DE2503059A1

DE2503059A1 - Vorrichtung zum herstellen von bohrungen nach einem elektroerosionsverfahren

Info

Publication number: DE2503059A1
Application number: DE19752503059
Authority: DE
Inventors: Derrick Esmond Dudden
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1974-01-30
Filing date: 1975-01-25
Publication date: 1975-07-31
Also published as: GB1495710A; US3995134A; IT1031211B; FR2258931B1; FR2258931A1; JPS50140992A

Description

PATlO IiTA N"WAtT

Dipl.. ing. R. HÖLZER

AUGSBURG

R. 924

Augsburg, den 24. Januar 1975

Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk House, St. James's, Square,

London SWlY 4JS, England

Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen nach einem Elektro-

erosionsverfahren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Bohrungen nach einem Elektroerosionsverfahren, mit einer Elektrode und einer Elektrodenvorschubeinrichtung.

B09831 /0647

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung so auszubilden, daß zwischen zwei benachbarten Bohrungen Querbohrungen herstellbar sind»

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Vorrichtung gemäß der Erfindung durch eine zum Zwecke der Herstellung von Querbohrungen zwischen benachbarten Bohrungen in eine dieser Bohrungen mindestens teilweise einführbare Elektrodenführungseinrichtung mit einem Umlenkelement zum Umlenken der Elektrode in zur Bohrungslängsrichtung querverlaufender Richtung gekennzeichnet.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Elektroentladungsbearbeitung und ist beispielsweise auch bei elektrochemischer Bearbeitung anwendbar, bei welcher die dielektrische Flüssigkeit durch einen Elektrolyten ersetzt ist und die an die Elektrode angelegte Spannung von der oben angegebenen Spannung abweicht.

Gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Elektrode ein hartgezogener Kupferdraht und die Elektrodenführungseinrichtung weist ein Rohr aus rostfreiem Stahl auf, welches an einem Ende eine sanft verlaufende Krümmung aufweist.

509831 /0647

Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Herstellen von Querbohrungen zwischen längsverlaufenden Kühlbohrungen in Turbinenschaufeln. Für diesen Anwendungszweck ist das Elektrodenführungsrohr isoliert und mit einer Positionierungs· einrichtung versehen, welche das Rohr in der. jeweils gewünschten Stellung innerhalb einer der Längskühlbohrungen hält, "

Vorzugsweise findet die Vorrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit Elektroentladungs-Bearbeitungsmaschinen Anwendung.

Für die Herstellung von Querbohrungen zwischen längsverlaufenden Kühlbohrungen, in Turbinenschaufeln können Fühlermittel Anwendung finden, welche feststellen, wenn die Elektrode aus der einen Längsbohrung bis in die andere Längsbohrung durchgedrungen ist. Diese Fixiermittel können durch einen Wolframkarbidstab gebildet sein, der in die zweite Längsbohrung einführbar ist und einen Teil eines elektrischen Kreises zur Feststellung des Zeitpunkts bildet, in welchem die Elektrode den Wolframkarbidstab berührt.

Es können auch Mittel vorgesehen sein, die zum

50983 1 /0647

schrittweisen Vorschub des Führungsrohres entlang der ersten Längsbohrung zum Zwecke der Herstellung einer Vielzahl von mit gegenseitigen Abständen angeordneten Querbohrungen dienen·

Die Verwendung eines Wolframkarbidstabes als Fühler bietet bei der Herstellung einer Vielzahl von mit Abständen angeordneten Querbohrungen insofern einen zusätzlichen Vorteil, als die Elektrode während des Bohrvorganges konisch wird und dieser konische Teil bei Entstehung des elektrischen Kontaktes mit dem Wolframkarbidstab abgetragen wird. Dadurch ergibt sich eine größere Genauigkeit des Querbohrungsdurchmessers.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben» Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine

Laufschaufel einer Gasturbine,

Fig. 2 einen Laufschaufellängsschnitt

in der Ebene II-II, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung

50 9 831/0647

beim Herstellen einer Querbohrung zwischen zwei längsverlaufenden Kühlbohrungen dargestellt ist, .

Pig, 3 einen Querschnitt in der

Ebene III-III in Fig, 2, ■

Fig, 4 einen Schnitt durch eine

Elektroentladungs-Bearbeitungsvorrichtung nach der Erfindung, und"

Fig. 5 eine Einzelheit der in Fig. 4

dargestellten Vorrichtung.

Fig, 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Laufschaufel einer Gasturbine, Zur Kühlung dieser Schaufel sind mehrere längs verlaufende Kühlkanäle 11 vorgesehen.

