EP4665528A1 - Werkzeug zum bearbeiten eines bauteils durch elektrochemisches abtragen - Google Patents

Werkzeug zum bearbeiten eines bauteils durch elektrochemisches abtragen

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EP4665528A1
EP4665528A1 EP24704306.0A EP24704306A EP4665528A1 EP 4665528 A1 EP4665528 A1 EP 4665528A1 EP 24704306 A EP24704306 A EP 24704306A EP 4665528 A1 EP4665528 A1 EP 4665528A1
Authority
EP
European Patent Office
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component
tool
machining
cathode
electrode layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP24704306.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kilian Bayer
Florian KARGES
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
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP4665528A1 publication Critical patent/EP4665528A1/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
    • B23H3/04—Electrodes specially adapted therefor or their manufacture
    • B23H3/06—Electrode material
    • 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
    • B23H3/04—Electrodes specially adapted therefor or their manufacture
    • 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 tool for machining a component by electrochemical removal.
  • ECM electrochemical machining
  • the present invention is based on the technical problem of providing a particularly advantageous tool for machining a component by electrochemical removal.
  • This is equipped with a protective electrode layer on the back of the processing cathode, which is opposite the front side with which the material-removing processing of the component is carried out.
  • This is electrically insulated from the processing cathode and can be positively charged like the component during the material-removing processing.
  • Such stray currents can occur in particular in the electrolyte channel flowing out, i.e. the electrolyte flow emerging from the working gap.
  • the escaping electrolyte can still have an undesirable residual charge, which can lead to local or even extensive undesirable removal or etching (so-called "pitting") in the surrounding areas.
  • pitting undesirable removal or etching
  • the protective electrode layer can either be durable and dimensionally accurate as a protective layer in relation to the component or can gradually dissolve as a sacrificial layer during the component processing.
  • the front side of the processing cathode can preferably define a profile over a large area that is introduced into the surface of the component during the material-removing processing.
  • a feed direction in which the processing cathode is moved into the component can have a directional component perpendicular to the front side or front surface of the cathode.
  • an insulator element is arranged on the back of the processing cathode, whereby this component separates the processing cathode and the protective electrode layer is kept at a defined distance or the protective electrode layer is kept on the processing cathode.
  • the structure with an insulator element can, for example, allow a defined relative positioning and ensure electrical insulation even with small sizes.
  • the insulation element can also be made of glass or ceramic, for example, but it is preferably made of a plastic material, such as polyamide (e.g. PA2200). It can be manufactured as an injection-molded part or, in particular, as a 3D-printed part, which allows good adaptation to the cathode geometry.
  • a plastic material such as polyamide (e.g. PA2200). It can be manufactured as an injection-molded part or, in particular, as a 3D-printed part, which allows good adaptation to the cathode geometry.
  • the insulator element can also be molded directly onto the processing cathode during its manufacture, meaning that the 3D printed part can be built directly onto the back of the cathode, for example.
  • the insulator element is assembled with the processing cathode, meaning that the two are assembled as previously separately manufactured parts.
  • the insulator element is then preferably held in a form-fitting manner on the processing cathode, for example by screwing it to it or holding it to it using a clip or something similar.
  • the protective electrode layer is applied as a coating to the insulator element, i.e. to its rear side facing away from the processing cathode. Due to the stabilization provided by the insulator element, comparatively small layer thicknesses can be achieved, so the tool as a whole can have a compact size (e.g. for handling in the space between two blades, see below in detail).
  • the protective electrode layer or coating can, for example, have a nickel and/or platinum layer.
  • it can preferably be a multi-layer system that can have a base layer facing the insulator element or the processing cathode and a cover layer on the back, i.e. facing away.
  • the base layer can, for example, be chemically deposited, e.g. as a chemical nickel layer. This can e.g. have a maximum layer thickness of 10 pm, 8 pm, 6 pm, 4 pm or 2 pm, with a possible lower limit of 1 pm.
  • the chemical base layer can be galvanically reinforced, either directly with the cover layer or with an intermediate layer.
  • This can be a galvanic copper layer, for example, with a layer thickness of at most 10 pm, 8 pm, 6 pm, 4 pm or 2 pm (and a possible lower limit of at least 1 pm).
  • the cover layer can be a galvanic layer, regardless of any intermediate layer, for example with a layer thickness of at most 1,000 pm, 800 pm, 600 pm, 400 pm, 200 pm or 100 pm, with a possible lower limit of 10 pm.
  • the cover layer or generally the protective electrode as a whole, is made of a material that is electrochemically equivalent or less noble than the component, it will gradually dissolve (sacrificial layer). This can be achieved, for example, with nickel (for a component made of nickel), i.e., for example, an electrochemically deposited nickel cover layer.
  • a protective electrode or cover layer that is electrochemically more noble than the component can be durable and maintain its shape (protective layer), which can be achieved, for example, with platinum, such as an electrochemically deposited platinum cover layer.
  • the protective electrode layer in a preferred embodiment can be comparatively thin, namely a thickness of at most 3 mm, in the order of mention increasingly preferably at most 2 mm, 1 mm, 0.5 mm, 0.4 mm, 0.3 mm or 0.2 mm, with possible lower limits at e.g. 10 pm, 15 pm or 20 pm. In the case of a multi-layer structure, this refers to the entire system, from the base layer to the cover layer.
  • the invention also relates to a device for machining a component by electrochemical removal, which in addition to a tool disclosed here has a voltage supply system.
  • a voltage supply system This is set up, for example via a corresponding control unit, to charge the machining cathode negatively and the component positively during operation.
  • the voltage supply system the protective electrode layer is also positively charged, with a higher voltage in relation to the component, compare the advantages explained at the beginning.
  • the processing device can of course also have other components, such as an electrolyte supply system (for electrolyte supply and removal) and a positioning system for the relative positioning of the tool and component during processing.
  • the invention further relates to a method for machining a component by electrochemical removal.
  • the protective electrode layer is positively charged, specifically with a higher voltage in relation to the component.
  • a working gap can be set between the machining cathode and the surface of the component to be machined and an electrolyte can be fed to this.
  • the surface of the component is manufactured to its final geometry using material-removing processing, meaning that electrochemical removal is the last processing step.
  • the surface to be machined is a suction or pressure side surface of a blade for a turbomachine, in particular for an aircraft engine.
  • the contour on the front side of the processing cathode can determine the contour of said side surface, and the side surface is preferably manufactured to the final geometry.
  • the opposite side surface of the blade is also processed simultaneously to remove material, i.e. material is also electrochemically removed there using a further tool.
  • the further tool preferably has a protective electrode layer on the back in addition to the processing cathode, it is preferably constructed in a similar way to the first tool and In this respect, reference is made to the above disclosure. During removal, the two tools are then moved into the component and towards each other, which simultaneously exposes the suction and pressure side surfaces of the respective blade.
  • the blade can also be part of a multiple segment or a single blade (i.e. a blade with a blade root and a single blade on it).
  • the component is a blisk (Blade Integrated Disk, BUsk), i.e. a rotor disk with blades integrally formed therewith, which are machined using electrochemical machining to remove material.
  • BUsk Blade Integrated Disk
  • the present subject matter also relates to a corresponding manufacturing process.
  • Figure 1 shows a tool for machining a component by electrochemical removal
  • Figure 2 is a detailed view of Figure 1;
  • Figure 3 a component during machining with two tools
  • Figure 4 shows an aircraft engine in a schematic longitudinal section.
  • FIG 1 shows a tool 1 with a processing cathode 2 for processing a component by electrochemical removal.
  • the processing cathode 2 has a front side 2.1 which, during operation, faces the surface of the component to be processed. faces, see Figure 3 in detail.
  • An insulator element 3 is arranged on a rear side 2.2 of the processing cathode 2, which is opposite the front side 2.1 and is provided here from a plastic material, such as PA2200.
  • the insulator element 3 is assembled with the processing cathode 2 and is held thereto by a screw or clip fastening (not shown here).
  • the protective electrode layer 20 is applied in this example as a coating to the insulator element 3 and is made up of a base layer 20.1, intermediate layer 20.2 and cover layer 20.3.
