EP4662026A1 - Vorrichtung zum elektrochemischen abtragen - Google Patents

Vorrichtung zum elektrochemischen abtragen

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Publication number
EP4662026A1
EP4662026A1 EP24702902.8A EP24702902A EP4662026A1 EP 4662026 A1 EP4662026 A1 EP 4662026A1 EP 24702902 A EP24702902 A EP 24702902A EP 4662026 A1 EP4662026 A1 EP 4662026A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axis
component
tool
translation
module
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
EP24702902.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kilian Bayer
Christian Doll
Matthias Hillmann
Roland Huttner
Miriam Rimke
Robin GÖHRINGER
Alexander Noller
Markus RÜCKLE
Florian Vogel
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
EMAG GmbH and Co KG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
EMAG GmbH and Co KG
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, EMAG GmbH and Co KG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP4662026A1 publication Critical patent/EP4662026A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • 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
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/26—Apparatus for moving or positioning electrode relatively to workpiece; Mounting of electrode
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a device for machining a component by electrochemical removal.
  • a working gap is set between the component and the tool, i.e. the processing electrode, whereby the component is then polarized as the anode and the tool as the cathode. Due to the contactless processing, even relatively hard materials can be processed in a material-removing manner, which is why the process or corresponding devices can be used advantageously in the manufacture of components for axial flow machines, in particular aircraft engines.
  • Such a processing device has a component holder in which the component is arranged for processing, and a processing station with the processing electrode. Since the processing station and the component holder are mounted so that they can rotate relative to one another about a component axis, and the component can be rotated in the component holder, typically viewed in a fixed coordinate system, different parts of the component can be processed sequentially with the same processing station. This allows an identical or comparable contour to be introduced one after the other at different points, for example at different rotational positions. This is intended to illustrate a preferred application environment, but does not initially limit the subject matter in its generality. Description of the invention
  • the present invention is based on the technical problem of providing an advantageous device for machining a component by electrochemical removal.
  • a first processing station has a first axis module and a first tool carrier on which the processing electrode is or can be arranged.
  • the first tool carrier is mounted on the axis module so that it can rotate about a first tool axis, with this tool axis being angled to the component axis.
  • the machining electrode can be moved towards the suction or pressure side surface of the blade to contour it, see Figure 4 for illustration. Due to the ability to rotate around the tool axis, the direction of this relative movement can be changed in relation to the component axis, and since this typically coincides with the rotation or longitudinal axis of the turbomachine, it can also be changed relative to the axial direction of the turbomachine (so that the angle of attack can be adjusted).
  • a further or alternative advantage of the ability to rotate around the tool axis can be that different types of machining can be carried out with the same machining station.
  • the machining station can be used, for example, to create a recess between two blades in a first step, which is also referred to as “roughing”.
  • the same machining station can then be used to or the same tool carrier, the side surface of the blade can also be defined in detail due to the ability to rotate around the tool axis, which is referred to as "finishing". Due to the ability of the tool carrier to rotate around the tool axis, different types of machining can be implemented, for which only the machining electrode may need to be replaced, but the axis module and the tool carrier can remain unchanged (which reduces the set-up effort).
  • the first tool axis is "angled" to the component axis, i.e. not parallel to it, but at an angle (oblique or perpendicular).
  • the first processing station and the component holder can be rotated relative to one another about the component axis, whereby, viewed in a fixed coordinate system, during relative rotation, the processing station preferably remains at rest and the component holder is rotated.
  • several processing stations can preferably be arranged at different rotational positions about the component axis, so that the component can be processed simultaneously at different rotational positions (see below in detail).
  • the component axis can preferably coincide with its longitudinal axis. If the component is designed as a rotor or part thereof, the component axis preferably coincides with its rotational axis.
  • a first tool axis direction which by definition is parallel to the first tool axis, is perpendicular to the component axis in a preferred embodiment. Since, as explained in detail below, further rotatability of the Axis module is possible, the component and tool axes do not necessarily have to intersect; due to the rotatability of the axis module, the tool axis can be moved in a plane to which the component axis is preferably perpendicular.
  • the first processing electrode is mounted on the first tool carrier in a translationally displaceable manner, namely on a first tool carrier translation axis. This is angled to the first tool axis, preferably it is perpendicular to it.
  • the mobility of the processing electrode on the tool carrier translation axis allows the distance of the processing electrode from the tool axis to be changed; it can be moved towards or away from the tool axis. If, for example, a blade is contoured using material-removing processing, the tool carrier translation axis can be essentially perpendicular to its suction or pressure side surface during the material-removing processing.
  • the first axis module is mounted so that it can rotate about a first axis module rotation axis, which preferably passes through the first axis module. Due to this rotatability of the axis module “in itself”, it can be positioned at an angle relative to the component, in particular in combination with additional translational offset (see below). This allows, for example, the rotational offset (angle of rotation) to be adjusted relative to a second processing station, which makes it possible, for example, to use it with a disk or blisk with an odd number of blades.
