DE102015102720A1

DE102015102720A1 - Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von Blisks, Tandemblisks und Blisktrommeln

Info

Publication number: DE102015102720A1
Application number: DE102015102720.8A
Authority: DE
Inventors: Leping Zhu
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-08-25

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (35) zur elektrochemischen Bearbeitung von Blisks, Tandemblisks und Blisktrommeln (2) mit einer eine Mittelachse (17) aufweisenden Werkstückhalteeinrichtung (11) zur Anordnung eines Rotors (2) und mit wenigstens zwei jeweils eine Arbeitskathodeneinrichtung (27) aufweisenden Bearbeitungseinrichtungen (13, 14, 36) beschrieben. Die Bearbeitungseinrichtungen (13, 14, 36) sind jeweils mittels einer Bewegungseinrichtung (20) bezüglich der Mittelachse (17) der Werkstückhalteeinrichtung (11) im Wesentlichen in radialer Richtung (R) bewegbar gelagert, so dass die Arbeitskathodeneinrichtungen (27) zur Bearbeitung eines sich in Wirkverbindung mit der Werkstückhalteeinrichtung (11) befindlichen Rotors (2) in eine Bearbeitungsposition bringbar sind. Wenigstens eine der Bearbeitungseinrichtungen (13, 14, 36) ist um die Mittelachse (17) der Werkstückhalteeinrichtung (11) drehbar gelagert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von integral beschaufelten Rotoren eines Flugtriebwerks oder einer Gasturbine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Praxis ist es bekannt, integral beschaufelte Rotoren, sogenannte Blisks (Blade integrated disks) und Tandemblisks, d. h. Blisks mit mehreren Schaufelreihen, aus einem Rohling durch Fräsen herzustellen. Hierbei ist der Werkzeugverschleiß allerdings nachteilhafterweise groß. Um die Werkzeugkosten zu reduzieren, ist es bekannt, Blisks mittels elektrochemischen Verfahren herzustellen. Üblicherweise werden Blisks stufenweise über elektrochemische Verfahren gefertigt. Dabei werden die Schaufeln von Blisks zunächst während einer ersten Fertigungsphase beispielsweise mittels Electro-Chemical-Machining-Verfahren (ECM-Verfahren) aus Rohlingen mit einem Aufmaß gegenüber einer gewünschten Endgeometrie in einem Schruppverfahren herausgearbeitet. Daran anschließend werden die Schaufeln mittels Precise-Electrochemical-Machining-Verfahren (PECM-Verfahren) in Schlichtverfahren fertigbearbeitet.
Die EP 1 314 507 B1 offenbart eine Maschine, mittels der ein elektrochemisches Verfahren zur Herstellung eines Tandemblisks durchführbar ist. Die Maschine weist eine Spindel zum Montieren eines Rotors und zwei Bearbeitungseinrichtungen auf, mit denen jeweils Schaufeln einer Reihe des Tandemblisks bearbeitet werden können. Allerdings sind mit dieser Maschine die einzelnen Schaufeln nur sequentiell bearbeitbar, so dass die Herstellung des gesamten Tandemblisks sehr zeitaufwendig ist.
Integral beschaufelte Rotoren sind mit einem in der EP 1 652 611 B1 beschriebenen Verfahren mit geringen Fertigungszeiten herstellbar. Aus einem Rohling werden sämtliche Schaufelzwischenräume während eines einzigen Arbeitsschrittes mit einem Träger gefertigt. Dabei weist der Träger so viele Arbeitselektroden wie herzustellende Schaufeln auf. Anschließend werden die Schaufeln über mehrere als Hohlelektroden ausgeführte Arbeitselektroden fertigbearbeitet. Die Arbeitselektroden sind hierfür in radialer Richtung des Rohlings translatorisch bewegbar und um eine Achse der Arbeitselektroden drehbar ausgeführt.
Bei dieser Lösung ist es jedoch nachteilhaft, dass nur gleichartig ausgeführte integral beschaufelte Rotoren herstellbar sind und insbesondere zur Fertigung von Rotoren mit unterschiedlichen Anzahlen von Schaufeln jeweils separate Fertigungsvorrichtungen vorzusehen sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines integral beschaufelten Rotors zu schaffen, mittels der auf einfache Weise Blisks, Tandemblisks bzw. Blisktrommeln mit unterschiedlichen Anzahlen von Schaufeln auf schnelle und kostengünstige Weise bearbeitbar bzw. herstellbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung von integral beschaufelten Rotoren bzw. Rotorvorrichtungen eines Flugtriebwerks ist mit einer eine Mittelachse aufweisenden Werkstückhalteeinrichtung zur Anordnung eines Rotors bzw. eines Werkstücks insbesondere in Form eines Blisks, eines Tandemblisks oder einer Blisktrommel und mit wenigstens zwei wenigstens eine Arbeitskathodeneinrichtung aufweisenden Bearbeitungseinrichtungen ausgeführt. Die Bearbeitungseinrichtungen sind jeweils mittels einer Bewegungseinrichtung bezüglich der Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung im Wesentlichen in radialer Richtung vorzugsweise translatorisch auf den Rotor bzw. das Werkstück zu oder von diesen weg bewegbar gelagert, so dass die Arbeitskathodeneinrichtungen zur Bearbeitung eines sich in Wirkverbindung mit der Werkstückhalteeinrichtung befindlichen Rotors bzw. eines Werkstücks in eine Bearbeitungsposition bringbar sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Bearbeitungseinrichtungen um die Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung drehbar gelagert ist bzw. in Umfangsrichtung des Rotors bzw. des Werkstücks verlagerbar ist.
