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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Haltekonstruktion für Elektroden eines elektrochemischen
Bearbeitungswerkzeugs.
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Bei der elektrochemischen Bearbeitung wird der
Bearbeitungselektrolyt auf die zu bearbeitende Oberfläche durch eine
Vielzahl von Glasröhrchen aufgebracht, die folglich die
Elektroden des elektrochemischen Bearbeitungswerkzeugs
darstellen. Die Enden dieser Röhrchen sind angrenzend an den zu
bearbeitenden Gegenstand angeordnet, und wenn die Bearbeitung
stattfindet, werden den Röhrchen entsprechende Öffnungen in
den Gegenstand eingearbeitet. Dieses Verfahren dient
beispielsweise zum Bohren von Kühlbohrungen in die Hinterkanten
von Turbinenlaufschaufeln oder von Luftströmungsleitschaufeln
eines Gasturbinentriebwerks. In der Terminologie solcher
Triebwerke befinden sich Laufschaufeln an den umlaufenden
Teilen des Triebwerks, während Leitschaufeln nichtumlaufende
Teile sind.
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Es ist notwendig, daß die Röhrchen so gehaltert werden, daß
sie in der korrekten Richtung orientiert sind. Um dies zu
erreichen, werden die Röhrchen üblicherweise zwischen
gegenüberliegenden Flächen zweier Teile eines Führungsblocks
eingeklemmt. Ein Beispiel hierzu ist in der US 4 188 522
gezeigt.
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Bei existierenden Haltekonstruktionen dieser Bauart, wo die
Röhrchen zwischen Klemmflächen zweier Teile eines
Führungsblocks eingespannt sind, ist eine der Klemmflächen
normalerweise mit Zahneinschnitten versehen, deren Breite in
Abhängigkeit vom Röhrchendurchmesser und der Teilung zwischen
den Röhrchen gewählt ist, so daß jedes Röhrchen in einer
Dreipunktaufnahme gehaltert ist, die durch zwei Seiten eines
Zahneinschnitts und der gegenüberliegenden Klemmfläche des
anderen Teils des Blocks gebildet ist.
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Bei der in der US-4 188 522 gezeigten Haltekonstruktion und
auch bei allen anderen der Anmelderin bekannten derartigen
Konstruktionen verlaufen die Längsachsen der Röhrchen
parallel. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dies ein Problem
verursacht, wenn beispielsweise die Hinterkante einer
Turbinenlaufschaufel gebohrt wird. Eine solche Laufschaufel weist
entlang ihrer Länge eine axiale Verwindung auf, und daher
kann, wenn eine Reihe paralleler Röhrchen angrenzend an die
Schaufelhinterkante plaziert wird, nur eine begrenzte Anzahl
der Röhrchen in Sehnenrichtung mit Bezug auf die Krümmung der
Hinterkante der Laufschaufel verlaufen, und diese Anzahl wird
weiter dadurch begrenzt, daß nur einige der Röhrchen, die
entsprechend verlaufen, die inneren Kühlkanäle innerhalb der
Schaufel schneiden. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß,
basierend auf einer normalen Röhrchenteilung, jeweils nur
etwa 7 Bohrungen gebohrt werden können, und weil aber 40 bis
50 Bohrungen entlang der vollen Schaufellänge erforderlich
sind, ist es notwendig, daß der Bohrungsvorgang in Form einer
Reihe von Durchgängen des elektrochemischen
Bearbeitungswerkzeugs entlang der Schaufellänge durchgeführt wird, wobei bei
jedem Durchgang jeweils nur eine kleine Anzahl von Bohrungen
hergestellt wird. Im Ergebnis ist daher das Bohren der
Kühlbohrungen in der Hinterkante der Turbinenlaufschaufel oder
Leitschaufel ein zeitraubender Vorgang.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt hingegen eine Verringerung
der Anzahl der zum Herstellen einer Reihe von Bohrungen
entlang einer gekrümmten Bahn wie beispielsweise einer
Turbinenschaufelkante erforderlichen Anzahl von Bohrungsvorgängen.
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In der allgemeinsten Form schlägt die vorliegende Erfindung
vor, daß die Längsachsen der Röhrchen in ihrer Orientierung
entlang der Reihe der Röhrchen sich verändert.
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Infolgedessen sieht die vorliegende Erfindung eine
Elektrodenhaltekonstruktion für ein elektrochemisches
Bearbeitungswerkzeug vor, die einen Führungsblock mit zwei Teilen und
eine Mehrzahl von Elektrodenröhrchen aufweist, wobei die
Elektrodenröhrchen zwischen gegenüberliegenden Flächen der
beiden Teile des Blockes so eingespannt sind, daß die
Röhrchen im wesentlichen auf einer Linie angeordnet sind, wobei
die Richtungen der Längsachsen der Röhrchen entlang dieser
Linie variieren.
