DE102015108948A1

DE102015108948A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zahnungen

Info

Publication number: DE102015108948A1
Application number: DE102015108948.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Grützmacher; Juri Kraft; Raphael Baur; Stas Agafonov; Thomas Kuhnert; Marc Vollmer
Original assignee: pEMTec SNC
Current assignee: pEMTec SNC
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2016-12-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnung (2), insbesondere zur Herstellung eines Zahnkranzes eines Zahnrades oder Zahnrings. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zähnen (3) einer Vorform (1) der Zahnung (2) jeweils ein Elektrodenzahn (9) angeordnet und die dem Elektrodenzahn (9) gegenüberliegende Zahnflanken (14, 15) der Zähne (2) der Vorform (1) unter Bewegung des Elektrodenzahns (9) zwischen den Zahnflanken (14, 15) ineinander entgegengesetzten Richtungen elektrochemisch bearbeitet werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnung, insbesondere eines Zahnkranzes eines Zahnrads oder Zahnrings, gemäß Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 7.
Es ist bekannt, Zahnungen, z.B. von Zahnrändern, durch elektrochemische Bearbeitung von Scheibenrohlingen mit Hilfe flacher Konturelektroden herzustellen, die eine der herzustellenden Zahnung entsprechende Innenkontur aufweisen. Die konzentrisch zu dem Rohling und senkrecht zu dessen Scheibenebene vorgeschobene Konturelektrode, deren Dicke deutlich geringer als die Kammlänge der herzustellenden Zähne ist, hinterlässt bei ihrem Vorschub am Rand des Scheibenrohlings die Zahnung. Durch einen weiten Seitenspalt zwischen dem Scheibenrohling und dem Rand der Konturelektrode kommt es zu einer Beeinträchtigung der Oberflächengüte der gebildeten Zahnung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch elektrochemische Bearbeitung Zahnräder von höherer Qualität als nach dem Stand der Technik herzustellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen den Zähnen einer Vorform der Zahnung je ein Elektrodenzahn angeordnet und die dem Elektrodenzahn gegenüberliegenden Zahnflanken der Zähne der Vorform unter Bewegung des Elektrodenzahns zwischen den Zahnflanken in einander entgegengesetzten Richtungen elektrochemisch bearbeitet werden.
Die Erfindung geht von einer auf irgendeine Weise hergestellten Vorform aus, wobei nacheinander die einander gegenüberliegenden Zahnflanken der vorgeformten Zähne elektrochemisch bearbeitet werden. Vorteilhaft erfolgt auf elektrochemischem Wege zeitsparend nur eine Endbearbeitung vorgeformter Zähne, wobei eine hohe Qualität der Zahnoberflächen erzielt wird.
Eine besonders hohe Oberflächenqualität ergibt sich insbesondere dann, wenn zwischen den Zähnen der Vorform Elektrodenzähne angeordnet werden, die sich in Richtung der Zahnkämme mindestens über die gesamte Länge der Zähne der Vorform erstrecken, so dass sich zwischen den Zähnen der Vorform und den Elektrodenzähnen durchgehend ein enger Spalt ausbilden kann.
Um die Elektrodenzähne in ihre Ausgangsposition für die elektrochemische Bearbeitung zu bringen, können sie jeweils in Richtung der Zahnkämme der Zähne der Vorform zwischen den Zähnen der Vorform eingeschoben werden.
Vorzugsweise wird eine Elektrode zur Bewegung der Elektrodenzähne zwischen den Zähnen einer ringförmigen Vorform in entgegengesetzten Richtungen um die Ringachse gedreht.
Die dem Elektrodenzahn gegenüberliegenden Zahnflanken können abwechselnd schrittweise oder/und nacheinander bis jeweils zum Erreichen des betreffenden Endmaßes bearbeitet werden.
Während eine segmentweise Bearbeitung der Zähne der Vorform möglich ist, weist eine erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung eine Elektrode mit Elektrodenzähnen entsprechend der Anzahl der Zähne der Vorform auf.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass bei hoher Oberflächengüte Zahnungen mit Zähnen herstellbar sind, deren Zahnflanken in Kammrichtung eine Profilierung aufweisen und z.B. ballig ausgebildet sind. Nahezu beliebige Oberflächengestaltungen der Zahnflanken sind möglich.
In einer Ausführungsform wird auch die Vorform auf elektrochemischem Wege mit Hilfe einer entsprechend der herzustellenden Zahnung der Vorform ausgebildeten Konturelektrode unter Vorschub senkrecht zur Scheibenebene eines Vorformrohlings und ggf. Drehung um eine zur Scheibenebene senkrechte Achse hergestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung,
2 eine die Funktionsweise der Vorrichtung von 1 erläuternde Darstellung,
3 eine die Herstellung einer gezahnten Vorform erläuternde Darstellung,
4 einen Elektrodenzahn nach der Erfindung mit profilierten Flanken, und
5 durch den Elektrodenzahn von 4 bearbeitete Zahnflanken einer Zahnung.
