WO2010102608A1 - Verfahren und elektro-erodiervorrichtung zum herstellen eines metallischen bauteils für eine strömungsmaschine - Google Patents

Verfahren und elektro-erodiervorrichtung zum herstellen eines metallischen bauteils für eine strömungsmaschine Download PDF

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WO2010102608A1
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erosion
turbomachine
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Albin Platz
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MTU Aero Engines GmbH
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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
    • B23H5/00—Combined machining
    • B23H5/02—Electrical discharge machining combined with electrochemical machining
    • 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 invention relates to a method and an electric erosion device for producing a metallic component for a turbomachine, in particular for a thermal gas turbine.
  • the invention further relates to a component which is produced by means of such a method or such an electric erosion device.
  • Metallic components for turbomachinery such as engine blades or integral wheels for thermal gas turbines, usually have to withstand high chemical, thermal and mechanical loads. Therefore, they are made of extremely hard and difficult to machine materials such as hardened steel, titanium, copper or nickel alloys, carbide and the like.
  • the production of such components is therefore usually carried out by means of chemical electro-erosion processes that use the basic principle of an electrolytic cell and use electrolyte solutions as working fluids.
  • An electric erosion device suitable for carrying out a chemical electric erosion process can be found, for example, in US Pat. No. 3,928,163, in which an erosion electrode in the direction of the electrode axis can be acted upon by a working medium in order to cool it.
  • the production of such components comprises a plurality of method steps, which sometimes have to be carried out iteratively, since differently rapid removal processes form over the component surface.
  • a component which is designed as an integral compressor impeller of a thermal gas turbine for example starting from a component blank with a comparatively coarse rough contour by an electrochemical metalworking process (ECM) a component blank is generated with an intermediate contour, wherein the intermediate contour already as uniform as possible compared to a having predetermined final contour. Finally, by further material removal, the final component is produced with the desired final contour. The last This step is carried out with the help of precise electrochemical metal working methods (PECM).
  • PECM electrochemical metal working methods
  • Object of the present invention is to provide a way for accelerated and cost-effective production of components for turbomachinery, in particular, components of difficult to machine metallic materials o should be produced in accordance with improved.
  • a) provide a component blank which has a rough contour and b) removal of material of the component blank by means of a spark erosion method, wherein an intermediate contour corresponding to a final contour of the component is produced, which has an allowance relative to the final contour and c) removal of material of the component raw machined after step b) lings by means of an electrochemical removal process (ECM), wherein the final contour of the component is generated carried out.
  • ECM electrochemical removal process
  • step b) By carrying out step b) in contrast to the prior art by means of a spark erosion method, the representation of exact geometric images is possible even before the final contour is generated, without scattering effects and influences by edges, side gaps or the like of the component blank occurring.
  • component blanks having virtually any desired rough contour can be used in step a).
  • the component In contrast to chemical electro-erosion processes, the component is machined in spark erosion in a dielectric and not in an electrolyte solution.
  • the dielectric serves as insulation between the component and erosion electrode, adjustment of favorable ionization properties, constriction of the discharge channel, removal of the ablation particles and cooling of erosion electrode and component or component blank.
  • hydrocarbons can be used as a dielectric.
  • the component blank produced in this way already has an intermediate contour with an at least largely equidistant allowance relative to the desired final contour and can be completed without difficulty in a narrow tolerance range without further iterations in step c), the final ECM step.
  • the final ECM step is produced precisely and quickly without the need for iteration steps, which, for example, allows very short development times for components with new geometry as well as the rapid and cost-effective production of components for test purposes.
  • components made of difficult-to-cut metallic materials can be produced correspondingly improved. Since no mechanical stress acts on the component blank during removal of the material, even thin-walled intermediate contour areas can be produced without problems.
  • step a) component blanks can be provided which already have a rough contour with a very small oversize to the intermediate contour and thus to the final contour, since during the subsequent spark erosion no scattering effect occurs and the spark gap does not exceed a defined distance. below. This leads to a further reduction of the processing time and thus to a significant reduction in production costs.
  • the component blank before step a) is first produced by a separation process, in particular by a chamber process, from a semifinished product. This allows a further acceleration and cost reduction of the production process, since the raw contour produced thereby already strongly correlates with the intermediate contour to be produced in the subsequent step b) even for component blanks with complex surface geometries.
