retentatablauf oben angeordnet. Über letzteren wird das ausgefilterte Retentat abgeführt, das typischerweise noch pumpbar, also nicht fest ist. Unabhängig davon kann das Permeat aus dem Innenraum der Membran bzw. den Innenräumen der Membranen bspw. über einen Kanal in der Welle abgeführt werden, wobei bei einer vertikalen Ausrichtung die Entnahme dann bevorzugt vertikal unten erfolgen kann. In bevorzugter Ausgestaltung wird das in dem Membranfiltersystem ausgefilterte Retentat anschließend weiter aufkonzentriert, vorzugsweise in einer Presse. Dabei kann insbesondere eine Membranfilterpresse vorgesehen sein, welcher bspw. auch eine weitere Presse in einem Vorlagebehälter vorgelagert sein kann. Durch die „Vorverdickung“ im Membranfiltersystem kann der Volumenstrom reduziert werden, können also etwa im Vergleich zu einer konventionellen Ultrafiltration weniger Pressen erforderlich sein. Das weiter aufkonzentrierte Retentat wird dann bevorzugt getrocknet, was hinsichtlich der Entsorgung von Vorteil sein kann. Es muss dann bspw. nur noch ein Feststoff mit potentiell kritischen Bestandteilen entsorgt werden (verringertes Volumen).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das durch elektrochemisches Abtragen bearbeitete Werkstück ein Bauteil für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk. Bei dem Bauteil kann es sich bspw. um eine Laufscheibe handeln, in welche materialabtragend eine Schaufelfußaufnahme eingebracht wird; alternativ kann aber ebenso ein Schaufelfuß oder auch ein anderes, insbesondere dann im Gaskanal angeordnetes Bauteil hergestellt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Bearbeitungsvorrichtung, die eine Bearbeitungseinheit, ein Membranfiltersystem und eine Zuführvorrichtung aufweist. In der Bearbeitungseinheit kann das Werkstück angeordnet und durch elektrochemisches Materialabtragen bearbeitet werden, sie kann insbesondere eine Bearbeitungskathode und ein Behältnis aufweisen, in dem das Werkstück in der Elektrolytflüssigkeit vorgehalten werden kann. Hinsichtlich möglicher Details des Membranfiltersystems wird auf die vorstehende Offenbarung verwiesen.
Die Zuführvorrichtung befördert einerseits die Elektrolytflüssigkeit von der Bearbeitungseinheit zum Membranfiltersystem, vorzugsweise über einen Schmutztank, in dem die benutzte Elektrolytflüssigkeit vor dem Filter zwischengespeichert wird. Ferner befördert sie die gefilterte Elektrolytflüssigkeit, also das Permeat, dann wieder zum Membranfiltersystem, vorzugsweise über einen Frischtank. In Letzterem kann die gefilterte Elektrolytflüssigkeit zwischengespeichert werden, bevor sie wieder der Bearbeitungseinheit zugeführt, also zum elektrochemischen Abtragen genutzt wird. Zwischen dem Frischtank und der Bearbeitungseinheit kann dabei ein Sicherheitsfil- ter vorgesehen sein, um einen Feststoffeintrag in die Bearbeitungseinheit in jedem Fall zu vermeiden. Die Bearbeitungsvorrichtung kann ferner, wie vorstehend geschildert, eine Presse, insbesondere Membranfilterpresse, und einen Trockner aufweisen. Ferner kann sie eine Steuereinheit umfassen, welche bspw. die Zuführvorrichtung und das Membranfiltersystem ansteuert, bspw. kombiniert mit Füllstandsensoren an Schmutz- und/oder Frischtank.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
