EP1998923A1 - Elektrodenanordnung für die funkenerosive bearbeitung eines elektrisch nichtleitenden materials - Google Patents

Elektrodenanordnung für die funkenerosive bearbeitung eines elektrisch nichtleitenden materials

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Publication number
EP1998923A1
EP1998923A1 EP07726407A EP07726407A EP1998923A1 EP 1998923 A1 EP1998923 A1 EP 1998923A1 EP 07726407 A EP07726407 A EP 07726407A EP 07726407 A EP07726407 A EP 07726407A EP 1998923 A1 EP1998923 A1 EP 1998923A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
conductive material
component
erosion
deposition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07726407A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Förster
Karsten Klein
Ulrich Laudien
Silke Settegast
Ramesh Subramanian
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.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP07726407A priority Critical patent/EP1998923A1/de
Publication of EP1998923A1 publication Critical patent/EP1998923A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • 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
    • B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • B23H1/04—Electrodes specially adapted therefor or their manufacture
    • B23H1/06—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
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/10—Working turbine blades or nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B23H9/14—Making holes

Definitions

  • the invention relates to an electrode arrangement for the spark erosive machining of an electrically non-conductive material and to a method for the spark erosive machining of an electrically non-conductive material using the electrode arrangement.
  • Spark erosion machining processes for electrically non-conductive materials are known in the art. They are used among other things to create in structures that blend with a kera ⁇ coating are provided holes. For example, in turbine blades, which are a ceramic
  • Progress of the working electrode in the non-conductive material comprises a conductive connection to the surface of the non-conductive material side so that a continuous processing mög ⁇ Lich is.
  • a disadvantage is considered that in the known method, the processing speed is limited, since the deposition process of the conductive layer is slow. A speedy processing is therefore not possible. In addition, it can easily lead to breaks in the lines when it is damaged, which constantly brings the process to a halt ⁇ fully due to lying in the micron range low thickness of the layer newly formed.
  • the object of the present invention is to provide an electrode arrangement which enables a rapid and reliable formation of the additional conductive layer of an electrically conductive substance on the electrically non-conductive material and at the same time a rapid removal of the electrically non-conductive material.
  • the object is achieved by a Elektrodenanord ⁇ tion with a first component for removing the electrically non-conductive material and a second component for depositing an electrically conductive substance on the electrically non-conductive material.
  • the basic Prin ⁇ zip is so that each part of the electrodes at ⁇ order for one problem, either removing or depositing is optimized.
  • a particular advantage of the electrode arrangement according to the invention is that the formation of the additional conductive layer, which consists of the electrically conductive substance, fast and reliable. As a result, the possible processing speed increases considerably in comparison with the methods described in the prior art. Because the deposition of the electrically conductive substance takes place under optimized conditions, the additionally electrically conductive layer has a higher stability. The risk ver ⁇ is Ringert, so that it is due to a damage of the layer to an interruption of the circuit and halt the procedure.
  • the first and the second component are two chemically and / or physically different compounds. So they can be, for example, different metals or metal alloys. Outside where they can, if they consist of chemically identical substances differ th example in their surface properties Sheep ⁇ . It can be advantageous here that, for example, the component for removing the non-conductive material is particularly resistant and heat-resistant and therefore largely undamaged during spark erosion machining and the constituent for depositing an electrically conductive substance either favors the formation of carbon from the dielectric or itself Be ⁇ part of the electrically conductive substance is.
  • the electrode assembly can also be designed in such a way that in each case a component on parts of the other constituent ⁇ is partly applied as a coating. In this way he holds ⁇ two spatially limited areas within the electrode assembly, which are each optimized for the deposition and for the removal.
  • Deposition electrode for depositing the electrically conductive substance is a particularly fast and safe spark erosive processing of electrically non-conductive material allowed.
  • two discrete electrodes EXISTING ⁇ which can be electrically connected to each other, but need not. Due to the spatial separation of the two electrodes, there is no disruption of the respective process.
  • the erosion electrode and the deposition electrode is made of two chemically and / or phy ⁇ sikalisch different compounds, for example, there are two metals or metal alloys.
  • the erosion electrode and the deposition ⁇ electrode may have different geometries, each of which may be chosen so that they support the function of the deposition or erosion.
  • the geometry of the Ero ⁇ commanding electrode can also be selected with reference to the desired shape of the electrical discharge machining.
  • the deposition ⁇ electrode surrounds the erosion electrode.
  • the deposition electrode is arranged spatially close to the part of the electrically non-conductive material on which the electrically conductive substance to be deposited shall ⁇ .
  • the deposition electrode and the erosion electrode are firmly connected to each other.
  • the deposition electrode is partially introduced as a coating on the erosion electrode or erosion electrode part ⁇ as a coating on the deposition electrode positioned ⁇ ⁇ .
  • the coating may consist of TiN, for example.
  • the erosion electrode and the deposition electrode are movable independently of each other. Thereby it can be ensured that the respective BEWE ⁇ supply the electrode at the speed of the process, to carry them can be adjusted.