  • the base layer 20.1 can be applied, for example, as a chemical nickel layer with a layer thickness of 1 pm to 2 pm, the intermediate layer 20.2 as a galvanic copper layer with a layer thickness of also 1 pm to 2 pm and the cover layer 20.3 as a galvanic nickel or platinum layer with a layer thickness between 10 pm and 100 pm.
  • These thicknesses are each taken in a thickness direction 4, in which the insulator element 3 has a thickness of around 0.5 mm, for example.
  • the processing cathode 2 is negatively charged and the protective electrode layer 20 is positively charged, the latter with a higher voltage in relation to the component. This allows stray currents to be specifically deflected and absorbed (see Figure 3), so that undesirable surface defects can at least be reduced.
  • Figure 3 shows the machining of a component 30 in a schematic representation (with surfaces 30.1, 30.2 to be machined), which in the present case is an airfoil 31 as part of a blisk 32.
  • the airfoil 31 has a suction side surface 31.1 and a pressure side surface 31.2, these side surfaces 31.1, 31.2 are machined simultaneously in a material-removing manner.
  • a further tool 35 is shown, which has a further machining cathode 36 and a further protective electrode layer 37 electrically insulated therefrom.
  • an electrolyte 38 and a voltage supply system 39 are shown schematically, with the latter the processing cathodes 2, 36 are negatively charged and the component 30 is positively charged.
  • the protective electrode layers 20, 37 are also positively charged, with a higher voltage than the component 30. As a result, stray currents 25 in the draining electrolyte channel can be avoided or diverted to the respective protective electrode layer 20, 37, which can prevent undesirable attack on the component surface in the draining electrolyte channel.
  • FIG. 4 shows a turbomachine 40, in this case an aircraft engine 41.
  • This is functionally divided into a compressor 42, a combustion chamber 43 and a turbine 44.
  • air drawn in is compressed in the compressor 42 and burned in the downstream combustion chamber 43 with added kerosene, with the resulting hot gas being expanded in the turbine 44.
  • Both the compressor 42 and the turbine 44 each have several stages with guide vanes and rotor blade rings, whereby, for example, a rotor blade ring of the turbine 44, referenced here as an example with the reference number 45, can be designed as a blisk.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug (1) zum Bearbeiten eines Bauteils (30) durch elektrochemisches Abtragen, mit einer Bearbeitungskathode (2), die eine Vorderseite (2.1) zum Annähem an eine zu bearbeitende Oberfläche (30.1) des Bauteils (30) aufweist, und einer Schutzelektrodenschicht (20), die an einer der Vorderseite (2.1) entgegengesetzten Rückseite (2.2) der Bearbeitungskathode (2) angeordnet ist, wobei die Schutzelektrodenschicht (20) von der Bearbeitungskathode (2) elektrisch isoliert ist.

Description

WERKZEUG ZUM BEARBEITEN EINES BAUTEILS DURCH ELEKTROCHEMISCHES ABTRAGEN
BESCHREIBUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Bauteils durch elektrochemisches Ab tragen.
Stand der Technik
Beim elektrochemischen Abtragen (Elektrochemical Machining, ECM) wird mittels einer Bearbeitungskathode Material von einem Bauteil abgetragen. Dazu wird zwischen einer Vorderseite der Bearbeitungskathode und der zu bearbeitenden Oberfläche des Bauteils ein Arbeitsspalt eingestellt, in dem ein Elektrolyt vorgehalten bzw. zugeführt wird. Wird dann das Bauteil als Anode und die Kathode als Kathode polarisiert, so stellt sich im Arbeitsspalt ein Elektronenstrom ein und werden Ionen aus dem Bauteil gelöst. Auf diese Weise lassen sich auch vergleichsweise harte Werkstoffe materialabtragend bearbeiten, weswegen das Verfahren insbesondere bei der Herstellung von Bauteilen für axiale Strömungsmaschinen, z. B. Flugtriebwerke, Anwendung finden kann.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein besonders vorteilhaftes Werkzeug zum Bearbeiten eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen anzugeben.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem Werkzeug nach Anspruch 1 gelöst. Dieses ist an einer der Vorderseite, mit welcher die material ab tragende Bearbeitung des Bauteils erfolgt, entgegengesetzten Rückseite der Bearbeitungskathode mit einer Schutzelektrodenschicht ausgestattet. Diese ist von der Bearbeitungskathode elektrisch isoliert und kann bei der material abtragenden Bearbeitung wie das Bauteil positiv geladen werden. Indem hierbei für die Schutzelektrodenschicht eine im Verhältnis zum Bauteil höhere Spannung eingestellt wird, lassen sich z. B. Streuströme gezielt ablenken und aufnehmen.