Figur 1 eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks durch elektrochemisches Abtragen, mit einer Bearbeitungseinheit und einem Membran- filtersystem;
Figur 2 einige Verfahrensschritte in einem Flussdiagramm zusammengefasst;
Figur 3 eine axiale Strömungsmaschine, nämlich ein Flugtriebwerk zur Illustration eines bevorzugten Anwendungsbereichs.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Bearbeiten eines Werkstücks 11 durch elektrochemisches Abtragen. Die Bearbeitungseinheit 12 weist eine Bearbeitungskathode 13 und ein Reservoir 14 auf, in dem das Werkstück 11 in einer Elektrolytflüssigkeit 15 vorgehalten wird. In einem Arbeitsspalt 16 zwischen dem Werkstück 11 und der Bearbeitungskathode 13 stellt sich ein Elektronenstrom ein, infolgedessen werden Me- tallionen aus dem Werkstück 11 gelöst. Im Zuge der materialabtragenden Bearbeitung reichern sich in der Elektrolytflüssigkeit 15 Metallkationen an. Mittels einer Zuführeinheit 16 wird die benutzte Elektrolytflüssigkeit 15 aus dem Reservoir 14 einem Membranfiltersystem 20 zugeführt. Dies erfolgt vorliegend über einen Schmutztank 17 und eine entsprechende Verrohrung 18. Das Membranfilter- system 20 weist eine erste Membran 21 und eine zweite Membran 22 auf, die jeweils scheibenförmig ausgebildet und auf einer jeweiligen Welle 23, 24 drehbar gelagert sind. Auf den Wellen 23, 24 sind jeweils mehrere Membranen 25 axial aufeinanderfolgend angeordnet, diese greifen mit einem Überlapp ineinander.
Die Elektrolytflüssigkeit 15 wird dem Membranfiltersystem 20, konkret einem Innenraum 26, in dem die Membranen 25 angeordnet sind, über einen Zulauf 27 zugeführt. Die Membranen 25 begrenzen jeweils zwischen zwei Membranwänden einen Innenraum 30, in den die gefilterte Elektrolytflüssigkeit durch die Membranwände gelangt. Von dort kann die gefilterte Elektrolytflüssigkeit über die jeweilige Welle 23, 24 als Permeat 31 abgeführt werden. Die Wellen 23, 24 und damit die Membranen 25 werden während der Filtration gedreht und damit relativ zueinander bewegt, was eine effektive tangentiale Überströmung der Membranwände mit der zu filternden Elektrolytflüssigkeit ergibt.
Die gefilterte Elektrolytflüssigkeit, also das Permeat 31 wird über eine Verrohrung 38 zunächst in einen Frischtank 39 und dann wieder der Bearbeitungseinheit 12 zugeführt. Um einen Feststoffeintrag zu vermeiden, ist ein Sicherheitsfilter 40 vorgesehen. Oben am Membranfiltersystem 20 wird das Retentat 41 an einem Retentatablauf 47 entnommen, es wird über einen Vorlagebehälter 42 mit einer Presse 42. 1 einer Membranfilterpresse 43 zugeführt. Danach gelangt es in einen Trockner 44 und kann der ausgefilterte Bestandteil als Feststoff entsorgt werden.