  • the deposition electrode can be moved in a manner that is optimal for their function of depositing the electrically conductive substance and the erosion electrode can be moved so that it optimally allows the removal of electrically non-conductive material.
  • the erosion electrode and / or the deposition ⁇ can electrode run both a translational and a Rotatori ⁇ cal movement or a combination of both forms of movement.
  • the electrode arrangement has a control unit which controls the movement of the electrodes in particular in such a way that the erosion electrode and the deposition electrode are moved toward the electrically non-conductive material with different feeds.
  • the method is particularly suitable for electrically non-conductive materials that are applied as a coating on a component.
  • This coating can be a thermal barrier coating at ⁇ play, which in turn consist of fully or partially stabilized zirconia or it may contain.
  • Corresponding coatings can be found on many components, and it is often necessary to pierce these Beschich ⁇ lines, which succeeds quickly and efficiently using the method according to the invention.
  • Tests have shown that the inventive method particularly for the electrical discharge machining of Bautei ⁇ len well, which is part of a turbine suitable. Since these are nowadays usually provided with ceramic thermal barrier coatings, the method according to the invention is suitable for creating cooling air holes, it being possible here to form the opening areas in the form of diffusers directly during the spark erosive machining. This is especially true for turbine blades or vanes.
  • Figure 2 shows the arrangement of Figure 1 during processing
  • Figure 3 is a gas turbine
  • Figure 4 is a turbine blade
  • Figure 5 is a combustion chamber.
  • a component 1 which consists of an electrically non-conductive ceramic to be processed. It may be a part of a turbine, such as a runner 120 (FIGS. 3, 4) or vane 130 (FIGS. 3, 4).
  • the electrically non-conductive material may also be a coating, for example in the form of a thermal barrier coating, which may consist of fully or partially stabilized zirconium oxide.
  • An assistant electrode 2 is applied flat as a layer of graphite on the surface of the component 1.
  • auxiliary electrode 2 is an electrode array as well as 3 elekt conductively connected ⁇ driven with a generator 4, so that at both electrodes 2, 3 a suitable voltage is applied.
  • the electrode arrangement 3 comprises a discrete erosion electrode 3a and a discrete deposition electrode 3b, which are connected to one another in an electrically conductive manner.
  • Both electrodes 3a, 3b may consist of chemically and / or physically different compounds, such as, for example, two different metals. Here they also have different geometries, and the deposition electrode 3b surrounds at least partially the Ero ⁇ commanding electrode 3a.
  • the erosion electrode 3a and the electrode 3b Abschei ⁇ dung can be firmly connected to each other, which may for example be realized in that the down is applied ⁇ decision electrode 3b in the form of a coating on the side wall of the erosion electrode 3a.
  • the two electrodes 3a, 3b can be separate components and to be movable independently of one another so that they can each perform a translational and / or a rotational movement. If a control unit not shown is additionally present in the electrode arrangement 3, the movement of the electrodes 3a, 3b can be controlled, it being possible in particular for the two electrodes 3a, 3b to be moved in the direction of the component 1 with different feeds.
  • a dielectric 5 surrounds the component 1, the assistant electrode 2 and the lower portion of the electrode assembly 3.
  • the dielectric 5 may be, for example, kerosene, but many other compounds known in the prior art are also suitable.
  • an electrically conductive layer in particular made of graphite, is first applied as an assistant electrode on its surface.
  • the assistant electrode 2 and the electrode assembly 3 are connected to the generator 4.
  • the component 1 and at least the lower part of the electrode assembly 3, on which the spark erosive processing takes place, are surrounded by the dielectric 5.
  • the erosion electrode 3 a of the electrode arrangement 3 is brought in the immediate vicinity of the assistant electrode 2.
  • a suitable voltage there is an electrical contact in the form of sparks between the auxiliary electrode 2 and the erosion ⁇ electrode 3a.
  • Each spark discharge also fractures portions of the dielectric to form carbon and / or carbide compounds which are deposited on the exposed electrically nonconductive material of device 1 by deposition electrode 3b to form a conductive layer 7 which will remove the ablated material Material of the assistant ⁇ electrode 2 replaces, so that it comes in a continuation of the process to a spark between the deposited layer 7 and the working electrode 3 and in the sequence, the layer 7 together with the ceramic material of the ⁇ part 1 are further removed. The fact that the removed areas of the layer 7 are refilled by the cracking products, the process can be continued continuously.
  • the erosion electrode 3a and the deposition electrode 3b are separate components which inde ⁇ gig axially moved from each other and optionally also rotated or can be pivoted, it is possible to denudation process 3b to control and in particular the processes by a suitable Mate ⁇ rialausuß for the electrode 3a by appropriately controlling the Erodierelekt ⁇ rode 3a and the separation of cracking products via a corresponding control of the deposition electrode , 3b influence.