Zu solchen Streuströmen kann es insbesondere im abfließenden Elektrolytkanal kommen, also dem aus dem Arbeitsspalt austretenden Elektrolytstrom. Der austretende Elektrolyt kann dabei noch eine unerwünschte Restladung aufweisen, was in den umliegenden Bereichen zu einem lokalen oder auch flächigen unerwünschten Abtrag bzw. Anätzungen (sogenannte „Pittings") führen kann. Durch die Ablenkung bzw. Aufnahme mit der rückseitig der Bearbeitungskathode angeordneten Schutzelektrodenschicht kann einer Wechselwirkung der Streuströme mit dem Bauteil vorgebeugt werden, lassen sich also bspw. Oberflächenfehler vermeiden.
Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei bei 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 verstehen. Wird bspw. ein für einen bestimmten Betrieb geeignetes Werkzeug beschrieben, ist dies zugleich als Offenbarung eines entsprechenden Verfahrens zu verstehen, und umgekehrt.
Wie nachstehend im Einzelnen diskutiert, kann die Schutzelektrodenschicht je nach Materialwahl im Verhältnis zum Bauteil entweder als Schutzschicht beständig und formtreu sein oder sich als Opferschicht im Zuge der Bauteilbearbeitung sukzessive auflösen. Die Vorderseite der Bearbeitungskathode kann bevorzugt flächig ein Profil definieren, das mit der materialabtragenden Bearbeitung in die Oberfläche des Bauteils eingebracht wird. Dazu kann eine Vorschubrichtung, in welcher die Bearbeitungskathode in das Bauteil hineinbewegt wird, eine Richtungskomponente senkrecht zur Vorderseite bzw. Vorderseitenfläche der Kathode haben.
Wenngleich die elektrische Isolation im Allgemeinen auch über einen Luftspalt realisiert sein könnte, ist in bevorzugter Ausgestaltung ein Isolatorelement rückseitig der Bearbeitungskathode angeordnet, wobei dieses Bauteil die Bearbeitungskathode und die Schutzelektrodenschicht in einem definierten Abstand bzw. die Schutzelektrodenschicht an der Bearbeitungskathode hält. Der Aufbau mit Isolatorelement kann bspw. auch bei kleinen Baugrößen eine definierte Relativpositionierung erlauben und elektrische Isolierung sicherstellen.
Im Allgemeinen kann das Isolationselement bspw. auch aus Glas oder einer Keramik vorgesehen sein, bevorzugt ist es jedoch aus einem Kunststoffmaterial geformt, etwa aus Polyamid (z. B. PA2200). Es kann als Spritzguss- oder insbesondere auch als 3D-Druckteil hergestellt sein, was eine gute Anpassung an die Kathodengeometrie erlaubt.
Im Allgemeinen kann das Isolatorelement im Zuge seiner Herstellung auch direkt an die Bearbeitungskathode angeformt werden, kann also bspw. das 3D-Druckteil direkt auf deren Rückseite aufgebaut werden. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Isolatorelement jedoch mit der Bearbeitungskathode zusammengesetzt, werden die beiden also als zuvor separat hergestellte Teile zusammengebaut. Bevorzugt ist das Isolatorelement dann formschlüssig an der Bearbeitungskathode gehalten, dazu kann es bspw. damit verschraubt oder über den Clip o. ä. daran gehalten werden.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Schutzelektrodenschicht als Beschichtung auf das Isolatorelement aufgebracht, also auf dessen der Bearbeitungskathode abgewandte Rückseite. Aufgrund der Stabilisierung durch das Isolatorelement lassen sich damit vergleichsweise kleine Schichtdicken realisieren, kann das Werkzeug insgesamt also eine kompakte Baugröße haben (z. B. zum Handhaben im Zwischenraum zwischen zwei Schaufelblättern, siehe unten im Detail).