Dies bietet vorteilhafterweise die Möglichkeit, einen Winkelabstand zwischen in Umfangsrichtung der Rotorvorrichtungen zueinander benachbart angeordneten Bearbeitungseinrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich der Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung mit geringem Aufwand zu verändern bzw. einzustellen und an variierende Abstände zwischen ebenfalls in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Schaufeln eines Rotors in Form eines Blisks, eines Tandemblisks oder einer Blisktrommel zu Beginn oder während der Bearbeitung eines Werkstücks anpassen zu können. Damit sind über die wenigstens zwei Bearbeitungseinrichtungen jeweils gleichzeitig Schaufeln bearbeitbar, wobei über eine einzige erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtung die gleichzeitige Bearbeitung von wenigstens zwei Schaufeln unabhängig von der Anzahl von Schaufeln des jeweils mit der Vorrichtung zu bearbeitenden Werkstücks mit geringen Bearbeitungs- und Maschinenrüstzeiten möglich ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können somit Blisks, Tandemblisks und Blisktrommeln mit unterschiedlichen Anzahlen von Schaufeln und mit variierenden Teilungswinkeln zwischen den Schaufeln durch eine entsprechende Verstellung der wenigstens einen Bearbeitungseinrichtung in Umfangsrichtung schnell und kostengünstig bearbeitet werden.
Unter dem Begriff Bearbeitung werden vorliegend sowohl Fertigungsabläufe während einer Herstellung eines Blisks bzw. Tandemblisks oder einer Blisktrommel als auch während eines Reparaturprozesses eines solchen beschädigten Bauteils verstanden.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Schaufelzwischenräume auf kostengünstige Art und Weise innerhalb kurzer Bearbeitungszeiten mittels Schruppverfahren, insbesondere mittels ECM-Verfahren herstellbar. Zudem können beispielsweise durch Fräsen oder durch ECM-Verfahren vorgefertigte Schaufeln während sich daran anschließender Schlichtverfahren, beispielsweise mittels eines ECM- oder mittels eines PECM-Verfahrens fein- bzw. fertigbearbeitet und mit den gewünschten Endmaßen hergestellt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wenigstens eine der Bearbeitungseinrichtungen ausgehend von einer Grundstellung um bis zu etwa 15° im Uhrzeigersinn und/oder um bis zu etwa 15° entgegen dem Uhrzeigersinn um die Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung und in Umfangsrichtung einer Rotorvorrichtung bewegbar. Mit solchen Bewegungsumfängen wenigstens einer der Bearbeitungseinrichtungen sind die Bearbeitungseinrichtungen auf einfache Weise derart in Umfangsrichtung der Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung zueinander positionierbar, dass jeweils wenigstens zwei Schaufeln von integral beschaufelten Rotorvorrichtungen bzw. Blisks mit voneinander abweichenden Anzahlen von Schaufeln gleichzeitig von den wenigstens zwei Bearbeitungseinrichtungen bearbeitet werden können.
Um eine Bearbeitung von integral beschaufelten Rotoren besonders schnell durchführen zu können, sind bei vorteilhaften Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr als drei, vorzugsweise bis zu sechs Bearbeitungseinrichtungen vorgesehen, die vorzugsweise zunächst in ihren Grundpositionen vorliegend in Umfangsrichtung eines zu bearbeitenden Werkstücks gleichmäßig um die Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung verteilt angeordnet und zumindest teilweise in Umfangsrichtung zueinander verstellbar ausgebildet sind. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung mehr als sechs und zum Teil in Umfangsrichtung verstellbare Bearbeitungseinrichtungen aufweist.
Damit auch bei Vorrichtungen mit mehr als zwei Bearbeitungseinrichtungen sämtliche Bearbeitungseinrichtungen Schaufeln von Blisks, Tandemblisks oder Blisktrommeln mit voneinander abweichenden Anzahlen von Schaufeln gleichzeitig bearbeiten können, sind bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung alle Bearbeitungseinrichtungen um die Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung drehbar ausgebildet.