  • FIG. 3 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a to a
  • Rotation axis 102 rotatably mounted rotor 103 with a shaft
  • a compressor 105 for example, a torus-like
  • Combustion chamber 110 in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 form the
  • Each turbine stage 112 is, for example, two
  • Shovel rings formed. As seen in the flow direction of a working medium 113 follows in the hot gas channel 111 a
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are fastened by means of a turbine disk, for example
  • Coupled to the rotor 103 is a generator or a
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure longitudinal grains
  • iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 to each other, a securing region 400, an adjoining blade or vane platform 403 and a blade 406 and a blade tip 415.
  • the vane 130 may have tip at its vane 415 a further platform (not Darge ⁇ asserted).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is, for example, as a hammerhead staltet out ⁇ . Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a medium which flows past felblatt 406 at the spectacle ⁇ a leading edge 409 and a trailing edge on the 412th
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy.
  • the blade 120, 130 can in this case by a casting process, also by means of directional solidification, by a Schmiedever- drive, be made by a milling process or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Such monocrystalline workpieces for example, by directed solidification from the melt.
  • These are casting methods in which the liquid metallic alloy solidifies into a monocrystalline structure, ie a single-crystal workpiece, or directionally.
  • dendritic crystals are aligned along the heat flow and form either a columnar grain structure (columnar, ie grains that run the entire length of the workpiece and here, in common parlance, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, ie the whole workpiece be ⁇ is made of a single crystal.
  • Structures are also called directionally solidified structures.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • suitable coating methods e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • FIG. 5 shows a combustion chamber 110 of the gas turbine 100.
  • the combustion chamber 110 is configured, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged circumferentially around a rotation axis 102 open into a common combustion chamber space 154, which produce flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C. to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M facing side with a formed from heat shield elements 155. liner.
  • the heat shield elements 155 are then hollow, for example, and may still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154 and are preferably produced by the method according to the invention.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which are to be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • Thermal insulation layer may be present and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , that is, it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), produce stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 may need to be deprotected (e.g., by sandblasting) after use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, cracks in the turbine blade 120, 130 or the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a re-coating of the turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 and a renewed use of the turbine blades 120, 130 or the heat shield elements 155.

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Abstract

Elektrodenanordnung (3) für die funkenerosive Bearbeitung eines elektrisch nichtleitenden Materials (1), die einen ersten Bestandteil (3a) zum Abtragen des elektrisch nichtleitenden Materials (1) und einen zweiten Bestandteil (3b) zum Abscheiden einer elektrisch leitenden Substanz (7) auf dem elektrisch nichtleitenden Material (1) aufweist.

Description

Elektrodenanordnung für die funkenerosive Bearbeitung eines elektrisch nichtleitenden Materials
Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für die funkenerosive Bearbeitung eines elektrisch nichtleitenden Materials und ein Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung eines elektrisch nichtleitenden Materials unter Verwendung der Elektrodenanordnung.
Funkenerosive Bearbeitungsverfahren für elektrisch nichtleitende Materialien sind im Stand der Technik bekannt. Sie werden u. a. eingesetzt, um in Bauteilen, die mit einer kera¬ mischen Beschichtung versehen sind, Bohrungen zu erstellen. So werden etwa bei Turbinenschaufeln, die eine keramische
Wärmedämmschicht auf einem metallischen Grundkörper aufweisen, Kühlluftbohrungen durch Funkenerosion erstellt.
In der DE 41 02 250 Al ist allgemein ein Verfahren zur fun- kenerosiven Bearbeitung elektrisch nichtleitender Materialien beschrieben. Bei diesem Verfahren wird das nichtleitende Material vor seiner Bearbeitung mit einer elektrisch leitenden Substanz beschichtet. Diese Schicht wird als Assistenz¬ elektrode verwendet, die bei der funkenerosiven Bearbeitung eine elektrische Kontaktierung zu einer Arbeitselektrode her¬ stellt. Das mit der Assistenzelektrode beschichtete, elekt¬ risch nichtleitende Material und zumindest der zur Assistenz¬ elektrode weisende Endbereich der Arbeitselektrode, an dem es bei der Bearbeitung zur Funkenentladung kommt, sind in ein Dielektrikum getaucht, das durch eine Flüssigkeit wie Kerosin oder auch ein Gas gebildet wird.
Wenn an die Anordnung eine Spannung angelegt wird, kommt es zwischen der Arbeitselektrode und der Assistenzelektrode zu einer Funkenentladung und in der Folge zu einem Abtrag der Assistenzelektrode sowie des darunterliegenden elektrisch nichtleitenden Materials. Gleichzeitig wird ein Teil des Die¬ lektrikums gecrackt, wodurch Kohlenstoff oder leitfähige Car- bide entstehen, die in Form einer elektrisch leitfähigen Schicht auf den freigelegten Oberflächenbereichen des nichtleitenden Materials abgeschieden werden. Die so abgeschiedene, elektrisch leitende Schicht ersetzt somit das abgetra- gene Material der Assistenzelektrode und stellt bei einem
Vordringen der Arbeitselektrode in das nichtleitende Material eine leitende Verbindung zu der Oberfläche des nichtleitenden Materials her, so dass eine kontinuierliche Bearbeitung mög¬ lich ist.