Die Schutzelektrodenschicht bzw. -beschichtung kann bspw. eine Nickel- und/oder Platinschicht aufweisen. Generell kann es sich bevorzugt um ein Mehrschichtsystem handeln, das dem Isolator element bzw. der Bearbeitungskathode zugewandt eine Grundschicht und rückseitig, also abgewandt, eine Deckschicht aufweisen kann. Im Falle der auf das Isolatorelement aufgebrachten Beschichtung kann die Grundschicht bspw. chemisch abgeschieden sein, bspw. als chemische Nickelschicht. Diese kann z. B. eine Schichtdicke von höchstens 10 pm, 8 pm, 6 pm, 4 pm bzw. 2 pm haben, mit einer möglichen Untergrenze bei 1 pm.
Die chemische Grundschicht kann galvanisch verstärkt sein, entweder direkt mit der Deckschicht oder auch einer Zwischenschicht. Als solche kann bspw. eine galvanische Kupferschicht vorgesehen sein, z. B. mit einer Schichtdicke von höchstens 10 pm, 8 pm, 6 pm, 4 pm bzw. 2 pm (und einer möglichen Untergrenze bei mindestens 1 pm). Die Deckschicht kann, unabhängig von einer etwaigen Zwischenschicht, eine galvanische Schicht sein, bspw. mit einer Schichtdicke von höchstens 1.000 pm, 800 pm, 600 pm, 400 pm, 200 pm bzw. 100 pm, wobei eine mögliche Untergrenze bei 10 pm liegt.
Wird die Deckschicht, oder im Allgemeinen auch die Schutzelektrode insgesamt, aus einem im Verhältnis zum Bauteil elektrochemisch gleichwertig oder weniger edlen Material vorgesehen, so löst sie sich sukzessive auf (Opferschicht). Dies lässt sich bspw. mit Nickel erreichen (bei einem Bauteil aus Nickel), also bspw. einer galvanisch abgeschiedenen Nickel-Deckschicht. Alternativ kann eine zum Bauteil elektrochemisch edlere Schutzelektroden- bzw. Deckschicht beständig und formtreu sein (Schutzschicht), was sich bspw. mit Platin erreichen lässt, etwa einer elektrochemisch abgeschiedenen Platin-Deckschicht.
Insgesamt kann die Schutzelektrodenschicht in bevorzugter Ausgestaltung vergleichsweise dünn sein, nämlich eine Dicke von höchstens 3 mm, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm bzw. 0,2 mm haben, mit möglichen Untergrenzen bei z. B. 10 pm, 15 pm bzw. 20 pm. Dies bezieht sich im Falle eines mehrlagigen Aufbaus auf das Gesamtsystem, von einschließlich Grund- bis einschließlich Deckschicht.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen, die zusätzlich zu einem vorliegend offenbarten Werkzeug ein Spannungsversorgungssystem aufweist. Dieses ist, bspw. über eine entsprechende Steuereinheit, dazu eingerichtet, im Betrieb die Bearbeitungskathode negativ und das Bauteil positiv zu laden. Ferner wird mit dem Spannungsversorgungssystem auch die Schutzelektrodenschicht positiv geladen, und zwar mit einer im Verhältnis zum Bauteil höheren Spannung, vergleiche die eingangs erläuterten Vorteile. Die Bearbeitungsvorrichtung kann selbstverständlich zusätzlich auch andere Bestandteile aufweisen, etwa ein Elektrolytversorgungssystem (zur Elektrolyt Zu- und Abfuhr) und ein Positioniersystem zum Relativpositionieren von Werkzeug und Bauteil während der Bearbeitung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen. Dabei wird, wenn mit der Bearbeitungskathode Material von der zu bearbeitenden Oberfläche des Bauteils abgetragen wird, die Schutzelektrodenschicht positiv geladen, und zwar mit im Verhältnis zum Bauteil höherer Spannung. Bezüglich weiterer Details wird auf die vorstehende Offenbarung verwiesen, es kann bspw. zwischen der Bearbeitungskathode und der zu bearbeitenden Oberfläche des Bauteils ein Arbeitsspalt eingestellt und diesem ein Elektrolyt zugeführt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung wird die Oberfläche des Bauteils mit der materialabtragenden Bearbeitung auf ihre Endgeometrie gefertigt, ist das elektrochemische Abtragen also der letzte Bearbeitungsschritt. Hierbei können die eingangs erwähnten Vorteile, also das Reduzieren bzw. Vermeiden von Oberflächenfehlern, im Besonderen zum Tragen kommen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zu bearbeitende Oberfläche eine Saug- oder Druckseitenfläche eines Schaufelblatts für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk. Die Kontur an der Vorderseite der Bearbeitungskathode kann besagter Seitenfläche ihre Kontur vorgeben, die Seitenfläche wird dabei bevorzugt auf Endgeometrie gefertigt.
In bevorzugter Ausgestaltung wird simultan auch die entgegengesetzte Seitenfläche des Schaufelblatts materialabtragend bearbeitet, wird dort also mit einem weiteren Werkzeug ebenfalls elektrochemisch Material abgetragen. Das weitere Werkzeug weist bevorzugt zusätzlich zur Bearbeitungskathode rückseitig ebenfalls eine Schutzelektrodenschicht auf, bevorzugt ist es analog dem ersten Werkzeug aufgebaut und wird insofern auf die vorstehende Offenbarung verwiesen. Beim Abtragen werden die beiden Werkzeuge dann jeweils in das Bauteil hinein und damit aufeinander zu bewegt, womit simultan die Saug- und Druckseitenfläche des jeweiligen Schaufelblatts freigelegt wird.
Im Allgemeinen kann das Schaufelblatt bspw. auch Teil eines Mehrfach- Segments oder auch einer einzelnen Schaufel sein (also einer Schaufel mit Schaufelfuß und einem einzigen Schaufelblatt daran). In bevorzugter Ausgestaltung ist das Bauteil jedoch eine Blisk (Blade Integrated Disk, BUsk also eine Rotorscheibe mit integral damit ausgebildeten Schaufelblättern, die mit der elektrochemischen Bearbeitung materialabtragend herausgearbeitet werden. Der vorliegende Gegenstand richtet sich auch auf ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
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 ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen;
Figur 2 eine Detailansicht zu Figur 1 ;
Figur 3 ein Bauteil während der Bearbeitung mit zwei Werkzeugen;
Figur 4 ein Flugtriebwerk in einem schematischen Längsschnitt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein Werkzeug 1 mit einer Bearbeitungskathode 2 zum Bearbeiten eines Bauteils durch elektrochemisches Abtragen. Die Bearbeitungskathode 2 weist eine Vorderseite 2.1 auf, welche im Betrieb der zu bearbeitenden Oberfläche des Bauteils zugewandt ist, vergleiche Figur 3 im Detail. An einer der Vorderseite 2.1 entgegengesetzten Rückseite 2.2 der Bearbeitungskathode 2 ist ein Isolatorelement 3 angeordnet, das vorliegend aus einem Kunststoffmaterial, etwa PA2200, vorgesehen ist. Das Isolatorelement 3 ist mit der Bearbeitungskathode 2 zusammengesetzt und wird über eine hier nicht dargestellte Schraub- oder Clipbefestigung daran gehalten.
Im Folgenden wird ergänzend auch auf Figur 2 verwiesen, in der eine rückseitig des Isolatorelements 3 aufgebrachte Schutzelektrodenschicht 20 weiter im Detail zu erkennen ist. Die Schutzelektrodenschicht 20 ist in diesem Beispiel als Beschichtung auf das Isolatorelement 3 aufgebracht und setzt sich aus einer Grundschicht 20.1, Zwischenschicht 20.2 und Deckschicht 20.3 zusammen. Dabei kann die Grundschicht 20.1 z. B. als chemische Nickelschicht mit einer Schichtdicke von 1 pm bis 2 pm aufgebracht sein, die Zwischenschicht 20.2 als galvanische Kupferschicht mit einer Schichtdicke von ebenfalls 1 pm bis 2 pm und die Deckschicht 20.3 als galvanische Nickel- oder Platinschicht mit einer Schichtdicke zwischen 10 pm bis 100 pm. Diese Dicken werden jeweils in einer Dickenrichtung 4 genommen, in welche das Isolatorelement 3 bspw. eine Dicke von rund 0,5 mm hat.
Im Betrieb wird die Bearbeitungskathode 2 negativ und die Schutzelektrodenschicht 20 positiv geladen, und zwar letztere mit einer im Verhältnis zum Bauteil höheren Spannung. Damit lassen sich Streuströme gezielt ablenken und aufnehmen (siehe Figur 3), können also im Ergebnis unerwünschte Oberflächendefekte zumindest reduziert werden.
Figur 3 zeigt die Bearbeitung eines Bauteils 30 in schematischer Darstellung (mit zu bearbeitenden Oberflächen 30.1, 30.2), bei dem es sich vorliegend um ein Schaufelblatt 31 als Teil einer Blisk 32 handelt. Das Schaufelblatt 31 hat eine Saugseitenflä- che 31.1 und eine Druckseitenfläche 31.2, diese Seitenflächen 31.1, 31.2 werden vorliegend simultan materialabtragend bearbeitet. Dazu ist als Teil einer Vorrichtung 34 zusätzlich zu dem Werkzeug 1 ein weiteres Werkzeug 35 dargestellt, das eine weitere Bearbeitungskathode 36 und eine davon elektrisch isolierte weitere Schutzelektrodenschicht 37 aufweist. Ferner sind schematisch ein Elektrolyt 38 und ein Spannungsversorgungssystem 39 dargestellt, mit letzterem werden die Bearbeitungskathoden 2, 36 negativ und wird das Bauteil 30 positiv geladen. Auch die Schutzelektrodenschichten 20, 37 werden positiv geladen, und zwar mit im Vergleich zum Bauteil 30 höherer Spannung. Dadurch können Streuströme 25 im abfließenden Elektrolytkanal vermieden bzw. zur jeweiligen Schutzelektrodenschicht 20, 37 hin abgelenkt werden, was einem unerwünschten Angriff der Bauteiloberfläche im abfließenden Elektrolytkanal vorbeugen kann.
Figur 4 zeigt eine Strömungsmaschine 40, vorliegend ein Flugtriebwerk 41. Dieses gliedert sich funktional in Verdichter 42, Brennkammer 43 und Turbine 44. Im Betrieb wird angesaugte Luft im Verdichter 42 komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer 43 mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt, wobei das entstehende Heißgas in der Turbine 44 expandiert wird. Sowohl der Verdichter 42 als auch die Turbine 44 weisen jeweils mehrere Stufen mit Leit- und Laufschaufelkranz auf, wo- bei bspw. ein hier exemplarisch mit dem Bezugszeichen 45 referenzierter Laufschaufelkranz der Turbine 44 als Blisk ausgeführt sein kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
Werkzeug 1
Bearbeitungskathode 2
Vorderseite 2.1
Rückseite 2.2
Isolatorelement 3
Dickenrichtung 4
Schutzelektrodenschicht 20
Grundschicht 20.1
Zwischenschicht 20.2
Deckschicht 20.3
Bauteil 30
Zu bearbeitende Seitenflächen 30.1., 30.2
Schaufelblatt 31
Saugseitenfläche 31.1
Drucksei tenfl äche 31.2
Blisk 32
Vorrichtung 34
Weiteres Werkzeug 35
W eitere B earb eitungskathode 36
Weitere Schutzelektrodenschicht 37
Elektrolyt 38
Spannungsversorgungssystem 39
Streuströme 25
Strömungsmaschine 40
Flugtriebwerk 41
Verdichter 42
Brennkammer 43
Turbine 44
Laufschaufelkranz/7>//.s 45

Claims

ANSPRÜCHE
1. Werkzeug (1) zum Bearbeiten eines Bauteils (30) durch elektrochemisches Abtragen, mit einer Bearbeitungskathode (2), die eine Vorderseite (2.1) zum Annähem an eine zu bearbeitende Oberfläche (30.1) des Bauteils (30) aufweist, und einer Schutzelektrodenschicht (20), die an einer der Vorderseite (2.1) entgegengesetzten Rückseite (2.2) der Bearbeitungskathode (2) angeordnet ist, wobei die Schutzelektrodenschicht (20) von der Bearbeitungskathode (2) elektrisch isoliert ist.