  • axis module mounted so that it can rotate about the first axis module rotation axis is also intended to be disclosed independently of the tool carrier mounted on the axis module so that it can rotate about the first tool axis, although combinations with other variants described here are possible.
  • the axis module rotation axis is parallel to the component axis.
  • the first tool axis is angled to the axis module rotation axis, preferably it is perpendicular to it.
  • the first axis module is mounted so that it can be moved translationally relative to the component holder on a first translation axis. It is preferably also mounted so that it can be moved translationally on a second translation axis.
  • the first and second translation axes together form a translation plane, preferably they are perpendicular to one another.
  • the axis module rotation axis passes through the translation plane at an angle, preferably perpendicularly.
  • the ability to move in the translation plane can allow the rotational position of the axis module relative to the component or component holder to be changed while simultaneously adjusting the angle of attack, so that adjustment is possible depending on the even/odd number of blades.
  • the combination of translation plane and rotatability can be achieved with standard available drives and structures, which can be advantageous for economic reasons and also with regard to the reliability and availability of spare parts, etc.
  • the combination of translation and rotation offset can also allow "oblique threading", which can be advantageous for example with blades with a “tilt”, where the threading axis is not aligned in the direction of the longitudinal Z-axis of rotation of the component, at least in sections, but tilts away in a radially outer section, for example.
  • the processing device has a second processing station, wherein the first and second processing stations are arranged at different rotational positions around the component axis.
  • further processing stations i.e. a total of at least three or four processing stations (with possible upper limits of e.g. a maximum of eight or six), but particularly preferred are exactly two processing stations.
  • These are preferably placed on opposite sides of the component holder, particularly preferably rotated by 180° to each other (relative to their respective basic position, neglecting an adjustment by translational Z-rotational offset).
  • the second processing station also has an axis module and a tool carrier, which are referred to here as the "second axis module” and "second tool carrier".
  • a second processing electrode is arranged or can be arranged on the second tool carrier, preferably the second tool carrier is mounted on the second axis module so that it can rotate about a second tool axis, wherein the second tool axis is angled to the component axis, and/or the second axis module is mounted so that it can rotate about a second axis module rotation axis which passes through the second axis module (and is preferably parallel to the component axis), wherein the second axis module is additionally preferably mounted so that it can be displaced on a first and a second translation axis which together span a second translation plane (which passes through the component axis, preferably perpendicularly).
  • first and second processing stations are identical in construction to one another, i.e. they have an identical design.
  • the invention also relates to a method for machining a component using a device disclosed here, in whose component holder the component is arranged.
  • the component is then machined using the first machining electrode to remove material, for which purpose the latter is polarized as a cathode and the component as an anode.
  • the component can be rotated relative to the (first) machining station, then it can be machined using the first machining electrode to remove material at a second location.
  • the component can be processed at a number of points one after the other with the first processing electrode.
  • the component is processed with the first processing electrode to remove material, it is also processed with the second processing electrode to remove material.
  • the component is therefore processed simultaneously at the different processing stations, which can increase throughput.
  • different angles of rotation can be set from processing station to processing station (around the component axis) from component to component, for example depending on its number of blades (even/odd), using the offset in the translation plane and the rotation around the axis module rotation axis.
  • the invention further relates to a method for producing a component for a turbomachine, wherein this is machined in a manner described here to remove material.
  • the component is preferably a blisk.
  • Figure 1 shows a device according to the invention for machining a component by electrochemical removal in a schematic plan view
  • Figure 2 shows the device according to Figure 1 in a schematic side view
  • Figure 3 shows an aircraft engine in a schematic longitudinal section to illustrate a typical field of application of a component manufactured with the device according to Figures 1 and 2;
  • Figure 4 is a schematic radial view of the manufacturing process of a blisk.
  • Fig. 1 shows a device 1 for machining a component 2 by electrochemical removal.
  • the component 2 is arranged in a component holder 3, in which it can be rotated about a component axis 4 perpendicular to the plane of the drawing.
  • a first machining station 10 and a second machining station 20 are arranged at different rotation positions 4.1, 4.2.
  • the first processing station 10 has a first axis module 11 and a first tool carrier 12, wherein the first tool carrier 12 is mounted on the first axis module 11 so as to be rotatable about a tool axis 13.
  • the first tool axis 13 is parallel to the drawing plane, and a first tool axis direction 13.1 parallel thereto is perpendicular to the component axis 4.
  • a first processing electrode 14 is arranged on the first tool carrier 12. This can be rotated about the first tool axis 13, which allows the setting of different angles of attack, see Figure 4 for illustration.
  • the first axis module 11 is also mounted so that it can rotate about a first axis module rotation axis 15, which passes through the first axis module 11 and is perpendicular to the plane of the drawing. It is also mounted so that it can be displaced in translation on a first translation axis 16.1 and a second translation axis 16.2.
  • the two translation axes 16.1, 16.2 together form a translation plane 16.3, which is parallel to the plane of the drawing.