Eine zu bearbeitende Vorform 1 eines in 1 im Halbschnitt als Beispiel gezeigten Zahnrings weist eine Innenzahnung 2 mit Zähnen 3 auf. Insbesondere an den Zahnflanken übersteigt das Maß der Vorform das vorgesehene Endmaß des Zahnrings, so dass durch elektrochemische Bearbeitung mit Hilfe einer Elektrode 8 Material von der Vorform abzutragen ist.
Die Vorform 1 könnte auf unterschiedliche Weise, z.B. durch Gießen und ggf. mechanische Bearbeitung eines gegossenen Ringrohlings, erzeugt worden sein.
In dem gezeigten Beispiel ist die Vorform 1 gemäß 3 auf elektrochemischem Wege mit Hilfe einer flachen Konturelektrode 4 aus einem ringförmigen Vorformrohling 5 hergestellt. Die Konturelektrode 4 weist eine der herzustellenden Zahnung 2 entsprechende Außenkontur auf. Die Dicke der Konturelektrode 4 ist deutlich kleiner als die axiale Dicke des Vorformrohlings 5. Wie 3 erkennen lässt, erfolgt der Vorschub der Konturelektrode 4 gemäß Pfeil 6 in Richtung der Ringachse 7.
Im Unterschied zu der Konturelektrode 4 weist die in 1 gezeigte Elektrode 8 die gleiche Dicke wie der Vorformrohling 5 bzw. die daraus hergestellte Vorform 1 auf. Von der Elektrode 8 vorstehende Elektrodenzähne 9 greifen jeweils zwischen den Zähnen 3 der Zahnung 2 der Vorform 1 ein.
Die Elektrode 8 lässt sich gemäß Pfeil 10 in Richtung der Ringachse 7 der Vorform 1 axial in die Vorform 1 einschieben, wobei zwischen der Vorform 1 und der Elektrode 8 ein umlaufender Spalt 11 verbleibt. Bei Schrägstellung der Zahnung 2 müsste zu dem translatorischen Vorschub der Elektrode 8 gemäß Pfeil 10 noch eine Drehung der Elektrode kommen.
Mit der Bezugszahl 12 ist in 1 eine schematisch dargestellte Halte- und Bewegungseinrichtung bezeichnet, durch welche die Elektrode 8 relativ zu der Vorform 1 verdrehbar ist. Die Halte- und Bewegungseinrichtung 12 steht mit einer Einrichtung 18 zur Steuerung der Drehbewegung in Verbindung.
Zur elektrochemischen Bearbeitung der Zahnringvorform 1 durch die Elektrode 8 wird durch den Spalt 11 ein Elektrolyt geleitet und die Elektrode 8 mit Hilfe der Halte- und Bewegungseinrichtung 12 relativ zu der Vorform 1 um die Ringachse 7 gemäß Pfeil 13 von 2 in entgegengesetzten Richtungen hin und her bewegt, so dass die zwischen den Zähnen 3 der Vorform 1 angeordneten Elektrodenzähne 9 der Elektrode 8 unterschiedliche Abstände zu den einander gegenüberliegenden Flanken 14 und 15 benachbarter Zähne 3 einnehmen.
In einer in 2a gezeigten Drehposition der Elektrode 8 bilden die Elektrodenzähne 9 jeweils mit den Flanken 14 einen engen Spaltabschnitt 16 und mit den Flanken 15 einen weiten Spaltabschnitt 17. In der in 2b gezeigten Elektrodenstellung ist mit den Flanken 15 jeweils ein enger Spaltabschnitt 17‘ und mit den Flanken 14 ein weiter Spaltabschnitt 16‘ gebildet.
In Bearbeitungsphasen gemäß 2a wird von den Flanken 14 Material abgetragen, während der Materialabtrag von der von dem jeweiligen Elektrodenzahn 9 weiter entfernten Flanke 15 vernachlässigbar gering ist. Dafür kann in diesen Phasen der Elektrolyt in dem weiten Spalt 17 durch Spülung ausgetauscht werden. Nach einer Bearbeitungsdauer, die z.B. danach bemessen sein kann, dass der Elektrolyt in dem engen Spalt 16 austauschbedürftig ist, erfolgt eine Drehung der Elektrode 8 in die in 2b gezeigte Position, so dass nun die Flanken 15 bearbeitet werden und in dem nun weiten Spalt 16‘ ein Austausch des Elektrolyten erfolgen kann. Vorteilhaft entsteht also bei jedem Wechsel der Bearbeitung einer Flanke automatisch ein weiter Spülspalt an der jeweils anderen Flanke.
Der Materialabtrag von den Flanken 14, 15 erfolgt jeweils unter impulsweisem Anlegen einer Arbeitsspannung zwischen der Elektrode 8 und der Vorform 1.