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Normalerweise ist die Linie so gekrümmt, daß die Enden der
Röhrchen der Form der Hinterkante einer Turbinenlaufschaufel
angepaßt sind. Anzumerken ist, daß es nicht wesentlich ist,
daß die Längsachsen der Röhrchen senkrecht zur Schaufelkante
verlaufen; es gibt einige Situationen, wo es verlangt wird,
daß die Bohrungen zur Hinterkante geneigt sind, und dies kann
durch entsprechende Einspannung der Röhrchen erreicht werden.
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Wie auch in den bekannten Systemen können die Röhrchen durch
Vorsehen von Zahneinschnitten an einer Klemmfläche eines der
Blöcke eingespannt werden, so daß die Röhrchen zwischen
diesen Zahneinschnitten und der gegenüberliegenden Fläche des
anderen Blocks gehalten werden. Die Bohrrichtung der
Elektroden wird dann durch die Orientierung der Zahneinschnitte
in dem Block bestimmt.
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Die Veränderung der Richtung der Längsachsen der Röhrchen
kann entlang der Linie kontinuierlich stattfinden. Jedoch ist
es leichter, ein System zu schaffen, in welchem eine der
Klemmflächen abgestuft ist, wobei eine Veränderung des
Winkels dieser Abstufungen entlang der Länge der Fläche
vorhanden ist. Folglich ist dann eine Reihe von Gruppen von
Röhrchen entlang der Länge der Linie hergestellt, wobei jede
Gruppe einer bestimmten "Stufe" zugeordnet ist, und wobei
jedes Röhrchen in dieser Gruppe im wesentlichen parallel
verläuft. Die Veränderung des Winkels findet dann zwischen
den Gruppen statt.
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Normalerweise ist es wünschenswert, daß die Röhrchen in einer
geraden Linie auf der bezüglich des zu bearbeitenden
Gegenstands entgegengesetzten Seite des Blocks eingespannt sind
und, um Schaden an den Röhrchen zu vermeiden, wo sie aus dem
Block in Richtung von dem zu bearbeitenden Gegenstand weg
herausverlaufen, ist vorzugsweise eine Abschrägung an der
Klemmfläche auf der von dem zu bearbeitenden Gegenstand
abgewandten Seite des Blocks vorgesehen. Auf diese Weise
verlaufen die Kanten der Klemmflächen mit Abstand von den Röhrchen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr
beispielsweise unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
beschrieben, in welchen zeigen:
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Die Fig. 1 bis 3 Seiten-, Drauf- und
Stirnansicht einer
Turbinenlaufschaufel,
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Fig. 4 einen Führungsblock zur
Verwendung bei einer
Haltekonstruktion nach der vorliegenden
Erfindung, und
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Fig. 5 eine Stirnansicht des
Führungsblocks nach Fig. 4.
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Gemäß den Figuren 1 bis 3, auf die zuerst Bezug genommen
wird, weist eine Turbinenlaufschaufel 1 eines
Gasturbinentriebwerks darin gebildete Kühlbohrungen 2 bzw. 3 auf. Wie in
Fig. 1 dargestellt ist, können diese Kühlbohrungen senkrecht
zur Hinterkante 4 der Schaufel 1 verlaufen, wie durch
Bohrungen 2 dargestellt, oder sie können zur Hinterkante 4
geneigt verlaufen, wie durch die Bohrungen 3 gezeigt ist. Die
Bohrungen 2 bzw. 3 verlaufen in innere Kühlkanäle 5 innerhalb
der Schaufel 1 hinein, die in Fig. 2 sichtbar sind.
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Wie aus der Stirnansicht nach Fig. 3 ersichtlich ist,
verläuft die Hinterkante 4 der Schaufel 1, in welche die
Bohrungen 2 bzw. 3 eingearbeitet sind, nicht geradlinieg,
sondern aufgrund der axialen Verwindung der Schaufel 1 längs
einer Kurve. Infolge dessen liegen nicht nur die Bohrungen 2
auf einer Kurvenlinie, sondern auch ihre Achsen müssen
relativ zueinander entlang der Länge der Hinterkante 4 der
Schaufel 1 variieren. Wie unten beschrieben wird, sucht die
vorliegende Erfindung Elektrodenröhrchen mit Bezug auf diese
Hinterkante 4 zu orientieren.