Bei einer konstruktiv einfachen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind alle Bearbeitungseinrichtungen bis auf eine Bearbeitungseinrichtung in Umfangsrichtung zueinander bewegbar ausgebildet, um im Bereich jeder der Bearbeitungseinrichtungen jeweils eine Schaufel während eines Arbeitsschrittes in gewünschtem Umfang bearbeiten zu können, wobei die beweglichen Bearbeitungseinrichtungen in Bezug auf die eine in Umfangsrichtung unbewegliche Bearbeitungseinrichtung auszurichten und an die aktuellen Abstände zwischen den zu bearbeitenden Schaufeln eines integral beschaufelten Rotors in Umfangsrichtung verteilt anzuordnen sind.
Die Bearbeitung von Schaufeln des integral beschaufelten Rotors ist besonders effektiv und genau möglich, wenn die Arbeitskathodeneinrichtung einer Bearbeitungseinrichtung oder die Arbeitskathodeneinrichtungen vorzugsweise aller Bearbeitungseinrichtungen mit wenigstens zwei als Halbschalen ausgeführten Arbeitskathoden ausgebildet sind. Dabei besteht die Möglichkeit, die Arbeitskathoden insbesondere mit einer gegenüber einer Schaufeloberfläche und/oder gegenüber einer Oberfläche eines Annulus einer Schaufel negativen Form auszuführen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Arbeitskathoden mehrteilig mit mehreren Segmenten ausgeführt sind.
Um die insbesondere als Halbschalen ausgeführten Arbeitskathoden auf einfache Weise zur Bearbeitung in Eingriff mit der jeweils zu bearbeitenden Schaufel eines integral beschaufelten Rotors bringen zu können, sind die Arbeitskathoden der Arbeitskathodeneinrichtung wenigstens einer der Bearbeitungseinrichtungen bei einer vorteilhaft ausgeführten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Wesentlichen in tangentialer Richtung der Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung zueinander bewegbar. Vorzugsweise sind die Arbeitskathoden der Arbeitskathodeneinrichtung sämtlicher Bearbeitungseinrichtungen der Vorrichtung derart bewegbar ausgebildet.
Damit eine Fein- bzw. Fertigbearbeitung von Schaufeln eines integral beschaufelten Rotors mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einfache Weise durchführbar ist, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung vorgesehen, dass den insbesondere mit Halbschalen ausgeführten Arbeitskathoden der Arbeitskathodeneinrichtung eine oszillierende Bewegung aufprägbar ist. Dabei besteht wiederum die Möglichkeit, dass sämtliche Arbeitskathoden der Arbeitskathodeneinrichtungen oszillierend bewegbar sind.
Sind den Arbeitskathoden der Arbeitskathodeneinrichtung bzw. der Arbeitskathodeneinrichtungen jeweils oszillierende Bewegungen aufprägbar, sind die Schaufeln vorzugsweise mittels PECM-Verfahren bearbeitbar und es ist eine endkonturgenaue Bearbeitung der Schaufeln des zu bearbeitenden Werkstücks möglich.
Bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine weitere Bewegungseinrichtung vorgesehen, über die die Werkstückhalteeinrichtung um ihre Mittelachse, die insbesondere einer Mittelachse eines auf der Werkstückhalteeinrichtung angeordneten Rotors entspricht bzw. zu dieser koaxial verläuft, drehbar gelagert ist. Auf diese Weise kann nach Abschluss der Bearbeitung von Schaufeln das Werkstück derart um die Mittelachse gedreht werden, dass sämtliche Bearbeitungseinrichtungen ohne eine Verdrehung um die Mittelachse wiederum in Eingriff mit jeweils einer weiteren zu bearbeitenden Schaufel gebracht werden können.
Um insbesondere auch sogenannte Blisktrommeln mit mehreren Bliskstufen bzw. Tandemblisks mit mehreren Schaufelreihen auf einfache Weise bearbeiten zu können, ist bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Gegenstandes eine zusätzliche Bewegungseinrichtung vorgesehen, über die die Werkstückhalteeinrichtung in Erstreckungsrichtung ihrer Mittelachse verlagerbar ist. Dabei besteht auch die Möglichkeit, dass solche Blisktrommeln mehrere beispielsweise über Schraub- oder Schweißverbindungen miteinander verbundene einzelne Bliskstufen umfassen.
Insbesondere wenn alle Schaufeln einer Bliskstufe bearbeitet sind, kann das Werkstück über die zusätzliche Bewegungseinrichtung derart verlagert werden, dass die Bearbeitungseinrichtungen der Vorrichtung in Eingriff mit Schaufeln einer weiteren Stufe einer Blisktrommel bzw. einer weiteren Reihe eines Tandemblisks gebracht werden können.
Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass eine, mehrere oder alle Bearbeitungseinrichtungen eine Bewegungseinrichtung aufweisen, über die die Arbeitskathoden der jeweiligen Bewegungseinrichtung in Erstreckungsrichtung der Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung verlagerbar sind.
Eine vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst eine Maschinenbasis, auf der die Werkstückhalteeinrichtung und die Bearbeitungseinrichtungen gelagert sind. Auf diese Weise sind die Bearbeitungseinrichtungen auf einfache Weise gegenüber der Werkstückhalteeinrichtung und somit gegenüber eines zu bearbeitenden integral beschaufelten Rotors positionierbar.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei zugunsten der Übersichtlichkeit jeweils für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
1 eine stark schematisierte Draufsicht auf eine Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Tandemblisks mit zwei Bearbeitungseinrichtungen;
2 eine vereinfachte Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1; und
3 eine alternativ ausgeführte Vorrichtung zur elektrochemischen Bearbeitung eines Tandemblisks mit drei Bearbeitungseinrichtungen.
1 und 2 zeigen jeweils eine Vorrichtung 1, mittels der Blisks, Tandemblisks und Blisktrommeln von Flugtriebwerken oder Industrie-Gasturbinen elektrochemisch bearbeitet, d. h. hergestellt oder repariert werden können. Mit der gezeigten Vorrichtung 1 können neben herkömmlichen einstufigen bzw. einreihigen Blisks auch Schaufeln 5 eines zwei oder mehrere Reihen 3, 4 aufweisenden Tandemblisks 2 mittels eines Schlichtverfahrens endkonturgenau feinbearbeitet werden. Neben Schlichtverfahren sind mittels der Vorrichtung 1 auch Schruppverfahren durchführbar, wobei sowohl ECM-Verfahren als auch PECM-Verfahren ausgeführt werden können. Vorliegend sind mit der Vorrichtung 1 Schaufeln 5 des Tandemblisks 2 aus einem Rohling zunächst in einen Zwischenfertigungszustand überführbar bzw. vorformbar und anschließend daran eventuell fertig bearbeitbar.
Die Vorrichtung 1 umfasst zur elektrochemischen Bearbeitung der Schaufeln 5 des Tandemblisks 2 vorliegend eine Stromversorgungseinrichtung 6, eine Elektrolytversorgungseinrichtung 7, eine Schlammentsorgungseinrichtung 8 und eine Steuereinrichtung 9, insbesondere eine NC-Steuerung. Mittels der Steuereinrichtung 9 sind die Stromversorgungseinrichtung 6, die Elektrolytversorgungseinrichtung 7 und die Schlammentsorgungseinrichtung 8 ansteuerbar.
Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine Maschinenbasis 10 bzw. ein Maschinenbett auf, mit der eine Werkstückhalteeinrichtung 11 und vorliegend zwei Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 wirkverbunden sind, die in 1 vergrößert dargestellt sind. Mittels eines Halters 12 ist hier ein Tandemblisk 2 an der Werkstückhalteeinrichtung 11 bzw. an dem Werkstückständer befestigt. Zusätzlich ist eine Bewegungseinrichtung 16 vorgesehen, mittels welcher der auf der Werkstückhalteeinrichtung 11 montierte Tandemblisk 2 in Richtung des Pfeils C um eine Mittelachse 17 der Werkstückhalteeinrichtung 11 verschwenkbar ist, welche koaxial zu einer Mittelachse des montierten Tandemblisks 2 ist. Um den Tandemblisk 2 in Erstreckungsrichtung Z der Mittelachse 17 verlagern zu können, ist eine zusätzliche Bewegungseinrichtung 18 vorgesehen.
Die zwei Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 der Vorrichtung 1 sind vorliegend baugleich ausgebildet, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung jeweils der konstruktive Aufbau und die Funktionsweise der Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 lediglich anhand der Bearbeitungseinrichtung 13 näher beschrieben werden und gleiche bzw. gleichwirkende Bauteile der Bearbeitungseinrichtungen 13 und 14 mit den selben Bezugszeichen versehen sind. Die Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 der Vorrichtung 1 befinden sich im gezeigten Zustand jeweils in ihrer Grundposition, in den die Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 auf gegenüberliegenden Seiten der Werkstückhalteeinrichtung 11, d. h. in Umfangsrichtung C um etwa 180° versetzt zueinander angeordnet sind.
Die Bearbeitungseinrichtung 13 weist eine als Drehschlitten ausgeführte Bewegungseinrichtung 19 auf, mittels der die Bearbeitungseinrichtung 13 gegenüber der Maschinenbasis 10 um die Mittelachse 17 der Werkstückhalteeinrichtung 11 insbesondere auf einem Kreisbahnabschnitt mit definiertem Radius drehbar gelagert ist. Ausgehend von der gezeigten Grundposition ist der Drehschlitten 19 in Umfangsrichtung C um einen Winkelbereich von etwa 15° sowohl im Uhrzeigersinn als auch um einen Winkelbereich von etwa 15° entgegen dem Uhrzeigersinn um die Mittelachse 17 der Werkstückhalteeinrichtung 11 verlagerbar. Auf dem Drehschlitten 19 ist wiederum eine Bewegungseinrichtung 20 gelagert, welche als radialer Schlitten ausgeführt ist und über den Drehschlitten 19 um die Mittelachse 17 drehbar ist. Zusätzlich ist der radiale Schlitten 20 gegenüber dem Drehschlitten 19 in radialer Richtung R bezüglich der Mittelachse 17 der Werkstückhalteeinrichtung 11 verlagerbar und damit ein radialer Abstand zwischen der Mittelachse 17 und dem radialen Schlitten 20 veränderbar.
Gegenüber dem radialen Schlitten 20 bewegbar ist auf diesem eine Bewegungseinrichtung 21 gelagert, die zwei tangentiale Schlitten 22, 23 aufweist. Die tangentialen Schlitten 22, 23 sind dabei in tangentialer Richtung T bezüglich der Mittelachse 17 der Werkstückhalteeinrichtung 11 aufeinander zu oder auseinander bewegbar. Auf den tangentialen Schlitten 22, 23 ist eine weitere Bewegungseinrichtung 24 mit zwei weiteren Schlitten 25, 26 gelagert, wobei ein Schlitten 25 auf dem tangentialen Schlitten 22 und ein Schlitten 26 auf dem tangentialen Schlitten 23 angeordnet ist und mittels der Steuereinrichtung 9 sämtliche Bewegungseinrichtungen 16, 18, 19, 20, 21, 24 ansteuerbar sind.
Es ist weiterhin eine Arbeitskathodeneinrichtung 27 vorgesehen, die vorliegend zwei als Halbschalen 28, 29 ausgeführte Arbeitskathoden umfasst. Die Halbschalen 28, 29 sind jeweils mit einer Bearbeitungsfläche ausgebildet, die im Wesentlichen eine negative Form einer herzustellenden Schaufeloberfläche aufweisen. Die Halbschale 28 ist mit dem Schlitten 25 und die Halbschale 29 ist mit dem Schlitten 26 wirkverbunden. Über die Schlitten 25, 26 ist den Halbschalen 28, 29 eine oszillierende Bewegung vorliegend in tangentialer Richtung T aufprägbar. Die Halbschalen 28, 29 sind hier über schnellwechselnde und präzise Schnittstellen mit den tangentialen Schlitten 22, 23 verbunden.
Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass den Halbschalen eine oszillierende Bewegung über die tangentialen Schlitten 22, 23 in tangentialer Richtung T aufprägbar ist und hierdurch auf die Schlitten 25, 26 verzichtet werden kann.
Während der Feinbearbeitung der Schaufeln 5 des Tandemblisks 2 mittels der Vorrichtung 1 wird zunächst ein zu bearbeitendes Werkstück bzw. ein Rohling, der bereits Schaufelzwischenräume aufweist, über den Halter 12 in der Werkstückhalteeinrichtung 11 eingespannt und ausgerichtet. Die Schaufelzwischenräume des Tandemblisks 2 können beispielsweise durch Fräsen oder mittels anderer abtragender Verfahren, wie eines ECM-Verfahrens, eines Funkensenkerodierverfahrens, eines Drahterodierverfahrens oder durch Wasserstrahlschneiden, hergestellt sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Schaufelzwischenräume mittels eines mit der Vorrichtung 1 durchgeführten ECM-Verfahrens herzustellen.
Die zur Bearbeitung der Schaufeln 5 der jeweiligen Reihe 3, 4 des Tandemblisks 2 vorgesehenen Arbeitskathodeneinrichtungen 27 werden auf allen Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 montiert und anschließend ein Steuerprogramm in die Steuereinrichtung 9 geladen und gestartet. Vor dem Beginn der Bearbeitung wird eine Position und eine Nulllage einer definierten Schaufel 5 einer ersten Reihe 3 des Tandemblisks 2 beispielsweise mittels eines Messtasters oder eines optischen Messsystems automatisiert oder manuell ermittelt. Des Weiteren wird der Tandemblisk 2 über die weitere Bewegungseinrichtung 16 und die zusätzliche Bewegungseinrichtung 18 derart verfahren, dass die in ihrer Grundposition vorliegende Bearbeitungseinrichtung 13 durch radiales Verstellen der Arbeitskathodeneinrichtung 27 im Bereich des radialen Schlittens 20 in Eingriff mit der Schaufel 5 der ersten Reihe 3 des Tandemblisks 2 bringbar ist.