2. Werkzeug (1) nach Anspruch 1, bei welchem auf der Rückseite (2.2) der Bearbeitungskathode (2) ein Isolatorelement (3) angeordnet ist, welches die Schutzelektrodenschicht (20) von der Bearbeitungskathode (2) elektrisch isoliert.
3. Werkzeug (1) nach Anspruch 2, bei welchem das Isolatorelement (3) gesondert von der Bearbeitungskathode (2) hergestellt und mit dieser zusammengesetzt ist, vorzugsweise formschlüssig daran gehalten wird.
4. Werkzeug (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem das Isolatorelement (3) aus einem Kunststoffmaterial vorgesehen ist.
5. Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem die Schutzelektrodenschicht (20) als Beschichtung auf das Isolatorelement (3) aufgebracht ist.
6. Werkzeug (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Schutzelektrodenschicht (20) eine Nickel- und/oder eine Platinschicht aufweist.
7. Werkzeug (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Schutzelektrodenschicht (20) eine Dicke von höchstens 3 mm hat.
8. Vorrichtung (34) zum Bearbeiten eines Bauteils (30) durch elektrochemisches Abtragen, mit einem Werkzeug (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche und einem Spannungsversorgungssystem (39), wobei das Spannungsversorgungssystem (39) dazu eingerichtet ist, die Bearbeitungskathode (2) negativ und das Bauteil (30) positiv zu laden, sowie die Schutzelektrodenschicht positiv zu laden, und zwar mit einer im Verhältnis zum Bauteil (30) höheren Spannung.
9. Verfahren zum Bearbeiten eines Bauteils (30) durch elektrochemisches Abtragen mit einem Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einer Vorrichtung (34) nach Anspruch 8, bei welchem mit der Bearbeitungskathode (2) Material von einer zu bearbeitenden Oberfläche (30.1) des Bauteils (30) abgetragen wird, wobei das Bauteil (30) positiv geladen wird und auch die Schutzelektrodenschicht (20) positiv geladen wird, und zwar mit einer im Verhältnis zum Bauteil (30) höheren Spannung.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die zu bearbeitende Oberfläche (30.1) mit der materialabtragenden Bearbeitung auf ihre Endgeometrie gefertigt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem die zu bearbeitende Oberfläche (30.1) eine Saug- oder Druckseitenfläche (31.1) eines Schaufelblatts (31) für eine Strömungsmaschine (40) ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem simultan auch die entgegengesetzte Seitenfläche (31.2) des Schaufelblatts (31) mit einem weiteren Werkzeug (35) materialabtragend bearbeitet wird, wobei das weitere Werkzeug (35) eine weitere Bearbeitungskathode (36) und an deren Rückseite eine weitere Schutzelektrodenschicht (37) aufweist.
13. Verfahren zum Herstellen einer Blisk (32), bei welchem diese als Bauteil (30) in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 materialabtragend bearbeitet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CH508449A (de) * 1967-12-21 1971-06-15 Production Engineering Res Ass Verfahren zur elektrochemischen Bearbeitung eines Werkstückes und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE19960790B4 (de) * 1999-12-16 2006-02-09 Mtu Aero Engines Gmbh Elektrode zum elektrochemischen Feinbohren von Werkstücken sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102005014598A1 (de) * 2005-03-31 2006-10-05 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen mit einer dreidimensional geformten Oberfläche
WO2015060975A1 (en) * 2013-10-24 2015-04-30 United Technologies Corporation Method for creating airfoil leading and trailing edges
EP4169646A1 (de) * 2021-10-25 2023-04-26 MTU Aero Engines AG Verfahren und vorrichtung zum einbringen einer ausnehmung in ein werkstück

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