  • the first axis module 11 can be positioned relative to the component holder 3 so that the processing electrode 14 is at a different angle of rotation/a different rotation position. (offset to the left or right), but can be positioned at the same angle to the component axis 4, see the dashed lines for illustration. This allows different components 2 to be produced with the same device 1, in particular with both an even and an odd number of blades.
  • the processing electrode 14 is mounted on the first tool carrier 12 on a first tool carrier translation axis 17 in a translationally displaceable manner. This allows the processing electrode 14 to be tangentially displaced relative to the component 2, i.e. to be positioned in the direction of rotation.
  • the orientation of the first tool carrier translation axis 17 relative to the component axis 4 can be changed by rotating it around the first tool axis 13.
  • the second processing station 20 has a second axis module 21 and a second tool carrier 22, which is mounted on the second axis module 21 so that it can rotate about a second tool axis 23. Furthermore, the second axis module 21 can be rotated about a second axis module rotation axis 25 and is mounted so that it can be displaced on a first and second translation axis 26.1, 26.2 in a second translation plane 26.3. This also allows the second processing electrode 24 to be set at an angle or at different angular positions.
  • the second processing station 20 is identical in construction to the first processing station 10; for further details, please refer to the above description.
  • Fig. 2 shows the device according to Figure 1 in a side view, specifically looking at the device 1 from the left side in relation to Figure 1.
  • the individual components and axes are provided with the same reference numerals as in Figure 1; with regard to the respective function, reference is made to the above description.
  • the device 1 In relation to a fixed coordinate system 40, the device 1 can be placed on the floor 41 as shown, i.e. the component axis 4 and axis module rotation axes 15, 25 can be vertical.
  • the translation planes 16.3, 26.3 are each horizontal.
  • Fig. 3 shows a turbomachine 50, specifically a turbofan engine, in a schematic axial section, i.e. in a section containing its axis of rotation 51. Viewed from a sectional plane.
  • the turbofan engine is divided into a compressor 52, a combustion chamber 53 and a turbine 54, whereby air drawn in during operation is compressed in the compressor 52 and burned in the downstream combustion chamber 53 with added fuel. The resulting hot gas then expands in the turbine 54 and drives its rotors.
  • These can be designed in part as a blisk 55, such a blisk 55 can be manufactured in a device according to Figures 1 and 2.
  • Fig. 4 shows the manufacture of a blisk 55 in a schematic radial view, i.e. looking at it from the outside, radially to the axis of rotation 51.
  • the axis of rotation 51 coincides with the component axis 4, and a blade 60 is also shown schematically, the suction and pressure side surfaces 60.1, 60.2 of which are contoured during material-removing machining with the machining electrode 14. Due to the ability to rotate around the tool axis 13, blades 60 can be manufactured with different angles of attack 61.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Bauteils (2) durch elektrochemisches Abtragen, mit einer Bauteilaufnahme (3) zum Anordnen des Bauteils (2), und einer ersten Bearbeitungsstation (10), wobei die erste Bearbeitungsstation (10) und die Bauteilaufnahme (3) um eine die Bauteilaufnahme durchsetzende Bauteilachse (4) relativ zueinander verdrehbar gelagert sind, und wobei die erste Bearbeitungsstation (10) ein erstes Achsmodul (11) und einen ersten Werkzeugträger (12) aufweist, wobei an dem ersten Werkzeugträger eine erste Bearbeitungselektrode (14) angeordnet ist, und wobei der erste Werkzeugträger (12) an dem ersten Achsmodul um eine erste Werkzeugachse (13) drehbar gelagert ist.

Description

VORRICHTUNG ZUM ELEKTROCHEMISCHEN ABTRAGEN
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen.
Stand der Technik
Beim elektrochemischen Abtragen wird zwischen dem Bauteil und dem Werkzeug, also der Bearbeitungselektrode, ein Arbeitsspalt eingestellt, wobei das Bauteil dann als Anode und das Werkzeug als Kathode polarisiert wird. Aufgrund der insofern berührungslosen Bearbeitung lassen sich damit auch vergleichsweise harte Werkstoffe materialabtragend bearbeiten, weswegen das Verfahren bzw. entsprechende Vorrichtungen vorteilhaft bei der Herstellung von Bauteilen für axiale Strömungsmaschinen, insbesondere Flugtriebwerke, genutzt werden können.
Eine solche Bearbeitungsvorrichtung weist zum einen eine Bauteilaufnahme, in der das Bauteil zum Bearbeiten angeordnet wird, und eine Bearbeitungsstation mit der Bearbeitungselektrode auf. Indem die Bearbeitungsstation und die Bauteilaufnahme um eine Bauteilachse relativ zueinander verdrehbar gelagert sind, typischerweise in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet das Bauteil in der Bauteilaufnahme verdreht werden kann, können dabei mit derselben Bearbeitungsstation sequenziell unterschiedliche Stellen des Bauteils bearbeitet werden. Damit lässt sich nacheinander an unterschiedlichen Stellen, etwa auf unterschiedlichen Drehpositionen, eine identische oder vergleichbare Kontur einbringen. Dies soll ein bevorzugtes Anwendungsumfeld illustrieren, den Gegenstand aber zunächst nicht in seiner Allgemeinheit beschränken. Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine vorteilhafte Vorrichtung zum Bearbeiten eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen anzugeben.