In Fig. 2 sind einige Verfahrensschritte in einem Flussdiagramm 50 zusammengefasst. In der Bearbeitungseinheit wird das Werkstück durch elektrochemisches Abtragen 51 bearbeitet. Die dabei benutzte Elektrolytflüssigkeit 15 wird anschließend gefiltert 52, wobei das Permeat wieder der Bearbeitungseinheit 12 zugeführt wird 53. Das Retentat wird gepresst 54 und getrocknet 55. Fig. 3 zeigt eine axiale Strömungsmaschine 60, konkret ein Flugtriebwerk 61. Dieses gliedert sich funktional in Verdichter 62, Brennkammer 63 und Turbine 64, wobei sowohl der Verdichter 62 als auch die Turbine 64 aus mehreren Stufen mit jeweils einem Stator und einem Rotor aufgebaut ist (nicht im Einzelnen referenziert). Im Verdichter 62 wird angesaugte Luft komprimiert, diese wird dann in der Brennkammer 63 mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas wird in der Turbine 64 expandiert, wobei die gewonnene kinetische Energie zum Antreiben des Verdichters 62 und zur Vorschuberzeugung genutzt wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
Vorrichtung 10
Werkstück 11
Bearbeitungseinheit 12
Bearbeitungskathode 13
Reservoir 14
Elektrolytflüssigkeit 15
Arbeitsspalt 16
Zuführeinheit 16
Schmutztank 17
Verrohrung 18
Membranfiltersystem 20 erste Membran 21 zweite Membran 22
Welle (erste, zweite) 23, 24 mehrere Membranen 25
Innenraum 26
Zulauf 27
Innenraum 30
Permeat 31
Verrohrung 38
Frischtank 39
Sicherheitsfilter 40
Retentat 41
Vorlagebehälter 42
Presse des Vorlagebehälters 42.1
Membranfilterpresse 43
Trockner 44
Feststoff 45
Retentatablauf 47
Flussdiagramm 50 Elektrochemisches Abtragen 51
Filtern 52
Zuführen (des Permeats der Bearbeitungseinheit) 53
Pressen 54 Trocknen 55 axiale Strömungsmaschine 60
Flugtriebwerk 61
Verdichter 62
Brennkammer 63 Turbine 64

Claims

ANSPRÜCHE Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (11) durch Elektrochemisches Abtragen (51), bei dem in einer Elektrolytflüssigkeit (15) Material von dem Werkstück (11) abgetragen wird, wobei die Elektrolytflüssigkeit (15) dann in einem Membranfiltersystem (20) gefiltert wird (52), welches Membranfiltersystem (20) eine Membran (21) aufweist, die während des Filterns in dem Membranfiltersystem (20) relativ bewegt wird, wobei die gefilterte Elektrolytflüssigkeit (15) wieder zum Elektrochemischen Abtragen (51) genutzt wird. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Membran (21) eine Scheibenform hat. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Membran (21) auf einer Welle (23) gelagert ist und während des Filterns in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet gedreht wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Memb- ranfiltersystem (20) eine zweite Membran (22) aufweist, wobei die erste und die zweite Membran (21, 22) mit einem Überlapp angeordnet sind und relativ zueinander bewegt werden. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, bei welchem die zweite Membran (22) auf einer zweiten Welle (24) angeordnet ist und in dem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet ebenfalls gedreht wird. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Wellen (23, 24) jeweils mit mehreren Membranen (25) ausgestattet sind, wobei die Membranen (25) der Wellen (23, 24) axial abwechselnd aufeinanderfolgend überlappend angeordnet sind. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet ein Zulauf (27) des Membranfilter- systems (20), über den die Elektrolytflüssigkeit (15) zugeführt wird, unten angeordnet ist und ein Retentatablauf (47) des Membranfiltersystems (20), über den ein ausgefiltertes Retentat (41) abgeführt wird, oben angeordnet ist. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem ein mit dem Membranfiltersystem (20) ausgefiltertes Retentat (41) anschließend in einer Presse (42.1, 43) weiter aufkonzentriert wird. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem das aufkonzentrierte Retentat (41) anschließend getrocknet wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Werkstück (11) ein Bauteil für eine Strömungsmaschine (60) ist. Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks (11) durch Elektrochemisches Abtragen (51), mit einer Bearbeitungseinheit (12) zum Anordnen des Werkstücks (11) und Abtragen von Material von dem Werkstück (11) in einer Elektrolytflüssigkeit (15), einem Membranfiltersystem (20), das eine Membran (21) aufweist und dazu eingerichtet ist, während eines Filterns die Membran (21) relativ zu bewegen, einer Zuführvorrichtung (16), welche dazu eingerichtet ist, dem Membranfil- tersystem (20) die Elektrolytflüssigkeit (15) von der Bearbeitungseinheit (12) zuzuführen und dann die gefilterte Elektrolytflüssigkeit (15) wieder der Bearbeitungseinheit (12) zuzuführen. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, eingerichtet für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9.
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