  • ECM electrochemical metalworking process
  • the intermediate contour in step b) with an allowance between 0.02 mm and 1.5 mm, in particular between 0.05 mm and 1.2 mm, in particular between 0.1 mm and 1.0 mm, compared to the final contour is generated. This allows a particularly simple, fast and precise production of the final contour in the subsequent step c). Iteration steps and the like can be dispensed with.
  • the intermediate contour is produced in step b) with an equidistant allowance relative to the final contour.
  • an equidistant allowance is also to be regarded as an allowance with small deviations in the context of measurement errors, system errors, DIN tolerances and the like as being included within the scope of the invention.
  • a Senkerodiermaschine is used as a spark erosion process.
  • the erosion electrode has a negative shape of the intermediate contour to be generated, whereby particularly short production cycles are achieved.
  • Senkerodierischen are next to processes with linear feed movement of the erosion electrode and the planetary and EDI erosion processes to understand.
  • step c) a pre-electrolytic metal working process (PECM) is used as the electrochemical removal process.
  • PECM pre-electrolytic metal working process
  • a dimensional tolerance of the final contour is below 0.2 mm, in particular below 0.1 mm, and / or an average roughness of a surface of the component is less than 0.3 mm, in particular less than 0 , 2 mm, amounts to.5 This enables reliable compliance with the manufacturing tolerances required for turbomachines.
  • a further aspect of the invention relates to an electric erosion device for producing a metallic component for a turbomachine, comprising an erosion electrode and a feed device, by means of which a working fluid can be introduced from a reservoir into a working region of the electric erosion device, wherein a component blank of a metallic Material can be arranged in the work area and for removing the material as a counter electrode of the erosion electrode is switchable.
  • a component blank of a metallic Material can be arranged in the work area and for removing the material as a counter electrode of the erosion electrode is switchable.
  • a working fluid is a dielectric
  • an electrolytic solution is to be provided as the working fluid, which can be introduced into the working area independently of one another, ie separately or together, by means of the feed device.
  • the possibility is also created to adjust the dielectric constant 0 and the conductivity of the working fluid by setting appropriate mixing ratios variable over a wide range. This allows easy adaptation to different materials and component geometries. In particular, components made of difficult-to-cut metallic materials can be produced correspondingly improved. 5
  • the working area comprises a working chamber in which the removal of the material is feasible.
  • the required amount of working fluid can be advantageously reduced.
  • the flow rate of the working fluid through the working chamber can be used to selectively influence different process parameters depending on the respectively performed removal process - spark erosive or electrochemical, whereby the electric erosion device enables particularly rapid and precise production of the respective component. 5
  • the feed device comprises at least one additional storage container for a rinsing liquid and is designed to introduce the rinsing liquid into the working area.
  • a rinsing liquid for example, water can be provided.
  • the electric erosion device is designed for carrying out a method according to one of the preceding exemplary embodiments.
  • the resulting advantages can be found in the previous descriptions.
  • Another aspect of the invention relates to a component for a turbomachine, in particular for a thermal gas turbine, which consists of a metallic material and has a final contour, wherein the invention provides that the component by means of a method and / or by means of an electric erosion device manufactured according to one of the preceding embodiments.
  • the resulting advantages can be found in the previous descriptions.
  • the component can consist of a material which is difficult to machine, for example a stainless steel, a copper, nickel, cobalt or titanium-based alloy, a brass alloy or the like.
  • the single figure shows a schematic diagram of an electric erosion device 10 for producing a turbine blade formed as a metallic component for a thermal gas turbine (not shown).
  • the electric erosion device 10 comprises an erosion electrode 12 presently connected as a cathode and a supply device 14, by means of which two different working fluids according to arrow I are independent of one another from respectively associated storage containers 16a, 16b in a working area 18 of the electric erosion device 10 can be introduced.
  • the supply device comprises a further storage container 16c for a rinsing liquid and is designed to introduce the rinsing liquid into the working area 18 independently of the working liquids according to arrow I.
  • a component blank 20 is arranged from a metallic material and connected to remove the material as an anode.
  • the working area 18 comprises a working chamber 22 in which the removal of the material is carried out.
  • the component For producing the component, first of all a semifinished product (not shown) is arranged in the working area 18. By means of a chambering process, the component blank 20 shown is produced from the semifinished product, which has a rough contour.
  • ECM electrochemical metal working method
  • the first working fluid from the reservoir 16a is introduced into the working chamber 22.
  • an electrolytic solution is used as the first working liquid.
  • rinsing liquid for example water
  • material of the component blank 20 is removed by means of a countersinking method, wherein an intermediate contour corresponding to a final contour of the component to be produced is generated.
  • the second working fluid is introduced from the reservoir 16b into the working chamber 22 by means of the feed device 14.
  • the second working fluid used is a dielectric, for example a hydrocarbon.
  • the generated intermediate contour has an equidistant dimension of between 0.1 mm and 1.0 mm with respect to the desired final contour of the finished contour
  • material of the pre-machined component blank 20 is removed again, as a result of which the final contour of the component is produced.
  • a pre-electrolytic metal working process PECM
  • the dimensional tolerance of the final contour of the finished component is below 0.1 mm.
  • the average roughness of the surface of the component is less than 0.2 mm.
  • turbomachines instead of a component designed as an engine blade, other types of components for turbomachines, such as integral rotors, guide vanes and the like, can also be produced by means of the electric erosion device 10 or the method.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine thermische Gasturbine, bei welchem zumindest die Schritte a) Bereitstellen eines Bauteilrohlings (20), welcher eine Rohkontur aufweist und aus einem metallischen Werkstoff besteht, b) Abtragen von Werkstoff des Bauteilrohlings (20) mittels eines Funkenerodierverfahrens, wobei eine mit einer Endkontur des Bauteils korrespondierende Zwischenkontur erzeugt wird, welche ein Aufmaß gegenüber der Endkontur aufweist, und c) Abtragen von Werkstoff des nach Schritt b) bearbeiteten Bauteilrohlings (20) mittels eines elektrochemischen Abtragverfahrens, wobei die Endkontur des Bauteils erzeugt wird, durchgeführt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Elektro-Erodiervorrichtung (10) zum Herstellen eines metallischen Bauteils für eine Strömungsmaschine sowie ein Bauteil für eine Strömungsmaschine.

Description

Verfahren und Elektro-Erodiervorrichtung zum Herstellen eines metallischen Bauteils für eine Strömungsmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Elektro-Erodiervorrichtung zum Herstellen eines metallischen Bauteils für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine thermische Gasturbine. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil, welches mittels eines derartigen Verfahrens bzw. einer derartigen Elektro-Erodiervorrichtung hergestellt ist.
Metallische Bauteile für Strömungsmaschinen, beispielsweise Triebwerksschaufeln oder integrale Laufräder für thermische Gasturbinen, müssen in der Regel hohe chemische, thermische und mechanische Belastungen aushalten. Daher sind sie aus extrem harten und schwer zerspanbaren Werkstoffen wie gehärtetem Stahl, Titan-, Kupfer- oder Nickellegie- rungen, Hartmetall und dergleichen gefertigt. Die Herstellung derartiger Bauteile erfolgt daher üblicherweise mit Hilfe von chemischen Elektro-Erosionsverfahren, die sich des Grundprinzips einer elektrolytischen Zelle bedienen und Elektrolytlösungen als Arbeitsflüssigkeiten verwenden. Eine zur Durchführung eines chemischen Elektro- Erosionsverfahrens geeignete Elektro-Erodiervorrichtung ist beispielsweise der US 3 928 163 zu entnehmen, bei welcher eine Erodierelektrode in Richtung der Elektrodenachse mit einem Arbeitsmedium beaufschlagbar ist, um diese zu kühlen.
Die Herstellung derartiger Bauteile umfasst mehrere Verfahrensschritte, die teilweise iterativ durchgeführt werden müssen, da sich über die Bauteiloberfläche unterschiedlich schnel- Ie Abtragsprozesse ausbilden. Zur Herstellung eines Bauteils, welches als integrales Verdichterlaufrad einer thermischen Gasturbine ausgebildet ist, wird beispielsweise ausgehend von einem Bauteilrohling mit einer vergleichsweise groben Rohkontur durch ein elektrochemisches Metallbearbeitungsverfahren (ECM) ein Bauteilrohling mit einer Zwischenkontur erzeugt, wobei die Zwischenkontur bereits ein möglichst gleichmäßiges Aufmaß gegenüber einer vorbestimmten Endkontur aufweist. Schließlich wird durch weiteren Materialabtrag das endgültige Bauteil mit der gewünschten Endkontur erzeugt. Der letzte Schritt erfolgt dabei mit Hilfe von präzisen elektrochemischen Metallbearbeitungsverfahren (PECM).
Besondere Probleme ergeben sich insbesondere während der Bearbeitung der Rohkontur 5 des Bauteilrohlings, da zunächst über die zu bearbeitende Oberfläche sehr unterschiedliche Abstände zwischen einer Erodierelektrode der Elektro-Erodiervorrichtung und dem Bauteilrohling vorliegen. Zwar werden die Abstände im Verlauf des Verfahrens zunehmend an die Elektrodenform der Erodierelektrode angeglichen, durch Streuwirkung des Stromes insbesondere an Stellen mit Seitenspalt erfolgt jedoch unkontrollierter Abtrag. Ein über die0 Oberfläche des Bauteilrohlings zumindest weitgehend äquidistantes Aufmaß der Zwischenkontur stellt jedoch eine Voraussetzung für die Erzeugung einer präzisen Endkontur des endgültigen Bauteils dar. Daher ist die Herstellung eines Bauteilrohlings mit einer Zwischenkontur mit zumindest weitgehend äquidistantem Aufmaß zur Endkontur des Bauteils nur mit größerem iterativem Aufwand zu bewerkstelligen, wodurch lange Produktionszei-5 ten und endsprechend hohe Produktionskosten entstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur beschleunigten und kostengünstigere Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen zu schaffen, wobei insbesondere auch Bauteile aus schwer zerspanbaren metallischen Werkstoffen entsprechend o verbessert herstellbar sein sollen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils für eine Strömungsmaschine gemäß Patentanspruch 1 und eine Elektro- Erodiervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Aus- 5 gestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Elektro-Erodiervorrichtung und umgekehrt anzusehen sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils für o eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine thermische Gasturbine, werden zumindest die Schritte a) Bereitstellen eines Bauteilrohlings, welcher eine Rohkontur aufweist und aus einem metallischen Werkstoff besteht, b) Abtragen von Werkstoff des Bauteilrohlings mittels eines Funkenerodierverfahrens, wobei eine mit einer Endkontur des Bauteils korrespondierende Zwischenkontur erzeugt wird, welche ein Aufmaß gegenüber der Endkontur aufweist und c) Abtragen von Werkstoff des nach Schritt b) bearbeiteten Bauteilroh- lings mittels eines elektrochemischen Abtragverfahrens (ECM), wobei die Endkontur des Bauteils erzeugt wird, durchgeführt. Indem Schritt b) im Gegensatz zum Stand der Technik mit Hilfe eines Funkenerodierverfahrens durchgeführt wird, ist bereits vor dem Erzeugen der Endkontur die Darstellung exakter geometrischer Abbildungen möglich, ohne dass Streuwirkungen und Beeinflussungen durch Kanten, Seitenspalte oder dergleichen des Bauteilrohlings auftreten. Dabei können in Schritt a) Bauteilrohlinge mit einer praktisch beliebigen Rohkontur verwendet werden. Im Unterschied zu chemischen Elektro- Erosionsverfahren wird das Bauteil beim funkenerosiven Abtragen in einem Dielektrikum und nicht in einer Elektrolytlösung bearbeitet. Das Dielektrikum dient zur Isolation zwischen Bauteil und Erodierelektrode, Einstellung günstiger Ionisierungseigenschaften, Ein- schnürung des Entladekanals, Abtransport der Abtragpartikel und Kühlung von Erodierelektrode und Bauteil bzw. Bauteilrohling. Als Dielektrikum können beispielsweise Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Der hierdurch hergestellte Bauteilrohling besitzt bereits eine Zwischenkontur mit einem zumindest weitgehend äquidistanten Aufmaß gegenüber der gewünschten Endkontur und kann in Schritt c), dem abschließenden ECM-Schritt, problemlos in engem Toleranzbereich ohne weitere Iterationen fertiggestellt werden. Auf diese Weise können auch Bauteile mit komplexen Endkonturen präzise und schnell ohne die Notwendigkeit von Iterationsschritten hergestellt werden, wodurch sich beispielsweise sehr kurze Entwicklungszeiten für Bauteile mit neuer Geometrie sowie