Anschließend wird die Bearbeitungseinrichtung 14, soweit erforderlich, über die zweite Bewegungseinrichtung 19 um die Mittelachse 17 der Werkstückhalteeinrichtung 11 aus ihrer Grundposition heraus in Umfangsrichtung des Tandemblisks 2 verdreht, um die Bearbeitungseinrichtung 14 durch radiales Verstellen der Arbeitskathodeneinrichtung 27 im Bereich des radialen Schlittens 20 in Eingriff mit einer der Schaufeln 5 der ersten Reihe 3 des Tandemblisks 2 in Eingriff bringen zu können, womit eine gleichzeitige Bearbeitung von zwei Schaufeln 5 durchführbar ist.
Bei einer alternativen Ausführung der Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass lediglich eine der Bearbeitungseinrichtungen mittels der zweiten Bewegungseinrichtung um die Mittelachse der Werkstückhalteeinrichtung drehbar ist, während die andere Bearbeitungseinrichtung in Umfangsrichtung eines zu bearbeitenden integral beschaufelten Rotors immobil ausgeführt ist und in dieser Richtung nicht aus ihrer Grundposition herausführbar ist.
Die Steuereinrichtung 9 steuert die Bewegungseinrichtungen 20 und 21 anschließend an, um die Halbschalen 28, 29 der Arbeitskathodeneinrichtungen 27 der Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 insbesondere gleichzeitig in radialer Richtung R und in tangentialer Richtung T in gewünschtem Umfang in die die zu bearbeitenden Schaufeln 5 umgebenden Schaufelzwischenräume und damit ihre Bearbeitungsposition zu überführen. Dabei ist über die Bewegungseinrichtungen 20 jeweils eine Relativbewegung zwischen den Halbschalen 28, 29 der Arbeitskathodeneinrichtungen 27 und den Schaufeln 5 in radialer Richtung R darstellbar. Zusätzlich ist über die Bewegungseinrichtungen 21 jeweils ein Abstand zwischen den den Oberflächen der Schaufeln 5 zugewandten Innenseiten der Halbschalen 28, 29 der Arbeitskathodeneinrichtungen 27 und den Oberflächen der Schaufeln 5 jeweils in Umfangsrichtung des Tandemblisks 2 bzw. in tangentialer Richtung T veränderbar.
Während der Feinbearbeitung der Schaufeln 5 und der Oberflächen der Schaufeln 5 sowie der in diesem Bereich vorliegenden Annuli mittels eines Schlichtprozesses werden die Elektrolytversorgungseinrichtung 7, die Stromversorgungseinrichtung 6 und die Schlammentsorgungseinrichtung 8 von der Steuereinrichtung 9 angesteuert. Zusätzlich wird auch die Bewegungseinrichtung 24 von der Steuereinrichtung 9 angesteuert, um sowohl den Schlitten 25, 26 als auch den Arbeitskathodeneinrichtungen 27 in tangentialer Richtung T eine oszillierende Bewegung aufzuprägen und die Schaufeln 5 jeweils mittels eines PECM-Bearbeitungsverfahrens zu bearbeiten. Alternativ hierzu können die Schaufeln 5 des Tandemblisks 2 auch lediglich mittels eines ECM-Verfahrens schlichtend bearbeitet werden, wobei bei der letztgenannten Vorgehensweise den Schlitten 25, 26 und der Arbeitskathodeneinrichtung 27 während der Bearbeitung der Schaufeln 5 keine Oszillation aufgeprägt wird.
Nachdem die Schaufeln 5 über die Bearbeitungseinrichtung 13, 14 insbesondere gleichzeitig fertigbearbeitet sind, werden die Arbeitskathodeneinrichtungen 27 der Bearbeitungseinrichtungen 13 und 14 durch eine Ansteuerung der Bewegungseinrichtungen 20 und 21 außer Eingriff mit den Schaufeln 5 gebracht und dabei in radialer Richtung R aus den jeweiligen Schaufelzwischenräumen herausgefahren. Anschließend wird die Bewegungseinrichtung 16 von der Steuereinrichtung 9 derart angesteuert, dass die Werkstückhalteeinrichtung 11 zusammen mit dem Tandemblisk 2 um die Mittelachse 17 um einen Teilungswinkel des Tandemblisks 2 verdreht wird, der sich aus einer Division von 360° durch die Gesamtanzahl der Schaufeln 5 der ersten Reihe 3 des Tandemblisks 2 ergibt. Hierdurch wird erreicht, dass die Bearbeitungseinrichtungen 13 und 14 in Eingriff mit der jeweils benachbarten Schaufel 5 gebracht werden können.