Oftmals ist es wünschenswert, zwischen diesen längsverlaufenden Kühlbohrungen Querbohrungen herzustellen, und eine derartige Querbohrung 12 zur Verbindung zweier benach- , barter Längsbohrungen 13 und 14 ist aus Fig, I ersichtlich.

509831/0647

Es ist klar, daß die Herstellung derartiger Querbohrungen beträchtliche Schwierigkeiten aufwirft und es ist leicht einzusehen, daß diese Schwierigkeiten wegen der im allgemeinen sehr geringen Größe der Längsbohrungen 13 und 14 besonders schwerwiegend sind, welche typischerweise Durchmesser von etwa 1,5 mm bzw» 1,0 mm aufweisen,, Bei diesen Längsbohrungsdurchmessern beträgt der Querbohrungsdurchmesser typischerweise 0,2 mm bis 0,25 mm und bei Abständen von jeweils 0,5 mm sind 40 oder mehr solcher Querbohrungen erforderlich.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Vorrichtung 15 dargestellt, welche ein von einer Isolation 17 umgebenes Führungsrohr aus rostfreiem Stahl enthält, welches mittels eines Abstandskörpers 19 an einer Seite 18 der Kühlbohrung 13 gehalten wird. Am freien Ende 20 ist das Führungsrohr 16 mit einem so großen Krümmungsradius gebogen, wie der Durchmesser der Kühlbohrung 13 ermöglicht. Diese Rohrbiegung kann in irgendeiner geeigneten üblichen Weise hergestellt sein.

Durch das Führungsrohr 16 wird-eine Elektrode 21 in parallel zur Rohrachse verlaufender Richtung eingeschoben, bis sie das umgebogene Rohrende erreicht, welches die Elektrode in eine querverlaufende Richtung ablenkt, so daß die Elektrode die Querbohrung 12 herstellen kann.

509831 /0647

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Elektrode aus halbhartem Kupferdraht mit 0,2 mm Durchmesser. Die Elektrode wird auf so hohem elektrischem Potential gehalten, daß elektrische Entladungen zur Herstellung der Querbohrung stattfinden»

Während dieser Elektroentladungsbearbeitung verschleißt die Elektrode und es ist deshalb erforderlich, die Elektrode kontinuierlich in das Werkstück hinein zuzuführen, damit sie das Werkstück bearbeitet. Zur Steuerung des Elektrodenvorschubs dient die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung. Die in Drahtform vorliegende Elektrode 21 ist auf einer Rolle aufgewickelt und wird von dieser mittels zweier zusammenwirkender Rollen 23 und 24 durch eine in einer Platte 25 aus faserverstärktem Kunstharz gebildete Nut hindurch abgewickelt. Die Platte 25 verhindert eine Schleifenbildung des Elektrodendrahtes und härtet den Elektrodendraht infolge der Ziehwirkung. Von den Abzugsrollen 23 und 24 gelangt der Elektrodendraht durch einen Führungskörper 23 hindurch von den Abzugsrollen 23 und 24 in das Führungsrohr 16. Die Rolle 23 besteht aus Stahl und ist gerändelt, damit eine geeignete Reibung entsteht, und dient außerdem zur elektrischen Verbindung der Elektrode mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle. Die Spannungsquelle ist an sich bekannt und gehört nicht zur vorliegenden Erfindung.

- 7 50983 1/064?

Die obere Rolle 24 besteht aus Gummi und ist so eingestellt, daß sie mit ausreichendem Druck an der Stahlrolle 23 anliegt, um gerade eine gleichmäßige Draht^ zuführung ohne Schlupf zu ermöglichen. Diese Vorschubrollenanordnung wird nur für die anfängliche Einstellung der Elektrodenposition vor der Herstellung der zu fertigenden Bohrung verwendet, um den Verschleiß der Elektrode auszugleichen. Die Berührung zwischen der Elektrode und dem Werkstück wird elektrisch abgetastet und die Elektrode wird dann um 0,25 mm zurückgezogen. Es ist also klar, daß das Spiel der Vorschubrollenanordnung sorgfältig eingestellt sein muß. Der Arbeitsvorschub der Eletrode in das Werkstück hinein während des Bohrvorgangs wird von einem Hydraulikkolben 27 gesteuert, welcher die gesamte Vor-" schubrollenträgeranordnung 28 entlang von feststehenden Führungsschienen 29 verschiebt. Der Rollenträger und der Führungskörper 26 sind vom feststehenden Gestell 36 der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung isoliert. Die Stellung des Hydraulikkolbens 27 wird vom Steuersystem für die Elektroentladungsbearbeitung gesteuert, welches über ein Rückführungssystem auf die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Werkstück anspricht und die Zufuhr von Druckflüssigkeit zum Hydraulikkolben steuert. Dem Steuersignal für die Druckflüssigkeits-

509831/064?

zufuhr ist ein Schwingungssignal überlagert, welcher über den Rollenträger 28 die Elektrode in bekannter Art und Weise zur Verbesserung der Stabilität des Bohrvorgangs in Schwingungen versetzt. Das Werkstück 10 ist auf einem Tisch 30 aufgespannt, welcher zwecks Herstellung von mit Abständen aufeinanderfolgend angeordneter Querbohrungen 12 schrittweise verschiebbar ist.