Dies wird erfindungsgemäß mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bei dieser weist eine erste Bearbeitungsstation ein erstes Achsmodul und einen ersten Werkzeugträger auf, an dem die Bearbeitungselektrode angeordnet ist oder angeordnet werden kann. Dabei ist der erste Werkzeugträger an dem Achsmodul um eine erste Werkzeugachse drehbar gelagert, wobei diese Werkzeugachse gewinkelt zur Bauteilachse liegt. Damit lässt sich, wenn bspw. bezogen auf den eingangs geschilderten Anwendungsfall ein Schaufelblatt eines Schaufelkranzes materialabtragend herausgearbeitet wird, dessen Anstellwinkel einstellen (bezogen auf die Anströmung, also den Betrieb im Gaskanal). Es lassen sich also mit derselben Bearbeitungsstation Schaufelblätter mit unterschiedlichem Anstellwinkel herstellen, können also auf derselben Vorrichtung insbesondere unterschiedliche Schaufelkränze gefertigt werden.
Betrachtet man zur Illustration die Herstellung einer sogenannten Blisk (blade integrated disc, Blisk), so kann die Bearbeitungselektrode zur Konturierung des Schaufelblatts zu dessen Saug- oder Druckseitenfläche hin bewegt werden, vgl. Figur 4 zur Illustration. Aufgrund der Verdrehbarkeit um die Werkzeugachse lässt sich die Richtung dieser Relativbewegung im Verhältnis zur Bauteilachse, und da diese typischerweise mit der Rotations- bzw. Längsachse der Strömungsmaschine zusammenfällt, damit auch relativ zur Axialrichtung der Strömungsmaschine verändern (sodass der Anstellwinkel einstellbar ist).
Ein weiterer bzw. alternativer Vorteil der Verdrehbarkeit um die Werkzeugachse kann sich bspw. dahingehend ergeben, dass sich mit derselben Bearbeitungsstation unterschiedliche Bearbeitungsarten realisieren lassen. Somit kann, wiederum bezogen auf eine Blisk, mit der Bearbeitungsstation bspw. in einem ersten Schritt eine Ausnehmung zwischen zwei Schaufelblättern eingebracht werden, was auch als „Schruppen“ bezeichnet wird. Anschließend kann mit derselben Bearbeitungsstation bzw. demselben Werkzeugträger aufgrund der Verdrehbarkeit um die Werkzeugachse auch die Seitenfläche des Schaufelblatts im Detail definiert werden, was als „Schlichten“ bezeichnet wird. Aufgrund der Verdrehbarkeit des Werkzeugträgers um die Werkzeugachse lassen sich also unterschiedliche Bearbeitungsarten realisieren, wozu ggf. nur die Bearbeitungselektrode ausgetauscht werden muss, das Achsenmodul und der Werkzeugträger aber unverändert bleiben können (was den Rüstaufwand reduziert).
Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Wird bspw. eine für einen bestimmten Betrieb geeignete Bearbeitungsvorrichtung beschrieben, ist dies zugleich als Offenbarung eines entsprechenden Betriebsverfahrens zu verstehen, und umgekehrt.
Die erste Werkzeugachse liegt „gewinkelt“ zur Bauteilachse, also nicht parallel dazu, sondern unter einem Winkel (schräg oder auch senkrecht). Die erste Bearb ei tungs Station und die Bauteilaufnahme sind um die Bauteileachse relativ zueinander verdrehbar, wobei in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet beim Relativverdrehen bevorzugt die Bearbeitungsstation ruht und die Bauteilaufnahme verdreht wird. Auch unabhängig davon, wie das Relativverdrehen im Einzelnen realisiert ist, können bevorzugt mehrere Bearbeitungsstationen auf unterschiedlichen Drehpositionen um die Bauteilachse angeordnet sein, kann das Bauteil also auf unterschiedlichen Drehpositionen simultan bearbeitet werden (siehe unten im Detail). Wie eingangs erwähnt kann, wenn das Bauteil bevorzugt für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugtriebwerk, vorgesehen ist, die Bauteilachse bevorzugt mit deren Längsachse zusammenfallen. Ist das Bauteil als Rotor oder Bestandteil davon ausgelegt, fällt die Bauteilachse bevorzugt mit dessen Drehachse zusammen.