Als nachteilig wird angesehen, dass bei dem bekannten Verfahren die Bearbeitungsgeschwindigkeit begrenzt ist, da der Ab- scheidungsprozess der leitenden Schicht langsam erfolgt. Eine zügige Bearbeitung ist deshalb nicht möglich. Außerdem kann es auf Grund der im μm-Bereich liegenden geringen Dicke der neu gebildeten Schicht leicht zu Unterbrechungen der Leitungen kommen, wenn diese beschädigt wird, was den Prozess voll¬ ständig zum Erliegen bringt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektrodenanordnung bereitzustellen, die eine schnelle und verlässliche Ausbildung der zusätzlichen leitenden Schicht aus einer elektrisch leitenden Substanz auf dem elektrisch nichtleitenden Material und gleichzeitig einen zügigen Abtrag des elekt- risch nichtleitenden Materials ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrodenanord¬ nung mit einem ersten Bestandteil zum Abtragen des elektrisch nichtleitenden Materials und einem zweiten Bestandteil zum Abscheiden einer elektrisch leitenden Substanz auf dem elektrisch nichtleitenden Material gelöst. Das grundlegende Prin¬ zip ist also, dass jeweils ein Bestandteil der Elektrodenan¬ ordnung für jeweils eine Aufgabe, entweder das Abtragen oder das Abscheiden optimiert ist.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung ist, dass die Ausbildung der zusätzlichen leitenden Schicht, die aus der elektrisch leitenden Substanz besteht, schnell und zuverlässig erfolgt. Dadurch steigt die mögliche Bearbeitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren erheblich. Weil die Abscheidung der elektrisch leitenden Substanz unter optimierten Be- dingungen erfolgt, weist die zusätzlich elektrisch leitende Schicht eine höhere Stabilität auf. So wird die Gefahr ver¬ ringert, dass es durch eine Beschädigung der Schicht zu einer Unterbrechung des Stromkreises und damit zum Erliegen des Verfahrens kommt .
In einer Ausführung der Erfindung sind der erste und der zweite Bestandteil zwei chemisch und/oder physikalisch unterschiedliche Verbindungen. Sie können also beispielsweise unterschiedliche Metalle oder Metalllegierungen sein. Außer- dem können sie sich, wenn sie aus chemisch identischen Stoffen bestehen, beispielsweise in ihren Oberflächeneigenschaf¬ ten unterscheiden. Vorteilhaft kann hier sein, dass beispielsweise der Bestandteil zum Abtragen des nichtleitenden Materials besonders widerstandsfähig und hitzeresistent ist und deshalb während der funkenerosiven Bearbeitung weitestge- hend unbeschädigt bleibt und der Bestandteil zum Abscheiden einer elektrisch leitenden Substanz entweder die Bildung von Kohlenstoff aus dem Dielektrikum begünstigt oder selbst Be¬ standteil der elektrisch leitenden Substanz wird.
Die Elektrodenanordnung kann auch derart ausgeführt sein, dass jeweils ein Bestandteil auf Teilen des anderen Bestand¬ teils als Beschichtung aufgebracht ist. Auf diese Weise er¬ hält man zwei räumlich begrenzte Bereiche innerhalb der Elektrodenanordnung, die jeweils für die Abscheidung und für die Abtragung optimiert sind.
Versuche haben außerdem gezeigt, dass eine Elektrodenanord¬ nung, die aus einer diskreten Erodierelektrode zum Abtragen des elektrisch nichtleitenden Materials und einer diskreten
Abscheidungselektrode zum Abscheiden der elektrisch leitenden Substanz besteht eine besonders schnelle und sichere funken- erosive Bearbeitung des elektrisch nichtleitenden Materials erlaubt. In diesem Fall sind zwei diskrete Elektroden vorhan¬ den, die elektrisch leitend miteinander verbunden sein können, aber nicht müssen. Durch die räumliche Trennung der beiden Elektroden kommt es zu keiner Störung des jeweils ablau- fenden Prozesses.
Auch in diesem Fall ist es möglich, dass die Erodierelektrode und die Abscheidungselektrode aus zwei chemisch und/oder phy¬ sikalisch unterschiedlichen Verbindungen, wie z.B. zwei Metallen oder Metalllegierungen, bestehen.
Außerdem können die Erodierelektrode und die Abscheidungs¬ elektrode unterschiedliche Geometrien aufweisen, die jeweils so gewählt werden können, dass sie die Funktion des Abschei- dens bzw. des Erodierens unterstützen. Die Geometrie der Ero¬ dierelektrode kann auch mit Bezug auf die gewünschte Form der funkenerosiven Bearbeitung gewählt werden.