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Fig. 4 zeigt einen Führungsblock zur Halterung der
Elektrodenröhrchen in einer Haltekonstruktion nach der vorliegenden
Erfindung. Dieser Führungsblock 10 weist zwei Teile 11, 12
mit gegenüberliegenden Klemmflächen 13, 14 auf, zwischen
denen die Elektrodenröhrchen eingespannt werden. Abgesehen
von den Flächen 13, 14 weist der Block etwa rechteckige
Außenflächen auf. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist eine
der gegenüberliegenden Klemmflächen 14 in Form einer Mehrzahl
von Teilflächen 15, 16 und 17 abgestuft, wobei jede dieser
Teilflächen eben ist, diese Teilflächen 15, 16, 17 aber
relativ zueinander geneigt verlaufen. Die andere Klemmfläche 13
des Blockes 10 ist so geformt, daß sie der Fläche 14 angepaßt
ist, weist aber Zahneinschnitte 18 mit einer Teilung 19
entsprechend der gewünschten Teilung der Elektrodenröhrchen auf.
Die Elektrodenröhrchen sind so positioniert, das sie in den
Zahneinschnitten 18 liegen und zwischen den Flächen dieser
Zahneinschnitte 18 und dem entsprechenden Teil der
gegenüberliegenden Klemmfläche 14 mit Dreipunktkontakt liegen. Zum
Bohren von Bohrungen in einer Gasturbinenschaufel ist eine
Teilung 19 von etwa 0,76 mm wünschenswert. Wie in Fig. 4
dargestellt ist, verlaufen die Zahneinschnitte 18 etwa
parallel zur Seite 20 des Blocks und sind also zum Bohren der
senkrechten Bohrungen 2 geeignet, die in Fig. 1 dargestellt
sind. Durch Neigen der Zahneinschnitte 18 unter einem
geigneten Winkel können die geneigten Bohrungen 3 gebohrt werden.
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Die Neigung der Teilflächen 15, 16 und 17 zueinander ist so,
daß sie etwa der Hinterkante 4 der Gasturbinenschaufel 1
folgen. Natürlich wäre es möglich, eine kontinuierliche
Veränderung entlang der Länge der Fläche 14 herzustellen, aber die
in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist leichter zu bearbeiten
und erbringt noch zufriedenstellende Ergebnisse. Außerdem
sollte beachtet werden, daß die Flächen 13, 14 nicht
senkrecht zur Seite 20 durch den Block verlaufen, sondern so
gekrümmt sind, daß sie der Krümmung der Hinterkante der
Turbinenschaufel
1 entsprechen.
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Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch den Block 10 nach
Fig. 4, wobei das Ergreifen eines Glaselektrodenröhrchens 30
zwischen den beiden Teilen 11, 12 des Blockes dargestellt
ist. Das in Fig. 5 dargestellte Glasröhrchen 30 tritt am
Boden des Blocks 10 unter einem Winkel aus, aber die
Abstufung der Fläche 14 bedeutet, daß aufeinanderfolgende Röhrchen
unter jeweils einem anderen Winkel austreten, so daß eine
Veränderung des Winkels entlang der Röhrchenreihe gemäß Pfeil
31 vorhanden ist.
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Fig. 5 zeigt außerdem, daß das Röhrchen 30 zwischen den
beiden Teilen 11, 12 des Blockes entlang nur einem Teil 32
seiner Länge ergriffen wird, und daß ein abgeschrägter
Bereich 33 der gegenüberliegenden Flächen 13, 14 auf der mit
Bezug auf den zu bearbeitenden Gegenstand entgegengesetzten
Seite des Blockes vorgesehen ist. Dieser abgeschrägte Bereich
ermöglicht eine weitere Biegung des Glasröhrchens 30, so daß
die Glasröhrchenreihe oberhalb des Blocks 10 in einer geraden
Reihe geklemmt werden kann. Falls der abgeschrägte Bereich 33
nicht vorgesehen wäre, bestünde die Gefahr einer Beschädigung
des Röhrchens an der Stelle des Austritts aus dem Block 10.
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Die Anzahl von Röhrchen entlang der Länge des Blocks hängt
von der Anzahl der in die Gasturbinenschaufel einzubohrenden
Bohrungen ab, aber typischerweise sind 40 bis 50 Röhrchen
erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung ist oben mit Bezug auf das Bohren
von Bohrungen in einer Gasturbinenlaufschaufel beschrieben
worden, ist aber auch auf das Bohren von Bohrungen in
Luftströmungsleitschaufeln und praktisch bei jeder Konstruktion
anwendbar, wo herzustellende Bohrungen nicht parallel,
sondern zueinander geneigt verlaufen.