Eine erste Werkzeugachsrichtung, die per definitionem parallel zur ersten Werkzeugachse liegt, steht in bevorzugter Ausgestaltung senkrecht auf der Bauteilachse. Da, wie nachstehend im Einzelnen erläutert, eine weitergehende Verdrehbarkeit des Achsenmoduls möglich ist, müssen sich die Bauteil- und die Werkzeugachse nicht zwingend schneiden; die Werkzeugachse kann aufgrund der Verdrehbarkeit des Achsmoduls in einer Ebene bewegbar sein, auf welche die Bauteilachse bevorzugt senkrecht steht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Bearbeitungselektrode an dem ersten Werkzeugträger translatorisch versetzbar gelagert, nämlich auf einer ersten Werkzeugträger-Translationsachse. Diese liegt gewinkelt zur ersten Werkzeugachse, bevorzugt steht sie senkrecht darauf. Mit der Bewegbarkeit der Bearbeitungselektrode auf der Werkzeugträger-Translationsachse lässt sich der Abstand der Bearbeitungselektrode von der Werkzeugachse verändern, diese kann zur Werkzeugachse hin oder von dieser Weg bewegt werden. Wird mit der materialabtragenden Bearbeitung bspw. ein Schaufelblatt konturiert, kann die Werkzeugträger-Translationsachse bei der abtragenden Bearbeitung im Wesentlichen senkrecht auf dessen Saug- bzw. Druckseitenfläche stehen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist, wie bereits erwähnt, das erste Achsmodul um eine erste Achsmoduldrehachse drehbar gelagert, bevorzugt durchsetzt diese das erste Achsmodul. Aufgrund dieser Drehbarkeit des Achsmoduls „in sich“ lässt es sich relativ zum Bauteil schräg anstellen, insbesondere in Kombination mit einer zusätzlichen Translationsversetzbarkeit (siehe unten). Damit lässt sich bspw. der Drehversatz (Drehwinkel) relativ zu einer zweiten Bearbeitungsstation anpassen, was bspw. eine Anwendung bei einer Scheibe bzw. Blisk mit einer ungeraden Anzahl Schaufelblätter möglich macht. Die Ausführungsform „um erste Achsmodul-Drehachse drehbar gelagertes Achsmodul“ soll auch unabhängig von dem um die ersten Werkzeugachse drehbar am Achsmodul gelagerten Werkzeugträger offenbart sein, gleichwohl sind Kombinationen mit anderen vorliegend geschilderten Varianten möglich.
In bevorzugter Ausgestaltung liegt die Achsmodul-Drehachse parallel zur Bauteilachse. Die erste Werkzeugachse liegt gewinkelt zur Achsmodul-Drehachse, bevorzugt steht sie senkrecht darauf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere mit der Verdrehbar- keit um die Achsmodul-Drehachse kombiniert sein kann, ist das erste Achsmodul relativ zur Bauteilaufnahme auf einer ersten Translationsachse translatorisch versetzbar gelagert. Bevorzugt ist es zusätzlich auf einer zweiten Translationsachse translatorisch versetzbar gelagert. Die erste und zweite Translationsachse spannen miteinander eine Translationsebene auf, bevorzugt stehen sie senkrecht aufeinander. Die Achsmodul-Drehachse durchsetzt die Translationsebene gewinkelt, vorzugsweise senkrecht.
In Verbindung mit der Verdrehbarkeit um die Achsmodul-Drehachse kann die Ver- setzbarkeit in der Translationsebene ein Verändern der Drehposition, auf welcher das Achsmodul relativ zum Bauteil bzw. zur Bauteilaufnahme liegt, bei gleichzeitiger Anpassung des Anstellwinkels erlauben, ist also insbesondere eine Anpassung in Abhängigkeit von gerader/ungerader Anzahl Schaufeln möglich. Dies ließe sich alternativ zwar bspw. auch mit einem auf einem Bogensegment um die Bauteilachse ver- schwenkbar gelagerten Achsmodul erreichen, was allerdings eine entsprechend komplexere Bogenmechanik erfordern würde.
Im Vergleich dazu kann die Kombination aus Translationsebene und Verdrehbarkeit mit standardmäßig verfügbaren Antrieben und Aufbauten realisiert werden, was z. B. aus ökonomischen Gründen und auch hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Ersatzteilen etc. von Vorteil sein kann. Ferner kann die Kombination aus Translations- und Drehversatz bspw. auch ein „schräges Einfädeln“ erlauben, was bspw. bei Schaufelblättern mit einem „tilt“ von Vorteil sein kann, bei denen die Fädelachse also zumindest abschnittsweise nicht in Richtung der Längs-ZDrehachse des Bauteils ausgerichtet ist, sondern bspw. in einem radial äußeren Abschnitt weg kippt.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Bearbeitungsvorrichtung eine zweite Bearbeitungsstation auf, wobei die erste und zweite Bearbeitungsstation auf unterschiedlichen Drehpositionen um die Bauteilachse angeordnet sind. Im Allgemeinen kann es auch weitere Bearbeitungsstationen geben, also insgesamt bspw. mindestens drei oder vier Bearbeitungsstationen (mit möglichen Obergrenzen bei z. B. höchstens acht oder sechs), besonders bevorzugt sind jedoch genau zwei Bearbeitungsstationen vorgesehen. Diese sind vorzugsweise auf einander gegenüberliegenden Seiten der Bauteilaufnahme platziert, besonders bevorzugt um 180° zueinander verdreht (bezogen auf ihre jeweilige Grundposition, unter Vernachlässigung einer Einstellung durch Translations-ZDrehversatz).