Da die Abscheidung der elektrisch leitenden Substanz beson- ders auf den Seitenwänden des funkenerosiven Bearbeitungsbereiches erfolgen soll, ist es günstig, wenn die Abscheidungs¬ elektrode die Erodierelektrode umgibt. So ist nämlich gewähr¬ leistet, dass die Abscheidungselektrode räumlich nah zu dem Teil des elektrisch nichtleitenden Materials angeordnet ist, auf dem die elektrisch leitende Substanz abgeschieden werden soll .
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Abscheidungselektrode und die Erodierelektrode fest miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht wer¬ den, dass die Abscheidungselektrode teilweise als Beschich- tung auf der Erodierelektrode oder die Erodierelektrode teil¬ weise als Beschichtung auf der Abscheidungselektrode aufge¬ bracht ist. Die Beschichtung kann z.B. aus TiN bestehen. Auf diese Weise erhält man eine Elektrodenanordnung, die einfach herzustellen ist und eine hohe inhärente Stabilität aufweist. Es ist aber auch möglich, dass die Erodierelektrode und die Abscheidungselektrode unabhängig voneinander beweglich sind. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die jeweilige Bewe¬ gung der Elektroden an die Geschwindigkeit des Prozesses, den sie ausführen, angepasst werden kann. Das bedeutet, dass so¬ wohl die Abscheidungselektrode in einer Art bewegt werden kann, die optimal für ihre Funktion des Abscheidens der elektrisch leitenden Substanz ist als auch die Erodierelektrode so bewegt werden kann, dass sie in optimaler Weise das Abtragen des elektrisch nichtleitenden Materials ermöglicht. Dazu können die Erodierelektrode und/oder die Abscheidungs¬ elektrode sowohl eine translatorische als auch eine rotatori¬ sche Bewegung oder auch eine Kombination beider Bewegungsformen ausführen.
Von Vorteil kann sein, wenn die Elektrodenanordnung eine Steuereinheit aufweist, die die Bewegung der Elektroden ins¬ besondere in der Weise steuert, dass die Erodierelektrode und die Abscheidungselektrode mit unterschiedlichen Vorschüben auf das elektrisch nichtleitende Material zubewegt werden.
Auf diese Weise kann berücksichtigt werden, dass die Prozesse des Erodierens und des Abscheidens mit unterschiedlichen Ge¬ schwindigkeiten ablaufen können.
Es wird auch ein Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung eines elektrisch nichtleitenden Materials bereitgestellt, bei dem eine der zuvor beschriebenen Elektrodenanordnungen verwendet wird.
Das Verfahren eignet sich in besonderem Maße für elektrisch nichtleitende Materialien, die als eine Beschichtung auf einem Bauteil aufgebracht sind. Diese Beschichtung kann bei¬ spielsweise eine Wärmedämmschicht sein, die wiederum aus voll- oder teilstabilisiertem Zirkoniumoxid bestehen oder es enthalten kann. Entsprechende Beschichtungen finden sich auf vielen Bauteilen, wobei es häufig nötig ist, diese Beschich¬ tungen zu durchbohren, was mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens schnell und effizient gelingt. Versuche haben gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut für die funkenerosive Bearbeitung von Bautei¬ len, die zu einer Turbine gehören, geeignet ist. Da diese heutzutage meist mit keramischen Wärmedämmschichten versehen sind, ist das erfindungsgemäße Verfahren für das Erstellen von Kühlluftbohrungen geeignet, wobei es hier gelingt, die Öffnungsbereiche in Form von Diffusoren direkt während der funkenerosiven Bearbeitung auszubilden. Dies gilt besonders für Lauf- oder Leitschaufeln von Turbinen.
Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung und das erfindungs¬ gemäße Verfahren werden im Folgenden anhand von zwei Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Elektrodenanordnung zur funkenerosiven
Bearbeitung von elektrisch nicht leitenden Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung in schemati- scher Darstellung vor dem Beginn der Bearbeitung, Figur 2 die Anordnung aus Figur 1 während der Bearbeitung, Figur 3 eine Gasturbine, Figur 4 eine Turbinenschaufel und Figur 5 eine Brennkammer.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungs¬ gemäßen Elektrodenanordnung, wobei die Elektrodenanordnung vor der Bearbeitung eines elektrisch nichtleitenden Materials dargestellt ist. In der dargestellten Ausführungsform soll ein Bauteil 1, das aus einer elektrisch nichtleitenden Keramik besteht, bearbeitet werden. Es kann sich dabei um ein Teil einer Turbine, wie z.B. eine Lauf- 120 (Fig. 3, 4) oder Leitschaufel 130 (Fig. 3, 4) handeln. Das elektrisch nichtleitende Material kann auch eine Beschichtung, beispielsweise in der Form einer Wärmedämmschicht sein, wobei sie aus voll- oder teilstabilisiertem Zirkoniumoxid bestehen kann . Eine Assistenzelektrode 2 ist flächig als Schicht aus Graphit auf der Oberfläche des Bauteils 1 aufgebracht. Verschiedene im Stand der Technik bekannte Verfahren sind für die Auftra¬ gung geeignet und sie kann auch aus verschiedenen Metallen oder elektrisch leitenden Polymeren bestehen. Die Assistenzelektrode 2 ist ebenso wie eine Elektrodenanordnung 3 elekt¬ risch leitend mit einem Generator 4 verbunden, so dass an beiden Elektroden 2, 3 eine geeignete Spannung anliegt.