die schnelle und kostengünstige Herstellung von Bauteilen zu Testzwecken realisieren lassen. Dabei können insbesondere auch Bauteile aus schwer zerspanbaren metallischen Werkstoffen entsprechend verbessert hergestellt werden. Da während dem Abtragen des Werkstoffs keine mechanischen Belastungen auf den Bauteilrohling einwirken, können auch dünnwandige Zwi- schenkonturbereiche problemlos hergestellt werden. Ferner können in Schritt a) Bauteilrohlinge bereitgestellt werden, die bereits eine Rohkontur mit einem sehr geringen Aufmaß zur Zwischenkontur und damit zur Endkontur aufweisen, da beim anschließenden Funkenerodieren keine Streuwirkung auftritt und der Funkenspalt eine definierte Distanz nicht über- schreitet. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der Bearbeitungszeit und damit zu einer erheblichen Senkung der Produktionskosten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bauteilrohling vor Schritt a) zunächst durch ein Trennverfahren, insbesondere durch ein Auskammerverfahren, aus einem Halbzeug hergestellt wird. Dies ermöglicht eine weitere Beschleunigung und Verbilligung des Herstellungsverfahrens, da die dadurch erzeugte Rohkontur auch bei Bauteilrohlingen mit komplexen Oberflächengeometrien bereits stark mit der im anschließenden Schritt b) zu erzeugenden Zwischenkontur korrespondiert.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem als Trennverfahren ein elektrochemisches Metallbearbeitungsverfahren (ECM) verwendet wird. Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, die Genauigkeit der dabei verwendeten Erodierelektrode in Form, Maß und Oberflächenstruktur schnell auf dem Bauteilrohling abzubilden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zwischenkontur in Schritt b) mit einem Aufmaß zwischen 0,02 mm und 1,5 mm, insbesondere zwischen 0,05 mm und 1,2 mm, insbesondere zwischen 0,1 mm und 1,0 mm, gegenüber der Endkontur erzeugt wird. Dies erlaubt eine besonders einfache, schnelle und präzise Er- zeugung der Endkontur im anschließenden Schritt c). Auf Iterationsschritte und dergleichen kann verzichtet werden.
In weiterer Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Zwischenkontur in Schritt b) mit einem äquidistanten Aufmaß gegenüber der Endkontur erzeugt wird. Auf diese Weise ist eine besonders einfache, schnelle und präzise Erzeugung der Endkontur im anschließenden Schritt c) ermöglicht. Unter einem äquidistanten Aufmaß sind dabei auch Aufmasse mit geringen Abweichungen im Rahmen von Messfehlern, Systemfehlern, DIN- Toleranzen und dergleichen als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Schritt b) ein Senkerodierverfahren als Funkenerodierverfahren verwendet wird. Beim Senkerodie- ren besitzt die Erodierelektrode eine Negativform der zu erzeugenden Zwischenkontur, wodurch besonders kurze Produktionszyklen erzielt werden. Unter Senkerodierverfahren sind neben Verfahren mit linearer Vorschubbewegung der Erodierelektrode auch PIa- netärerodierverfahren und bahngesteuerte Erodierverfahren zu verstehen.
5
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn in Schritt c) ein präsizes elektochemisches Metallbearbeitungsverfahren (PECM) als elektrochemisches Abtragverfahren verwendet wird. Hierdurch kann das gewünschte Bauteil schnell und präzise ohne Elektrodenverschleiß und mit höchster Oberflächengüte hergestellt werden. Zudem entfallen etwaige Nachbearbei-0 tungsschritte wie Entgraten, Polieren, Reinigen und dergleichen.
Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Maßtoleranz der Endkontur unterhalb von 0,2 mm, insbesondere unterhalb von 0,1 mm, liegt und/oder eine mittlere Rauheit einer Oberfläche des Bauteils weniger als 0,3 mm, insbesondere weniger als 0,2 mm, beträgt.5 Dies ermöglicht die zuverlässige Einhaltung der für Strömungsmaschinen geforderten Fertigungstoleranzen.