In bevorzugter Ausgestaltung weist auch die zweite Bearbeitungsstation ein Achsmodul und einen Werkzeugträger auf, die vorliegend als „zweites Achsmodul“ und „zweiter Werkzeugträger“ bezeichnet werden. An dem zweiten Werkzeugträger ist eine zweite Bearbeitungselektrode angeordnet oder anordenbar, vorzugsweise ist der zweite Werkzeugträger an dem zweiten Achsmodul um eine zweite Werkzeugachse drehbar gelagert, wobei die zweite Werkzeugachse gewinkelt zu der Bauteilachse liegt, und/oder ist das zweite Achsmodul um eine zweite Achsmodul-Drehachse drehbar gelagert, die das zweite Achsmodul durchsetzt (und vorzugsweise parallel zur Bauteilachse liegt), wobei das zweite Achsmodul zusätzlich bevorzugt auf einer ersten und einer zweiten Translationsachse versetzbar gelagert ist, die miteinander eine zweite Translationsebene aufspannen (welche die Bauteilachse durchsetzt, vorzugsweise senkrecht).
Generell sollen alle hinsichtlich der ersten Bearbeitungsstation offenbarten Varianten auch hinsichtlich der zweiten Bearbeitungsstation als bevorzugt offenbart sein. In bevorzugter Ausgestaltung sind die erste und zweite Bearbeitungsstation baugleich zueinander, sind sie also identisch aufgebaut.
Hinsichtlich der Orientierung der Vorrichtung in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet wäre im Allgemeinen auch eine stehende Montage möglich, könnte die Bauteilachse also horizontal liegen. Bevorzugt ist jedoch eine Bettbauweise, liegt die Bauteilachse also parallel zur Vertikalen. Die Translationsebene bzw. -ebenen können dann bevorzugt jeweils horizontal liegen, gleiches gilt für die Werkzeugachse bzw. -achsen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils mit einer vorliegend offenbarten Vorrichtung, in deren Bauteilaufnahme das Bauteil angeordnet wird. Das Bauteil wird dann mit der ersten Bearbeitungselektrode materialabtragend bearbeitet, wozu diese als Kathode und das Bauteil als Anode polarisiert wird. Nach dem Bearbeiten an einer ersten Stelle kann das Bauteil relativ zur (ersten) Bearbeitungsstation verdreht werden, anschließend kann es mit der ersten Bearbeitungselektrode an einer zweiten Stelle materialabtragend bearbeitet werden.
Auf diese Weise kann das Bauteil an einer Vielzahl Stellen nacheinander mit der ersten Bearbeitungselektrode bearbeitet werden. Bevorzugt wird das Bauteil, wenn es mit der ersten Bearbeitungselektrode materialabtragend bearbeitet wird, zugleich mit der zweiten Bearbeitungselektrode materialabtragend bearbeitet. Das Bauteil wird also an den unterschiedlichen Bearbeitungsstationen simultan bearbeitet, was den Durchsatz erhöhen kann. Bevorzugt können dabei, von Bauteil zu Bauteil, bspw. in Abhängigkeit von dessen Schaufelzahl (gerade/ungerade), unterschiedliche Drehwinkel von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation (um die Bauteileachse) eingestellt werden, und zwar über den Versatz in der Translationsebene und das Verdrehen um die Achsmodul-Drehachse.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für eine Strömungsmaschine, wobei dieses in einer vorliegend geschilderten Weise materialabtragend bearbeitet wird. Bei dem Bauteil handelt es sich bevorzugt um eine Blisk.
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 erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen in einer schematischen Aufsicht; Figur 2 die Vorrichtung gemäß Figur 1 in einer schematischen Seitenansicht;
Figur 3 ein Flugtriebwerk in einem schematischen Längsschnitt zur Illustration eines typischen Anwendungsgebiets eines mit der Vorrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 hergestellten Bauteils;
Figur 4 eine schematische Radialansicht bei der Herstellung einer Blisk.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Bearbeiten eines Bauteils 2 durch elektrochemisches Abtragen. Das Bauteil 2 ist in einer Bauteilaufnahme 3 angeordnet, in dieser ist es um eine zur Zeichenebene senkrechte Bauteilachse 4 drehbar. Auf unterschiedlichen Drehpositionen 4.1, 4.2 sind eine erste Bearbeitungsstation 10 und eine zweite Bearbeitungsstation 20 angeordnet.