Die Elektrodenanordnung 3 besteht in diesem Fall aus einer diskreten Erodierelektrode 3a und einer diskreten Abschei- dungselektrode 3b, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Beide Elektroden 3a, 3b können aus chemisch und/oder physikalisch unterschiedlichen Verbindungen, wie beispielsweise zwei unterschiedlichen Metallen bestehen. Hier weisen sie außerdem unterschiedliche Geometrien auf und die Abscheidungselektrode 3b umgibt zumindest teilweise die Ero¬ dierelektrode 3a. Die Erodierelektrode 3a und die Abschei¬ dungselektrode 3b können fest miteinander verbunden sein, was beispielsweise dadurch realisiert werden kann, dass die Ab¬ scheidungselektrode 3b in Form einer Beschichtung auf der Seitenwand der Erodierelektrode 3a aufgebracht ist.
Andererseits ist es auch möglich, dass die beiden Elektroden 3a, 3b separate Bauteile und unabhängig voneinander beweglich sind, so dass sie beide jeweils eine translatorische und/oder eine rotatorische Bewegung ausführen können. Wenn in der Elektrodenanordnung 3 zusätzlich eine nicht gezeigte Steuereinheit vorhanden ist, kann die Bewegung der Elektroden 3a, 3b gesteuert werden, wobei es insbesondere möglich ist, dass die beiden Elektroden 3a, 3b mit unterschiedlichen Vorschüben in Richtung des Bauteils 1 bewegt werden.
Ein Dielektrikum 5 umgibt das Bauteil 1, die Assistenzelekt- rode 2 und den unteren Abschnitt der Elektrodenanordnung 3. Das Dielektrikum 5 kann beispielsweise Kerosin sein, es sind aber auch viele weitere im Stand der Technik bekannte Verbindungen geeignet. Um das Bauteil 1 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens funkenerosiv zu bearbeiten, wird zunächst auf dessen Oberfläche eine elektrisch leitende Schicht insbesondere aus Graphit als Assistenzelektrode aufgebracht. Die Assistenzelektrode 2 und die Elektrodenanordnung 3 werden an den Generator 4 angeschlossen. Das Bauteil 1 und zumindest der untere Teil der Elektrodenanordnung 3, an dem die funkenerosive Bearbeitung stattfindet, werden mit dem Dielektrikum 5 umgeben.
Die Erodierelektrode 3a der Elektrodenanordnung 3 wird - wie Figur 2 zeigt - in unmittelbarer Nähe zur Assistenzelektrode 2 gebracht. Sobald an der Elektrodenanordnung 3 und der Assistenzelektrode 2 eine geeignete Spannung anliegt, kommt es zu einer elektrischen Kontaktierung in Form von Funkenschlag zwischen der Assistenzelektrode 2 und der Erodier¬ elektrode 3a. Durch diese Funkenbildung werden ein Teil der Assistenzelektrode 2 und das keramische Material eines Bau- teils 1 verdampft und abgetragen, um eine Öffnung 8 auszubil¬ den. Bei jeder Funkenentladung werden außerdem Teile des Dielektrikum gecrackt, so dass Kohlenstoff und/oder Carbidver- bindungen entstehen, die auf dem freigelegten elektrisch nichtleitenden Material des Bauteils 1 von der Abscheidungs- elektrode 3b abgeschieden werden und so eine leitende Schicht 7 auszubilden, welche das abgetragene Material der Assistenz¬ elektrode 2 ersetzt, so dass es bei einer Fortsetzung des Verfahrens zu einem Funkenschlag zwischen der abgeschiedenen Schicht 7 und der Arbeitselektrode 3 kommt und in der Folge die Schicht 7 zusammen mit dem keramischen Material des Bau¬ teils 1 weiter abgetragen werden. Dadurch, dass die abgetragenen Bereiche der Schicht 7 wieder durch die Crackprodukte aufgefüllt werden, kann das Verfahren kontinuierlich fortgesetzt werden.
Aufgrund der Tatsache, dass die Erodierelektrode 3a und die Abscheidungselektrode 3b separate Bauteile sind, die unabhän¬ gig voneinander axial bewegt und gegebenenfalls auch verdreht oder verschwenkt werden können, ist es möglich, den Abtra- gungsprozess durch entsprechende Steuerung der Erodierelekt¬ rode 3a und die Abscheidung von Crackprodukten über eine entsprechende Steuerung der Abscheidungselektrode 3b zu steuern und insbesondere die Prozesse auch durch eine geeignete Mate¬ rialauswahl für die Elektroden 3a, 3b zu beeinflussen.
Die Figur 3 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine
Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle
101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige
Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das
Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die
Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei
Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer
Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete
Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe
133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine
Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter
105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet. Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet .
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt . Die Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf¬ einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf. Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufel¬ spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge¬ stellt) .
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) . Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausge¬ staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich. Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau¬ felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab¬ strömkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Berei- chen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas¬ sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet .
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer- den als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück be¬ steht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbil¬ den, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korn- grenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen
Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl. des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung. Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte .
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt. Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeu- tet) auf, die vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Die Figur 5 zeigt eine Brennkammer 110 der Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 10000C bis 16000C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- liehen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsme¬ dium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf, die vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt .
Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische
Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in der Turbinenschaufel 120, 130 oder dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Turbinenschaufeln 120, 130 oder der Hitzeschildelemente 155.
Auch hier kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Wiederöffnen von Löchern verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrodenanordnung (3) für die funkenerosive Bearbei- tung eines elektrisch nichtleitenden Materials (1), sie einen ersten Bestandteil (3a) zum Abtragen des elekt¬ risch nichtleitenden Materials (1) und einen zweiten Bestandteil (3b) zum Abscheiden einer elektrisch leitenden Substanz (7) auf dem elektrisch nichtleitenden Material (1) aufweist, wobei der zweite Bestandteil (3b) auf dem ersten Bestandteil (3a) angeordnet ist.
2. Elektrodenanordnung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und der zweite Bestandteil (3a, 3b) zwei chemisch und/oder physikalisch unterschiedliche Verbindungen sind.
3. Elektrodenanordnung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und der zweite Bestandteil (3a, 3b) zwei unter¬ schiedliche Metalle sind.
4. Elektrodenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Bestandteil (3a) als Beschichtung teilweise auf dem zweiten Bestandteil (3b) oder der zweite Bestandteil (3b) teilweise als Beschichtung auf dem ersten Bestandteil (3a) aufgebracht ist.
5. Elektrodenanordnung (3) für die funkenerosive Bearbei¬ tung eines elektrisch nichtleitenden Materials (1), dadurch gekennzeichnet, dass
sie eine Erodierelektrode (3a) zum Abtragen des elektrisch nichtleitenden Materials (1) und eine Abscheidungselektrode (3b) zum Abscheiden einer elektrisch leitenden Substanz (7) auf dem elektrisch nichtleitenden Material (1) aufweist.
6. Elektrodenanordnung (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Erodierelektrode (3a) und die Abscheidungselektrode (3b) aus zwei chemisch und/oder physikalisch unterschiedlichen Verbindungen bestehen.
7. Elektrodenanordnung (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Erodierelektrode (3a) und die Abscheidungselektrode (3b) aus zwei unterschiedlichen Metallen bestehen.
8. Elektrodenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Erodierelektrode (3a) und die Abscheidungselektrode (3b) unterschiedliche Geometrien aufweisen.
9. Elektrodenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
die Abscheidungselektrode (3b) die Erodierelektrode (3a) umgibt .
10. Elektrodenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Erodierelektrode (3a) und die Abscheidungselektrode (3b) fest miteinander verbunden sind.
11. Elektrodenanordnung (3) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Abscheidungselektrode (3b) als Beschichtung auf der
Erodierelektrode (3a) oder die Erodierelektrode (3a) als
Beschichtung auf der Abscheidungselektrode (3b) aufgebracht ist .
12. Elektrodenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Erodierelektrode (3a) und die Abscheidungselektrode (3b) unabhängig voneinander beweglich sind.
13. Elektrodenanordnung (3) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Erodierelektrode (3a) und/oder die Abscheidungselekt- rode (3b) eine translatorische und/oder eine rotatorische Bewegung ausführen können.
14. Elektrodenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass
sie eine Steuereinheit aufweist, welche die Bewegungen der Elektroden (3a, 3b) steuert und insbesondere in der Weise steuert, dass die Erodierelektrode (3a) und die Abschei- dungselektrode (3b) mit unterschiedlichen Vorschüben bewegt werden .