Es ist einzusehen, daß während der Herstellung einer Bohrung der Abstand zwischen dem Vors chub rollenträger und dem feststehenden Führungskörper 26 veränderlich ist« Unter gewissen Umständen ist die Länge des Elektrodendrahtes zwischen den Vors chub ro Ilen 23 und 24 und dem feststehenden Pührungskörper 26 im Verhältnis zur Steifigkeit des Elektrodendrahtes so groß, daß der Elektrodendraht zur Schleifenbildung neigt. Das läßt sich mit Hilfe der in Fig. 5 dargestellten Anordnung vermeiden.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des vorderen Endes 37 des Vorschübrolientragers 28, bei welchem die Deckplatte 25 abgenommen ist« Die Deckplatte ist mittels in Gewindebohrungen 38 eingeschraubter Bolzen

- 9 509831/0647

J-O

befestigt. In dem vorderen Ende 37 des Rollenträgers sind zwei V-förmige Nuten 39 und 40 angeordnet, von denen die Nut 39 verhältnismäßig groß ist. Das hintere Ende 41 des feststehenden Führungskörpers 26 liegt so in dieser größeren Nut 39, daß es während der Relativbewegung zwischen dem Führüngskörper 26 und dem Vorschubrollenträger 28 in dieser Nut verschieblich ist. Die V-förmige Nut 40 ist ziemlich kleiner als die Nut 39 und führt den Elektrodendraht 21 beim Vorschub desselben durch die Vorschubrollen. In dem Zwischenraum zwischen dem hinteren Ende 41 des Führungsrohres 26 und der kleineren V-förmigen Nut 40 befindet sich eine Druckfeder, welche im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser wie das Führungsrohr 26 aufweist und deren Innendurchmesser geringfügig größer als der Elektrodendrahtdurchmesser ist. Auf diese Weise verhindert die Druckfeder ein Ausknicken des Elektrodendrahtes und ermöglicht gleichzeitig eine Relativbewegung zwischen dem Führungsrohr und dem Vorschubrollenträger 28, Die Deckplatte 25 ist mit den Nuten des Vorschubrollenträgers entsprechenden Nuten versehen, so daß der Elektrodendraht und das Führungsrohr 26 konzentrisch geführt sind. Vor der Benutzung der Vorrichtung ist es zweckmäßig, die Elektrode durch das Führungsrohr hindurchzuschieben

- 10 -50 9-8 31/0647

und den Radius der Biegung 31 zu messen, der in der Kupferelektrode erzeugt wird. Es ist einzusehen, daß durch Veränderung des Radius dieser Biegung die allgemeine Winkellage der Bohrung 12 relativ zur Achse der Bohrung veränderbar ist. Dies kann beträchtliche Vorteile hinsichtlich des Kühlluftstromes durch eine Gasturbinenlaufschaufel zur Einstellung des Druckgefälles zwischen den beiden Bohrungen 13 und 14 mit sich bringen. Wie es bei der Elektroentladungsbearbeitungs üblich ist, wird während des Be arb ei tungs vor ganges ein dielektrisches öl zugeleitet, was leicht dadurch zu bewerkstelligen ist, daß bei der vorliegenden Ausführungsform das Werkstück in das öl eingetaucht wird und durch die Kühlbohrungen einströmte

In die Bohrung I¹J kann ein Fühlerstab 32 eingeführt werden, welcher feststellt, wann die Elektrode aus der Bohrung 13 bis in die Bohrung 14 hindurchgedrungen ist« Dieser Fühlerstab besteht aus Wolframkarbid, das elektrisch leitend ist, und kann folglich zur Feststellung eines elektrischen Kontaktes zwischen ihm und der Elektrode verwendet werden. Die Verwendung von Wolframkarbid hat außerdem den Vorteil, daß bei elektrischem Kontakt mit der Elektrode das sich während des Bohrvorganges bildende

- 11 5 09831/064?