In oben näher beschriebenem Umfang werden nun der Reihe nach alle Schaufeln 5 der ersten Reihe 3 des Tandemblisks 2 bearbeitet, wobei für den Fall einer ungeraden Anzahl von Schaufeln 5 der ersten Reihe 3 des Tandemblisks 2 während eines Bearbeitungsschrittes lediglich eine der Schaufeln 5 über eine der Bearbeitungseinrichtungen 13 oder 14 bearbeitet wird.
Wenn alle Schaufeln 5 der ersten Reihe 3 des Tandemblisks 2 fertig bearbeitet sind, werden gegebenenfalls zunächst die Arbeitskathodeneinrichtungen 27 der Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 ausgewechselt. Anschließend wird eine erste Schaufel 5 der zweiten Reihe 4 des Tandemblisks 2 über eine entsprechende Ansteuerung der weiteren Bewegungseinrichtung 16 und der zusätzlichen Bewegungseinrichtung 18 durch die Steuereinrichtung 9 in gewünschtem Umfang beispielsweise gegenüber der Bearbeitungseinrichtung 13 derart positioniert, dass die erste Schaufel 5 von der Bearbeitungseinrichtung 13 in vorbeschriebenem Umfang bearbeitbar ist. Hieran schließt sich soweit erforderlich eine Positionierung der anderen Bearbeitungseinrichtung 14 in Bezug auf eine über die Bearbeitungseinrichtung 14 zu bearbeitende weitere Schaufel 5 der zweiten Reihe 4 an, um über die Bearbeitungseinrichtungen 13 und 14 während eines Bearbeitungsschrittes gleichzeitig jeweils eine Schaufel 5 bearbeiten zu können.
Dabei wird die Bearbeitungseinrichtung 14 entsprechend des Teilungswinkels der zweiten Stufe 4 des Tandemblisks 2 über die zweite Bewegungseinrichtung 19 derart in Umfangsrichtung C um die Mittelachse 17 der Werkstückhalteeinrichtung 11 aus ihrer Grundposition bzw. aus der zur Bearbeitung der ersten Reihe 3 eingestellten Position heraus verlagert, dass die Arbeitskathodeneinrichtung 27 der Bearbeitungseinrichtung 14 in die zur Bearbeitung einer Schaufel 5 der zweiten Reihe 4 des Tandemblisks 2 erforderliche Bearbeitungsposition bringbar ist.
Im Folgenden werden analog zu dem oben näher beschriebenen Verfahren sämtliche Schaufeln 5 der zweiten Reihe 4 des Tandemblisks 2 bearbeitet. Nach der Bearbeitung aller Schaufeln 5 der zweiten Reihe 4 kann der insgesamt fertig bearbeitete Tandemblisk 2 von der Werkstückhalteeinrichtung 11 entnommen werden.
In 3 ist wiederum eine Vorrichtung 35 zur elektrochemischen Bearbeitung von Blisks, Tandemblisks und Blisktrommeln 2 gezeigt, wobei die Vorrichtung 35 im Wesentlichen der Vorrichtung 1 entspricht, weshalb im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird und bezüglich der weiteren Funktionsweise der Vorrichtung 35 auf die vorstehende Beschreibung zu 1 und 2 verwiesen wird. In 3 sind wiederum gleiche bzw. gleichwirkende Bauteile der Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 und 36 unter den selben Bezugszeichen dargestellt.