15. Verfahren zur funkenerosiven Bearbeitung eines elektrisch nichtleitenden Materials (1), dadurch gekennzeichnet, dass
eine Elektrodenanordnung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrisch nichtleitende Material (1) eine Beschichtung auf einem Bauteil ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung eine Wärmedämmschicht ist
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmedämmschicht voll- oder teilstabilisiertes Zirkoni¬ umoxid enthält oder daraus besteht.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil Teil einer Turbine ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass
das Bauteil eine Lauf- oder Leitschaufel ist
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008120648A1 (ja) * 2007-03-30 2008-10-09 Ihi Corporation 放電表面処理方法及び修理方法
EP2505292A1 (de) 2011-03-30 2012-10-03 Universitätsklinikum Freiburg Verfahren zur Modifizierung eines elektrisch nicht leitfähigen Werkstücks mittels Funkerosion
US9162306B2 (en) * 2012-07-24 2015-10-20 General Electric Company Method and system for reducing oversized holes on turbine components
CN103342913B (zh) * 2013-06-17 2015-07-01 哈尔滨工业大学 用于绝缘陶瓷电火花加工技术的导电涂覆材料及利用其制备辅助电极的方法
US9878386B2 (en) * 2013-10-31 2018-01-30 Foundation Of Soongsil University-Industry Cooperation Eccentric electrode for electric discharge machining, method of manufacturing the same, and micro electric discharge machining apparatus including the same
CN103978276B (zh) * 2014-05-22 2016-05-04 哈尔滨工业大学 一种绝缘陶瓷材料电火花孔加工的双极性电极装置
TWI571339B (zh) * 2014-11-05 2017-02-21 國立臺灣科技大學 線導體放電加工用於切割半／非導體的裝置及其方法
EP3421164B1 (de) 2017-06-27 2020-04-22 MTA Számítástechnikai és Automatizálási Kutató Intézet Verfahren zum mikroelektroerodieren eines keramikwerkstücks
CN111790958A (zh) * 2020-07-03 2020-10-20 途泰精密模具(苏州)有限公司 一种采用石墨细针放电加工超细孔的加工装置及方法
CN111822728B (zh) * 2020-07-22 2023-04-07 广东工业大学 一种草莓状复合材料及其制备方法
WO2023001837A1 (de) * 2021-07-20 2023-01-26 Windmöller & Hölscher Kg Elektrode und verfahren zum beaufschlagen einer oberfläche eines leitenden oder nichtleitenden werkstoffes

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1256576A (fr) * 1960-02-09 1961-03-24 Centre Nat Rech Scient Perfectionnements apportés aux électrodes utilisées pour l'usinage par déchargesélectriques intermittentes
US3723690A (en) * 1971-08-09 1973-03-27 Bell Telephone Labor Inc Spark erosion of materials
JPS5511728A (en) * 1978-07-03 1980-01-26 Sumitomo Electric Ind Ltd Electrode material for spark machining
JPS60141434A (ja) * 1983-12-28 1985-07-26 Inoue Japax Res Inc 放電加工用電極
JPS6215015A (ja) * 1985-07-09 1987-01-23 Mitsubishi Electric Corp 放電加工方法
DE3926479A1 (de) 1989-08-10 1991-02-14 Siemens Ag Rheniumhaltige schutzbeschichtung, mit grosser korrosions- und/oder oxidationsbestaendigkeit
DE58908611D1 (de) 1989-08-10 1994-12-08 Siemens Ag Hochtemperaturfeste korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere für gasturbinenbauteile.
JPH03166019A (ja) * 1989-11-21 1991-07-18 Sodick Co Ltd 放電加工機
DE4102250A1 (de) 1991-01-23 1992-07-30 Univ Chemnitz Tech Verfahren zum elektroerosiven bearbeiten von elektrisch schwach- oder nichtleitenden werkstuecken
DE59505454D1 (de) 1994-10-14 1999-04-29 Siemens Ag Schutzschicht zum schutz eines bauteils gegen korrosion, oxidation und thermische überbeanspruchung sowie verfahren zu ihrer herstellung
JP3389034B2 (ja) * 1997-01-13 2003-03-24 三菱重工業株式会社 絶縁性セラミックス皮膜付き被加工物の加工方法
EP0861927A1 (de) 1997-02-24 1998-09-02 Sulzer Innotec Ag Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Strukturen
EP0892090B1 (de) 1997-02-24 2008-04-23 Sulzer Innotec Ag Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Strukturen
JPH11114724A (ja) * 1997-10-07 1999-04-27 Toyota Motor Corp 放電加工装置および放電加工方法
EP1306454B1 (de) 2001-10-24 2004-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Rhenium enthaltende Schutzschicht zum Schutz eines Bauteils gegen Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen
WO1999067435A1 (en) 1998-06-23 1999-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Directionally solidified casting with improved transverse stress rupture strength
US6231692B1 (en) 1999-01-28 2001-05-15 Howmet Research Corporation Nickel base superalloy with improved machinability and method of making thereof
JP2003529677A (ja) 1999-07-29 2003-10-07 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 耐熱性の構造部材及びその製造方法
JP4417530B2 (ja) * 1999-11-26 2010-02-17 株式会社放電精密加工研究所 セラミック被覆層を有する金属部材の放電加工方法
US6373018B1 (en) * 2000-02-07 2002-04-16 General Electric Company Apparatus and method for electrical discharge machining multiple holes
EP1247941A1 (de) * 2001-04-03 2002-10-09 Siemens Aktiengesellschaft Gasturbinenschaufel
DE50113785D1 (de) * 2001-09-21 2008-05-08 Berkenhoff Gmbh Drahtelektrode zum funkenerosiven Schneiden
DE50112339D1 (de) 2001-12-13 2007-05-24 Siemens Ag Hochtemperaturbeständiges Bauteil aus einkristalliner oder polykristalliner Nickel-Basis-Superlegierung
EP2371477A2 (de) * 2003-06-11 2011-10-05 IHI Corporation Verbindungsverfahren einer Metallkomponente und Verbindungsstruktur

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007110280A1 *

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