Λ.

konische Elektrodenende 33 beträchtlich abgetragen wird, Dadurch wird bei der Herstellung einer Vielzahl aufeinanderfolgender Bohrungen eine größere Gleichförmigkeit der Bohrungsdurchmesser erzielt. Der Fühlerstab schützt auch die Wandung der Bohrung 14 vor Funkenerosion durch die Elektrode. Nach Beendigung der Herstellung der Querbohrungen bei einer Schaufel wird der Fühlerstab zurückgezogen und untersucht, um festzustellen, daß jede der Querbohrungen 12 eine korrekte Lage hat und eine vollständig durchgehende Bohrung ist.

Während des Be arb ei tungs Vorgangs nimmt das aus rostfreiem Stahl bestehende Führungsrohr 16 im wesentlichen das gleiche Potential wie die Elektrode ein und es tritt folglich keine Entladung zwischen der Elektrode und diesem Führungsrohr auf. Das Ende 34 des Führungsrohres wird mittels eines AbstandsStückes 19 ausreichend weit von der Wandung 35 der Bohrung 13 entfernt gehalten, damit dazwischen keine Entladung stattfinden kann.

Nachfolgend werden beispielsweise einige Parameter für die Herstellung von Querbohrungen 12 zwischen zwei Längsbohrungen 13 und 14 in einer Gasturbinenlaufs chaufel angegeben:

- 12 509831/0647

der Bohrang 13 Buarehnaesser der Bohrung 14 BtiPelMüesser der Bohrungen

Tiefe der Bohrungen 12 E lekfc rcKSendurciimesser FühriBigsrobraußeTidureiiniesser Ftlhrtm gsroöri nnendur ciime ss er Anzahl der Bohrungen 12 Abstand der Bohrungen 12 Sehaufelwerks to ff

Spannung zwischen Elektrode und Schaufel

Bearbeitung^ strom Biegeradius der Elektrode dielektrische Flüssigkeit

Bohrgeschvrindlgkeit 1,5 mm 1,0 mm 0,19*S mm. bis

0^15 nmr 0,19 DE 0,55· nun. 0„3 mm 40
0-^5 mm;

Micke!basis— gußlegierung

120 ¥

I₁Q mm bis 1,6 mm

mit Kerosin verdünntes öl auf .Silikonbasis

IQ Sekunden pro Bohrung

führt die· Elektrode eine Longitudinalschwingung mt einer Amplitude im Bereich von 0,05 mm aus.

Es leuchtet ein, daß die Erfindung auch zur Herstellung anderer Bohrungen anwendbar ist, bei welchen die Elektrode

- 13 -

5 0 9831/0647

in von der Richtung der herzustellenden Bofeung abweichender Richtung zugeführt werden muß. Insbesondere kann es wünschenswert sein,, von einer Längsbohrung radial nach außen Radialbohrungen herzustellen» welche beispielsweise eine schraubenlinienförmige Anordnung bilden können.

- 14 50 983 1/06 47

Claims

P at ent ansp r üche

V 1. A/orrichtung zum Herstellen von Bohrungen nach einem Elektroerosionsverfahren, mit einer Elektrode und einer Elektrodenvorschübeinrichtung, gekennzeichnet durch eine zum Zwecke der Herstellung von Querbohrungen (12) zwischen benachbarten Bohrungen (13, 14) in eine dieser Bohrungen (13) mindestens teilweise einführbare^ Elektrodenführungseinrichtung (16) mit einem Umlenkelement (20) zum Umlenken der Elektrode (21) in zur Bohrungslängsrichtung quer verlaufender. Richtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode ein Draht (21) ist und die Elektrodenführungseinrichtung ein Führungsrohr (16) mit sanft gekrümmtem Ende (20) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet, durch einen Abstandskörper (19) zwischen dem Führungsrohr (16) und der Wandung der genannten einen Bohrung (13), welcher das Führungsrohr in der gewünschten Relativlage in dieser Bohrung hält.

- I₅ -

B09831/0647

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (21) an eine geeignete Spannungsquelle angeschlossen ist und daß Mittel zur Zuführung von dielektrischer Flüssigkeit zwischen die Elektrode und das Werkstück (10) vorgesehen sind,

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Fühlereinrichtung (32), welche in die jeweils andere der beiden benachbarten Bohrungen (13» 14) einführbar ist und mit welcher die Elektrode (21) nach Herstellung einer Querbohrung (12) in Berührung kommt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement (32) ein Wolframkarbidstab ist,

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (21) mittels einer in der Elektrodenvorschubeinrichtung (28) eingebauten Druckfeder (42) so geführt ist, daß eine Relativbewegung zwischen der Vorschubeinrichtung und

- 16 -

50 9831/064 7

einem feststehenden, die Elektrode führenden Führungskörper (26) ohne Ausknicken der Elektrode stattfindet*

- 17 -

509831 /0647