Die Vorrichtung 35 weist neben den Bearbeitungseinrichtungen 13 und 14 eine weitere Bearbeitungseinrichtung 36 auf, deren Aufbau jeweils dem Aufbau der Bearbeitungseinrichtungen 13 und 14 entspricht. Die Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 und 36 sind in 3 jeweils in ihrer Grundposition gezeigt, wobei ein Winkelabstand zwischen jeweils zwei zueinander benachbart angeordneten Bearbeitungseinrichtungen 13 und 14, 14 und 36 bzw. 36 und 13 jeweils etwa 120° beträgt. Da mittels der Vorrichtung 35 jeweils drei Schaufeln 5 eines auf der Werkstückhalteeinrichtung 11 montierten Blisks 2 gleichzeitig bearbeitbar sind, ist ein Blisk 2 mit der Vorrichtung 35 innerhalb kürzerer Fertigungszeiten bearbeitbar als mit der Vorrichtung 1.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht die Möglichkeit, die über die Bewegungseinrichtungen 19, 20, 21 und 24 zur Verfügung stellbaren Bewegungen der Bearbeitungseinrichtungen 13, 14 bzw. 13, 14 und 36 mit Hilfe einer als integrale Baugruppe ausgeführten Bewegungseinrichtung darzustellen. Alternativ hierzu können die Bewegungseinrichtungen 19, 20, 21 und 24 jeweils als separate Baueinheiten oder als zumindest teilweise zu Baueinheiten zusammengefasste Baugruppen ausgebildet sein. Zudem kann die Reihenfolge der Anordnung der Bewegungseinrichtung 19, 20, 21 und 24 in Erstreckungsrichtung der Mittelachse 17 bei einer alternativen Ausführung der Erfindung teilweise oder vollständig verändert sein.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Tandemblisk
3: erste Reihe des Tandemblisk
4: zweite Reihe des Tandemblisk
5: Schaufel
6: Stromversorgungseinrichtung
7: Elektrolytversorgungseinrichtung
8: Schlammentsorgungseinrichtung
9: Steuereinrichtung
10: Maschinenbasis
11: Werkstückhalteeinrichtung
12: Halter
13: Bearbeitungseinrichtung
14: Bearbeitungseinrichtung
16: weitere Bewegungseinrichtung
17: Mittelachse
18: zusätzliche Bewegungseinrichtung
19: Bewegungseinrichtung; Drehschlitten
20: Bewegungseinrichtung; radialer Schlitten
21: Bewegungseinrichtung
22: tangentialer Schlitten
23: tangentialer Schlitten
24: Bewegungseinrichtung
25: Schlitten
26: Schlitten
27: Arbeitskathodeneinrichtung
28: Halbschale
29: Halbschale
35: Vorrichtung
36: Bearbeitungseinrichtung
C: Umfangsrichtung
R: radiale Richtung
T: tangentiale Richtung
Z: Erstreckungsrichtung der Mittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1314507 B1 [0003]
EP 1652611 B1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1; 35) zur elektrochemischen Bearbeitung von integral beschaufelten Rotoren (2), mit einer eine Mittelachse (17) aufweisenden Werkstückhalteeinrichtung (11) zur Anordnung eines Rotors (2) und mit wenigstens zwei jeweils eine Arbeitskathodeneinrichtung (27) aufweisenden Bearbeitungseinrichtungen (13, 14; 13, 14, 36), wobei die Bearbeitungseinrichtungen (13, 14; 13, 14, 36) jeweils mittels einer Bewegungseinrichtung (20) bezüglich der Mittelachse (17) der Werkstückhalteeinrichtung (11) im Wesentlichen in radialer Richtung (R) bewegbar gelagert sind, so dass die Arbeitskathodeneinrichtungen (27) zur Bearbeitung eines sich in Wirkverbindung mit der Werkstückhalteeinrichtung (11) befindlichen Rotors (2) in eine Bearbeitungsposition bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Bearbeitungseinrichtungen (13, 14; 13, 14, 36) um die Mittelachse (17) der Werkstückhalteeinrichtung (11) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Bearbeitungseinrichtungen (13, 14; 13, 14, 36) ausgehend von einer Grundstellung um bis zu etwa 15° im Uhrzeigersinn und/oder um bis zu etwa 15° entgegen dem Uhrzeigersinn um die Mittelachse (17) der Werkstückhalteeinrichtung (11) bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei bis sechs Bearbeitungseinrichtungen (13, 14; 13, 14, 36) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bearbeitungseinrichtungen (13, 14; 13, 14, 36) um die Mittelachse (17) der Werkstückhalteeinrichtung (11) drehbar gelagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine der Bearbeitungseinrichtungen (13, 14; 13, 14, 36) gegenüber der Mittelachse (17) der Werkstückhalteeinrichtung (11) drehfest ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskathodeneinrichtung (27) einer Bearbeitungseinrichtung (13, 14; 13, 14, 36) mit wenigstens zwei insbesondere als Halbschalen (28, 29) ausgeführten Arbeitskathoden ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskathoden (28, 29) der Arbeitskathodeneinrichtung (27) der Bearbeitungseinrichtung (13, 14; 13, 14, 36) im Wesentlichen in tangentialer Richtung (T) der Mittelachse (17) der Werkstückhalteeinrichtung (11) zueinander bewegbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskathoden (28, 29) der Arbeitskathodeneinrichtung (27) der Bearbeitungseinrichtung (13, 14; 13, 14, 36) oszillierend bewegbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Bewegungseinrichtung (16) vorgesehen ist, über die die Werkstückhalteeinrichtung (11) um ihre Mittelachse (17) drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Bewegungseinrichtung (18) vorgesehen ist, über die die Werkstückhalteeinrichtung (11) in Erstreckungsrichtung (Z) ihrer Mittelachse (17) verlagerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maschinenbasis (10) vorgesehen ist, auf der die Werkstückhalteeinrichtung (11) und die Bearbeitungseinrichtungen (13, 14; 13, 14, 36) gelagert sind.