Indem als Bauteil eine Triebwerkschaufel und/oder ein integrales Laufrad einer thermischen Gasturbine hergestellt wird, können die genannten Vorteile im Hinblick auf hohe o Fertigungsqualität bei gleichzeitig schneller und kostengünstiger Verfahrensdurchführung auch für derartige Bauteile verwirklicht werden, die aus schwer zu zerspanenden Werkstoffen bestehen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektro-Erodiervorrichtung zum Herstellen 5 eines metallischen Bauteils für eine Strömungsmaschine, umfassend eine Erodierelektrode und eine Zuführeinrichtung, mittels welcher eine Arbeitsflüssigkeit von einem Vorratsbehälter in einen Arbeitsbereich der Elektro-Erodiervorrichtung einbringbar ist, wobei ein Bauteilrohling aus einem metallischen Werkstoff im Arbeitsbereich anordenbar und zum Abtragen des Werkstoffs als Gegenelektrode der Erodierelektrode schaltbar ist. Eine Mög- o lichkeit zur beschleunigten und kostengünstigere Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen ist dabei erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass die Zuführeinrich- tung einen weiteren Vorratsbehälter fiir eine weitere Arbeitsflüssigkeit umfasst und ausgebildet ist, die Arbeitsflüssigkeiten unabhängig voneinander in den Arbeitsbereich einzubringen. Hierdurch ist es im Gegensatz zum Stand der Technik möglich, sowohl funkene- rosive als auch elektrochemische Abtragverfahren mittels der Elektro-Erodiervorrichtung 5 durchzuführen. Für funkenerosive Abtragverfahren ist dabei als Arbeitsflüssigkeit ein Dielektrikum, für elektrochemische Abtragverfahren eine Elektrolytlösung als Arbeitsflüssigkeit vorzusehen, welchen mittels der Zuführeinrichtung unabhängig voneinander, d.h. getrennt voneinander oder gemeinsam, in den Arbeitsbereich einbringbar sind. Durch ein gemeinsames Einbringen ist zudem die Möglichkeit geschaffen, die Dielektrizitätskonstante0 und die Leitfähigkeit der Arbeitsflüssigkeit durch Einstellen entsprechender Mischungsverhältnisse variabel über einen weiten Bereich einzustellen. Dies erlaubt eine einfache Anpassung an unterschiedliche Werkstoffe und Bauteilgeometrien. Dabei sind insbesondere auch Bauteile aus schwer zerspanbaren metallischen Werkstoffen entsprechend verbessert herstellbar. 5
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Arbeitsbereich eine Arbeitskammer umfasst, in welcher das Abtragen des Werkstoffs durchführbar ist. Durch eine räumlich begrenzte Arbeitskammer kann die benötigte Menge an Arbeitsflüssigkeit vorteilhaft reduziert werden. Weiterhin kann über die Strömungsge- o schwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit durch die Arbeitskammer in Abhängigkeit des jeweils durchgeführten Abtragsverfahrens - funkenerosiv oder elektrochemisch - gezielt Einfluss auf verschiedene Prozessparameter genommen werden, wodurch die Elektro- Erodiervorrichtung eine besonders schnelle und präzise Herstellung des jeweiligen Bauteils ermöglicht. 5
In weiterer Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Zuführeinrichtung wenigstens einen zusätzlichen Vorratsbehälter für eine Spülflüssigkeit umfasst und ausgebildet ist, die Spülflüssigkeit in den Arbeitsbereich einzubringen. Dies ermöglicht die Durchführung von Spülvorgängen, was sich insbesondere beim Umschalten zwischen fun- o kenerosivem und elektrochemischem Abtragen, d.h. beim Wechsel zwischen Dielektrikum und Elektrolytlösung, als vorteilhaft gezeigt hat. Vorzugsweise ist die Zuführeinrichtung dabei ausgebildet, die Spülflüssigkeit getrennt von den Arbeitsflüssigkeiten in den Arbeitsbereich einzubringen. Als Spülflüssigkeit kann beispielsweise Wasser vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Elektro-Erodiervorrichtung zur Durch- führung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Strömungsmaschine, insbe- sondere für eine thermische Gasturbine, welches aus einem metallischen Werkstoff besteht und eine Endkontur besitzt, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Bauteil mittels eines Verfahrens und/oder mittels einer Elektro-Erodiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele hergestellt ist. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind den vorhergehenden Beschreibungen zu entnehmen. Das Bauteil kann aus einem schwer zerspanbaren Material, beispielsweise einem Edelstahl, einer Kupfer-, Nickel-, Co- balt- oder Titanbasislegierung, einer Messinglegierung oder dergleichen bestehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, wobei die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt die einzige Figur eine Prinzipdarstellung einer Elektro- Erodiervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die einzige Figur zeigt eine Prinzipdarstellung einer Elektro-Erodiervorrichtung 10 zum Herstellen eines als Triebwerkschaufel ausgebildeten, metallischen Bauteils für eine thermische Gasturbine (nicht gezeigt). Die Elektro-Erodiervorrichtung 10 umfasst eine vorlie- gend als Kathode geschaltete Erodierelektrode 12 sowie eine Zuführeinrichtung 14, mittels welcher zwei unterschiedliche Arbeitsflüssigkeiten gemäß Pfeil I unabhängig voneinander aus jeweils zugeordneten Vorratsbehältern 16a, 16b in einen Arbeitsbereich 18 der Elektro- Erodiervorrichtung 10 einbringbar sind. Weiterhin umfasst die Zufuhreinrichtung einen weiteren Vorratsbehälter 16c für eine Spülflüssigkeit und ist ausgebildet, die Spülflüssigkeit unabhängig von den Arbeitsflüssigkeiten gemäß Pfeil I in den Arbeitsbereich 18 ein- zubringen. Im Arbeitsbereich 18 ist ein Bauteilrohling 20 aus einem metallischen Werkstoff angeordnet und zum Abtragen des Werkstoffs als Anode geschaltet. Der Arbeitsbereich 18 umfasst eine Arbeitskammer 22, in welcher das Abtragen des Werkstoffs durchgeführt wird.
Zum Herstellen des Bauteils wird zunächst ein Halbzeug (nicht gezeigt) im Arbeitsbereich 18 angeordnet. Durch ein Auskammerverfahren wird aus dem Halbzeug der gezeigte Bauteilrohling 20 hergestellt, welcher eine Rohkontur aufweist. Zum Auskammern wird dabei ein elektrochemisches Metallbearbeitungsverfahren (ECM) verwendet, zu dessen Durchführung mittels der Zuführeinrichtung 14 die erste Arbeitsflüssigkeit aus dem Vorratsbe- hälter 16a in die Arbeitskammer 22 eingebracht wird. Als erste Arbeitsflüssigkeit wird eine Elektrolytlösung verwendet.
Anschließend wird bedarfsweise mittels der Zuführeinrichtung 14 ein Spülvorgang durchgeführt, indem Spülflüssigkeit, beispielsweise Wasser, aus dem dritten Vorratsbehälter 16c in die Arbeitskammer 22 eingebracht wird. Hierdurch werden Reste der Elektrolytlösung entfernt und die Oberfläche des Bauteilrohlings für den nächsten Verfahrensschritt gereinigt.
Im nächsten Verfahrensschritt wird Werkstoff des Bauteilrohlings 20 mittels eines Senk- erodierverfahrens abgetragen, wobei eine mit einer Endkontur des herzustellenden Bauteils korrespondierende Zwischenkontur erzeugt wird. Hierbei wird mittels der Zuführeinrichtung 14 die zweite Arbeitsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 16b in die Arbeitskammer 22 eingebracht. Als zweite Arbeitsflüssigkeit wird ein Dielektrikum, beispielsweise ein Kohlenwasserstoff, verwendet. Die erzeugte Zwischenkontur weist ein äquidistantes Auf- maß zwischen 0, 1 mm und 1 ,0 mm gegenüber der gewünschten Endkontur des fertigen
Bauteils auf. Anschließend kann bedarfsweise mittels der Zuführeinrichtung 14 erneut ein Spülvorgang durchgeführt werden, wobei die gleiche oder eine unterschiedliche Spüllösung verwendet werden kann.