Nach einer Vielzahl aufeinanderfolgender Phasen unter Wechsel zwischen den Elektrodenpositionen gemäß 2a und 2b wird nach und nach das Endmaß der Zähne 2 an den Zahnflanken 14, 15 erreicht.
Die Bearbeitung mit der sich über die gesamte Kammlänge der Zähne der Vorform 1 erstreckenden Elektrode 8 erfolgt vorteilhaft mit durchgehend engem Bearbeitungsspalt. So ergibt sich eine hohe Oberflächengüte des erzeugten Produkts.
Statt aufeinanderfolgend zwischen den Positionen gemäß 2a und 2b hin und her zu wechseln, könnte auch zunächst allein die Flanke 14 auf Endmaß gebracht werden und danach erst die Flanke 15. Hierzu bedarf es jedoch besonderer Spülgänge zum Austausch des Elektrolyten, bei denen der notwendig enge Arbeitsspalt unter Verdrehung der Elektrode 8 vorübergehend aufgeweitet wird.
Es versteht sich, dass die Drehung der Elektrode 8 durch die Steuereinrichtung 18 entsprechend dem Abtrag des Materials gesteuert und die Elektrode 8 zur Einstellung der optimalen Arbeitsspalte jeweils unter Erweiterung des Drehwinkels nachgeführt wird.
4 zeigt einen modifizierten Elektrodenzahn 9a mit Flanken 19 und 20, die in Richtung der Kammlinie des Zahnes profiliert ist, in dem gezeigten Beispiel durch eine Vertiefung 21.
Gemäß 5 führen diese Vertiefungen 21 am Ende der elektrochemischen Bearbeitung zu ballig geformten Flanken 14a und 15a der Zähne einer bearbeiteten Vorform 1a.
Abweichend von dem gezeigten Beispiel könnten statt eines Zahnrings mit Innenzahnung, Zahnräder mit Außenzahnung oder Zahnringe mit Außenzahnung bearbeitet werden. Auch die Bearbeitung von Zahnstangenzahnungen durch Translationsbewegungen einer Elektrode wäre möglich.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Zahnung (2), insbesondere eines Zahnkranzes eines Zahnrads oder Zahnrings, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zähnen (3) einer Vorform (1) der Zahnung (2) jeweils ein Elektrodenzahn (9) angeordnet und die dem Elektrodenzahn (9) gegenüberliegenden Zahnflanken (14, 15) der Zähne (3) der Vorform (1) unter Bewegung des Elektrodenzahns (9) zwischen den Zahnflanken (14, 15) in einander entgegengesetzten Richtungen elektrochemisch bearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zähnen (3) der Vorform (1) sich in Richtung der Zahnkämme über mindestens die gesamte Länge der Zähne (3) der Vorform (1) erstreckende Elektrodenzähne (9) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenzähne (9) zur Anordnung in ihrer Ausgangsposition für die elektrochemische Bearbeitung in Richtung der Zahnkämme der Zähne (3) der Vorform (1) zwischen den Zähnen (3) der Vorform (1) eingeschoben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (8) zur Bewegung der Elektrodenzähne (9) zwischen den Flanken (14, 15) der Zähne (3) einer ringförmigen Vorform (1) um die Ringachse (7) der Vorform (1) gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Zahnflanken (14, 15) abwechselnd schrittweise oder/und nacheinander bis jeweils zum Erreichen des betreffenden Endmaßes bearbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (1) ebenfalls elektrochemisch unter Verwendung einer entsprechend der herzustellenden Zahnung (2) ausgebildeten, in Richtung der Zahnkämme der herzustellenden Zahnung (2) vorgeschobenen Konturelektrode (4) hergestellt wird.
Vorrichtung zur Herstellung einer Zahnung (2) aus einer Vorform (1), insbesondere zur Herstellung eines Zahnkranzes eines Zahnrads oder Zahnrings, gekennzeichnet durch eine Elektrode (8) mit Elektrodenzähnen (9) zur Anordnung jeweils zwischen einander gegenüberliegenden Zahnflanken (14, 15) der Zahnung (2) der Vorform (1) und durch Einrichtungen (12, 18) zur Bewegung der Elektrode (8) relativ zu der Zahnung (2) unter Einstellung zur elektrochemischen Bearbeitung der Zahnflanken (14, 15) geeigneter Positionen der Elektrodenzähne (9) zwischen den Zahnflanken (14, 15).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammlänge der Zähne (3) der Zahnung (2) mindestens gleich der Kammlänge der Elektrodenzähne (9) der Elektrode (8) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Zähne (3) der Zahnung (2) der Vorform (1) gleich der Zahl der Elektrodenzähne (9) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtungen (12, 18) zur Drehung der Elektrode (8) um die Ringachse (7) einer ringförmigen Vorform (1) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Flanken (19, 20) des Elektrodenzahns (9a) eine sich in Richtung des Zahnkamms erstreckende Profilierung aufweist, z.B. eine Vertiefung (21).