Die erste Bearbeitungsstation 10 weist ein erstes Achsmodul 11 und einen ersten Werkzeugträger 12 auf, wobei der erste Werkzeugträger 12 um eine Werkzeugachse 13 drehbar an dem ersten Achsmodul 11 gelagert ist. Die erste Werkzeugachse 13 liegt parallel zur Zeichenebene, eine dazu parallele erste Werkzeugachsrichtung 13.1 steht senkrecht auf der Bauteilachse 4. An dem ersten Werkzeugträger 12 ist eine erste Bearbeitungselektrode 14 angeordnet. Diese kann um die erste Werkzeugachse 13 verdreht werden, was die Einstellung unterschiedlicher Anstellwinkel erlaubt, vgl. Figur 4 zur Illustration.
Das erste Achsmodul 11 ist ferner um eine erste Achsmodul -Drehachse 15, die das erste Achsmodul 11 durchsetzt und vorliegend senkrecht auf der Zeichenebene steht, verdrehbar gelagert. Ferner ist es auf einer ersten Translationsachse 16.1 und einer zweiten Translationsachse 16.2 jeweils translatorisch versetzbar gelagert. Die beiden Translationsachsen 16.1, 16.2 spannen miteinander eine Translationsebene 16.3 auf, die vorliegend parallel zur Zeichenebene liegt. Mit der Versetzbarkeit in der Translationsebene 16.3 und der Verdrehbarkeit um die erste Achsmodul-Drehachse 15 lässt sich das erste Achsmodul 11 relativ zur Bauteilaufnahme 3 so anstellen, dass die Bearbeitungselektrode 14 auf einem anderen Drehwinkel/einer anderen Drehposition (nach links oder rechts versetzt), dabei aber unter dem gleichen Winkel zur Bauteilachse 4 positioniert werden kann, vgl. die strichlierten Linien zur Illustration. Damit lassen sich mit derselben Vorrichtung 1 unterschiedliche Bauteile 2, insbesondere mit sowohl gerader als auch ungerader Schaufelzahl herstellen.
Zusätzlich zu der bis dato geschilderten Kinematik ist die Bearbeitungselektrode 14 an dem ersten Werkzeugträger 12 auf einer ersten Werkzeugträger-Translationsachse 17 translatorisch versetzbar gelagert. Damit kann die Bearbeitungselektrode 14 bezogen auf das Bauteil 2 tangential versetzt, also in Umlaufrichtung angestellt werden. Die Orientierung der ersten Werkzeugträger-Translationsachse 17 relativ zur Bauteilachse 4 kann mit dem Verdrehen um die erste Werkzeugachse 13 verändert werden.
Die zweite Bearbeitungsstation 20 weist ein zweites Achsmodul 21 und einen zweiten Werkzeugträger 22 auf, dieser ist um eine zweite Werkzeugachse 23 verdrehbar am zweiten Achsmodul 21 gelagert. Ferner ist das zweite Achsmodul 21 um eine zweite Achsmodul-Drehachse 25 verdrehbar, sowie auf einer ersten und zweiten Translationsachse 26.1, 26.2 in einer zweiten Translationsebene 26.3 versetzbar gelagert. Damit kann auch die zweiten Bearbeitungselektrode 24 schräg bzw. auf unterschiedlichen Winkelpositionen angestellt werden. Die zweite Bearbeitungszeit 20 ist baugleich zur ersten Bearbeitungsstation 10, bezüglich weiterer Details wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht, und zwar bezogen auf Figur 1 von der linken Seite auf die Vorrichtung 1 blickend. Die einzelnen Bestandteile und Achsen sind mit denselben Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen, bezüglich der jeweiligen Funktion wird auf die vorstehende Schilderung verwiesen. Bezogen auf ein ortsfestes Koordinatensystem 40 kann die Vorrichtung 1 wie dargestellt auf dem Boden 41 platziert werden, können also die Bauteilachse 4 und Achsmodul-Drehachsen 15, 25 vertikal liegen. Die Translationsebenen 16.3, 26.3 liegen jeweils horizontal.
Fig. 3 zeigt eine Strömungsmaschine 50, konkret ein Mantelstromtriebwerk, in einem schematischen Axialschnitt, also in einer seine Drehsachse 51 beinhaltenden Schnittebene betrachtet. Funktional gliedert sich das Mantelstromtriebwerk in Verdichter 52, Brennkammer 53 und Turbine 54, wobei im Betrieb angesaugte Luft im Verdichter 52 komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer 53 mit hinzugemischtem Treibstoff verbrannt wird. Das entstehende Heißgas expandiert dann in der Turbine 54 und treibt damit deren Rotoren an. Diese können teils als Blisk 55 ausgeführt sein, eine solche Blisk 55 lässt sich in einer Vorrichtung gemäß den Figuren 1 und 2 herstellen.
Fig. 4 zeigt die Herstellung einer Blisk 55 in einer schematischen Radialansicht, also radial zur Drehachse 51 von außen darauf blickend. Die Drehachse 51 fällt mit der Bauteilachse 4 zusammen, ferner ist schematisch ein Schaufelblatt 60 dargestellt, dessen Saug- und Druckseitenfläche 60.1, 60.2 bei der materialabtragenden Bearbeitung mit der Bearbeitungselektrode 14 konturiert werden. Aufgrund der Verdrehbar- keit um die Werkzeugachse 13 lassen sich Schaufelblätter 60 mit unterschiedlichem Anstellwinkel 61 herstellen.
BEZUGSZEICHENLISTE
Vorrichtung 1
Bauteil 2
Bauteilaufnahme 3
Bauteilachse 4
Drehpositionen 4.1-4.2
Bearbeitungsstationen 10, 20
Achsmodule 11, 21
Werkzeugträger 12, 22
Bearbeitungselektrode 14, 24
Erste W erkzeugachse 13
Werkzeugachsrichtung 13.1
Achsmodul -Drehachse 15
Translationsachse 16.1-16.2
Translationsebene 16.3
Werkzeugträger-Translationsachse 17
Bearbeitungsstation 20
Koordinatensystem 40
Strömungsmaschine 50
Blisk 55

Claims

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung (1) zum Bearbeiten eines Bauteils (2) durch elektrochemisches Abtragen, mit einer Bauteilaufnahme (3) zum Anordnen des Bauteils (2), und einer ersten Bearbeitungsstation (10), wobei die erste Bearbeitungsstation und die Bauteilaufnahme (3) um eine die Bauteilaufnahme (3) durchsetzende Bauteilachse (4) relativ zueinander verdrehbar gelagert sind, und wobei die erste Bearbeitungsstation (10) ein erstes Achsmodul (11) und einen ersten Werkzeugträger (12) aufweist, wobei an dem ersten Werkzeugträger (12) eine erste Bearbeitungselektrode (14) zum Bearbeiten des Bauteils (2) durch elektrochemisches Abtragen angeordnet oder anordenbar ist, und wobei der erste Werkzeugträger (12) an dem ersten Achsmodul (11) um eine erste Werkzeugachse (13) drehbar gelagert ist, wobei die erste Werkzeugachse (13) gewinkelt zu der Bauteilachse (4) der Bauteilaufnahme (3) liegt.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei welcher eine erste Werkzeugachsrichtung (13.1), die parallel zu der ersten Werkzeugachse (13) liegt, senkrecht auf der Bauteilachse (4) der Bauteilaufnahme (3) steht.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die erste Bearbeitungselektrode (14) an dem ersten Werkzeugträger (12) auf einer ersten Werkzeugträger-Translationsachse (17) translatorisch versetzbar gelagert, wobei die erste Werkzeugträger-Translationsachse (17) gewinkelt zu der ersten Werkzeugachse (13) liegt.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das erste Achsmodul (11) um eine erste Achsmodul-Drehachse (15) drehbar gelagert ist, die das erste Achsmodul (11) durchsetzt.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei welcher die erste Achsmodul-Drehachse (15) parallel zu der Bauteilachse (4) liegt.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher das erste Achsmodul (11) relativ zu der Bauteilaufnahme (3) auf einer ersten Translationsachse (16.1) translatorisch versetzbar gelagert ist, wobei die erste Translationsachse (16.1) gewinkelt zu der Bauteilachse (4) liegt.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, bei welcher das erste Achsmodul (11) relativ zu der Bauteilaufnahme (3) auf einer zweiten Translationsachse (16.2) translatorisch versetzbar gelagert ist, wobei die erste und zweite Translationsachse (16.1, 16.2) miteinander eine Translationsebene (16.3) aufspannen.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 4 oder 5, bei welcher die erste Achsmodul-Drehachse (15) senkrecht auf der Translationsebene (16.3) steht.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer zweiten Bearbeitungsstation (20), wobei die erste und die zweite Bearbeitungsstation (10, 20) bezogen auf die Bauteilachse (4) auf unterschiedlichen Drehpositionen (4.1, 4.2) angeordnet sind.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, bei welcher die zweite Bearbeitungsstation (20) ein zweites Achsmodul (21) und einen zweiten Werkzeugträger (22) aufweist, an dem eine zweite Bearbeitungselektrode (24) zum Bearbeiten des Bauteils (2) durch elektrochemisches Abtragen angeordnet oder anordenbar ist.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, bei welcher die erste und die zweite Bearbeitungsstation (10, 20) zueinander baugleich sind.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Bauteilachse (4) in einem ortsfesten Koordinatensystem (40) betrachtet vertikal liegt.
13. Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils (2) mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem in der Bauteilaufnahme (3) ein Bauteil (2) angeordnet wird, und das Bauteil (2) mit einer ersten Bearbeitungselektrode (14), die an dem ersten Werkzeugträger (12) angeordnet ist, durch elektrochemisches Abtragen bearbeitet wird.
14. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (2), bei welchem das Bauteil (2) in einem Verfahren gemäß Anspruch 13 bearbeitet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem das Bauteil (2) ein Bauteil (2) für eine Strömungsmaschine (50) ist, insbesondere eine Blisk (55).
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