Im letzten Verfahrensschritt wird erneut Werkstoff des vorbearbeiteten Bauteilrohlings 20 abgetragen, wodurch die Endkontur des Bauteils erzeugt wird. Zum Abtragen wird dabei ein präsizes elektochemisches Metallbearbeitungsverfahren (PECM) verwendet. Die Maßtoleranz der Endkontur des fertigen Bauteils liegt unterhalb von 0,1 mm. Die mittlere Rau- heit der Oberfläche des Bauteils beträgt weniger als 0,2 mm.
Anstelle eines als Triebwerkschaufel ausgebildeten Bauteils können mittels der Elektro- Erodiervorrichtung 10 bzw. des Verfahrens auch andere Bauteiltypen für Strömungsmaschinen wie beispielsweise integrale Rotoren, Leitschaufeln und dergleichen hergestellt werden.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen - beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen - als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines metallischen Bauteils für eine Strömungsmaschine, 5 insbesondere für eine thermische Gasturbine, folgende Schritte umfassend: a) Bereitstellen eines Bauteilrohlings (20), welcher eine Rohkontur aufweist und aus einem metallischen Werkstoff besteht; b) Abtragen von Werkstoff des Bauteilrohlings (20) mittels eines Funkenerodierverfahrens, wobei eine mit einer Endkontur des Bauteils korrespondie-0 rende Zwischenkontur erzeugt wird, welche ein Aufmaß gegenüber der
Endkontur aufweist; und c) Abtragen von Werkstoff des nach Schritt b) bearbeiteten Bauteilrohlings (20) mittels eines elektrochemischen Abtragverfahrens, wobei die Endkontur des Bauteils erzeugt wird. 5
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilrohling (20) vor Schritt a) zunächst durch ein Trennverfahren, insbesondere durch ein Auskam- merverfahren, aus einem Halbzeug hergestellt wird.
0 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennverfahren ein elektrochemisches Metallbearbeitungsverfahren (ECM) verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkontur in Schritt b) mit einem Aufmaß zwischen 0,02 mm und 1,5 mm, 5 insbesondere zwischen 0,05 mm und 1,2 mm, insbesondere zwischen 0,1 mm und
1 ,0 mm, gegenüber der Endkontur erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkontur in Schritt b) mit einem äquidistanten Aufmaß gegenüber der End- o kontur erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Senkerodierverfahren als Funkenerodierverfahren verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in
5 Schritt c) ein präsizes elektochemisches Metallbearbeitungsverfahren (PECM) als elektrochemisches Abtragverfahren verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maßtoleranz der Endkontur unterhalb von 0,2 mm, insbesondere unterhalb von0 0,1 mm, liegt und/oder eine mittlere Rauheit einer Oberfläche des Bauteils weniger als 0,3 mm, insbesondere weniger als 0,2 mm, beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil eine Triebwerkschaufel und/oder ein integrales Laufrad einer thermischen5 Gasturbine hergestellt wird.
10. Elektro-Erodiervorrichtung (10) zum Herstellen eines metallischen Bauteils für eine Strömungsmaschine, umfassend eine Erodierelektrode (12) und eine Zuführeinrichtung (14), mittels welcher eine Arbeitsflüssigkeit von einem Vorratsbehälter (16a)0 in einen Arbeitsbereich (18) der Elektro-Erodiervorrichtung (10) einbringbar ist, wobei ein Bauteilrohling (20) aus einem metallischen Werkstoff im Arbeitsbereich (18) anordenbar und zum Abtragen des Werkstoffs als Gegenelektrode der Erodierelektrode schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (14) einen weiteren Vorratsbehälter (16b) für eine weitere Arbeitsflüssigkeit umfasst und 5 ausgebildet ist, die Arbeitsflüssigkeiten unabhängig voneinander in den Arbeitsbereich (18) einzubringen.
11. Elektro-Erodiervorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich (18) eine Arbeitskammer (22) umfasst, in welcher das Abtragen o des Werkstoffs durchführbar ist.
12. Elektro-Erodiervorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (14) wenigstens einen zusätzlichen Vorratsbehälter (16c) für eine Spülflüssigkeit umfasst und ausgebildet ist, die Spülflüssigkeit in den Arbeitsbereich (18) einzubringen.
13. Elektro-Erodiervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
14. Bauteil für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine thermische Gasturbine, welches aus einem metallischen Werkstoff besteht und eine Endkontur besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder mittels einer Elektro-Erodiervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13 hergestellt ist.
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