Charakterisierung der Bauteilschäden durch Kurzschlüsse bei der elektrochemischen Metallbearbeitung (Chara-Kass)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Andreas Klink
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532772852

Der Bearbeitung von hochfesten Werkstoffen durch die elektrochemische Metallbearbeitung kommt aufgrund bester Oberflächenqualitäten in Verbindung mit hohen Abtragraten, bei einer guten Energie- und Ressourceneffizienz eine hohe Bedeutung im Turbomaschinenbau zu. Den Vorteilen steht jedoch eine herausfordernde Prozessführung gegenüber, sodass selbst bei langjährig etablierten Serienbearbeitungen scheinbar sporadische Bauteilschäden durch Kurzschlüsse auftreten. Durch einen hohen lokalen Energieeintrag in die Bauteilrandzone resultiert aus einem Kurzschluss eine thermische Schädigung in Form einer sogenannten Kurzschlussmarke. Entsprechende Werkstücke werden üblicherweise unabhängig von der Aufmaßsituation als Ausschussbauteil deklariert, wodurch hohe wirtschaftliche Schäden entstehen. Der Prozessfehler des Kurzschlusses ist bisher in der ECM-Bearbeitung weitgehend unerforscht. So fehlt ein grundlegendes Verständnis der energetischen Zusammenhänge eines Kurzschlusses sowie des real bewirkten Bauteilschadens. Erst durch Wissen in der Analyse und Bewertung dieses Prozessfehlers kann die elektrochemische Bearbeitung weiterentwickelt und die Bauteilqualität wirtschaftlich sichergestellt werden. Die Forschungshypothese des Forschungsvorhabens lautet daher wie folgt: Anhand von ECM-Prozessdaten und einer detaillierten Kenntnis der Oberflächenintegrität von Kurzschlussstellen lässt sich ein Modell für die zerstörungsfreie Bewertung der lokalen Randzonenschädigung ableiten. In diesem Forschungsprojekt wird ein Analogieaufbau genutzt, welcher die Reproduktion kritischer Spaltbedingungen erlaubt und eine gezielte Untersuchung von Einzelkurzschlüssen an Probenkörpern ermöglicht. Durch die Variation der elektrischen Einstellgrößen, der Elektrolytkonditionierung sowie der geometrischen Spaltbedingungen und einer metallografischen Analyse der Schadenszone wird der Einfluss von Kurzschlüssen auf die Oberflächenintegrität erforscht. Mittels einer Mess- und Auswertemethodik aus der elektrischen Signalerfassung werden Kurzschlüsse energetisch charakterisiert und die Signalverläufe des Kurzschlussvorgangs ergänzend interpretiert. Im Sinne der Forschungshypothese wird durch das Zusammenführen der identifizierten Bauteilschädigung mit der energetischen Kurzschlusscharakterisierung ein empirisches Modell zur zerstörungsfreien Bewertung des Bauteilschadens abgeleitet. Die Übertragbarkeit des Modells auf generische Kurzschlussschäden wird an einer realen Schaufelgeometrie für Turboanwendungen validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen