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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kathode. Ferner betrifft die Erfindung eine solche Kathode zur Herstellung von Mikroverzahnungen.
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Aus der
DE 10 2004 058 445 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern hervor. Zunächst wird ein Grundkörper für ein Zahnrad bereitgestellt, der durch einen Precise Electro Chemical Machining-Prozess (zu Deutsch: Präzise Elektrochemische Metallbearbeitung oder PECM-Prozess) elektrochemisch bearbeitet wird. Zum Herstellen der Zähne des Zahnrads werden gleichzeitig mehrere zwischen den Zähnen verlaufende Ausnehmungen durch eine Kathode elektrochemisch abgesenkt. Derartige Kathoden sind Verschleißteile, die beispielsweise bei einem Kurzschluss, unsachgemäßer Behandlung oder durch sonstige Vorkommnisse beschädigt werden können. Ferner können bereits bei der Kathodenherstellung Fehler entstehen, die die Kathode unbrauchbar machen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer gattungsgemäßen Kathode vorzuschlagen, das serientauglich ist und mittels dessen Kathoden mit einer reproduzierbaren Genauigkeit erzeugt werden können. Des Weiteren besteht die Aufgabe darin, eine Kathode zur Herstellung von Mikroverzahnungen weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kathode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Kathode mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Kathode, die zur Herstellung von Mikroverzahnungen ausgebildet ist, und die aus einem Blech ausgebildet wird, wobei das Blech eine Dicke von mindestens 0,1 mm und höchstens 0,5 mm aufweist, umfasst die Verfahrensschritte:
- a) Einlegen mindestens eines solchen Blechs in eine erste Stanzvorrichtung;
- b) Ausstanzen einer Zentralöffnung sowie mindestens einer Ausrichteöffnung mittels der ersten Stanzvorrichtung;
- c) Umformen des Blechs im Bereich der Zentralöffnung, wobei die Zentralöffnung zu einer Senkkopföffnung umgeformt wird;
- d) Zentrieren des Blechs anhand der jeweiligen Ausrichteöffnung an der ersten Stanzvorrichtung oder an einer zweiten Stanzvorrichtung;
- e) Ausstanzen der Kathode mittels der jeweiligen Stanzvorrichtung, wobei an der Kathode im Wesentlichen zeitgleich wenigstens eine Passöffnung ausgestanzt wird.
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Die Kathode wird wenigstens teilweise in einer Stanzanlage hergestellt, die wenigstens eine Stanzvorrichtung aufweist, mittels der die Kathode aus dem Blech herausgearbeitet wird bzw. ausstanzbar ist. Ein Blech ist ein dünnwandiges Bauteil aus Metall, insbesondere ein Walzerzeugnis, dessen Breite und Länge um ein Vielfaches größer als seine Dicke sind. Das Blech weist derartige äußere Abmessungen auf, dass aus einem Blech zumindest eine Kathode vollständig herausgearbeitet, insbesondere ausgestanzt, werden kann. Das Blech weist vorteilhafterweise eine Dicke von mindestens 0,1 mm und höchstens 0,5 mm auf.
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Die Kathode wird in einem Stanzverfahren hergestellt, wobei die Stanzanlage, die das Verfahren ausführt, mindestens eine Stanzvorrichtung mit mindestens einem oder mehreren Stanzwerkzeugen aufweist, die zum Ausstanzen der jeweiligen Öffnung bzw. der Kathode aus dem Blech ausgebildet sind. Das Stanzwerkzeug kann ein Messerelement, ein Scherelement oder dergleichen umfassen. Stanzen ist ein Trennverfahren, wobei das Trennen bei Metallen insbesondere durch Scherschneiden erfolgt. Die Öffnungen werden insbesondere durch Lochen des Blechs hergestellt. Die jeweilige Stanzvorrichtung ist derart ausgebildet, dass der Werkstoff des Blechs während des Ausstanzens abschert und so die jeweilige Öffnung hergestellt wird.
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Nach dem Einlegen des Blechs in die erste Stanzvorrichtung wird es ausgerichtet und fixiert, wobei anschließend die Zentralöffnung sowie die jeweilige Ausrichteöffnung aus dem Blech ausgestanzt wird. Als Zentralöffnung ist ein Durchbruch am Blech zu verstehen, der als Werkzeugaufnahme zur nachfolgenden Herstellung einer Senkkopföffnung für die Kathode vorgesehen ist. Die Zentralöffnung ist derart ausgebildet, dass ein Umformwerkzeug darin aufgenommen und am Blech zur Anlage kommen kann. An der Zentralöffnung wird das Blech plastisch verformt, und zwar derart, dass nach dem Umformen die Senkkopföffnung mit einem größeren Durchmesser als die Zentralöffnung vorliegt. Die Zentralöffnung kann prinzipiell jede beliebige Standardform oder Freiform aufweisen. Jedenfalls ist die Zentralöffnung derart ausgebildet, dass mittels des Umformwerkzeugs die Senkkopföffnung ausgebildet werden kann. Das Umformwerkzeug ist insbesondere derart ausgebildet, dass es während eines Umformvorgangs die Zentralöffnung über dessen gesamten Umfang gleichmäßig aufweitet.
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Die Senkkopföffnung bildet nach der Herstellung der Kathode eine Öffnung im Zentrum bzw. Mittelpunkt der später aus dem Blech ausgestanzten Kathode aus. Die Senkkopföffnung ist zur Montage der Kathode an einem Werkzeug zur Herstellung einer Mikroverzahnung vorgesehen, wobei die Kathode durch die Senkkopföffnung, insbesondere mittels einer dadurch hindurchgeführten Schraube, an dem Werkzeug lösbar befestigt werden kann. Die Senkkopföffnung ist nach dem Ausstanzen der Kathode aus dem Blech konzentrisch zur Außengeometrie bzw. zum Außenumfang der Kathode ausgebildet, um eine passgenaue Montage der Kathode zu gewährleisten. Die Kathode wird mittels der Senkkopföffnung am Werkzeug zur Herstellung einer Mikroverzahnung zentrisch verspannt.
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Gleichzeitig oder zeitlich versetzt, das heißt vor oder nach dem Ausstanzen der Zentralöffnung, wird die jeweilige Ausrichteöffnung aus dem Blech ausgestanzt. Dies erfolgt vorzugsweise in der gleichen ersten Stanzvorrichtung, insbesondere mit einem weiteren Stanzwerkzeug der ersten Stanzvorrichtung. Die jeweilige Ausrichteöffnung dient nach dessen Herstellung als Referenzpunkt für die weitere Herstellung der Kathode, nach dem das Blech zentriert bzw. ausgerichtet wird. Vorzugsweise werden zwei oder mehrere Ausrichteöffnungen hergestellt, sodass das Blech beispielsweise am Umformwerkzeug und/oder an einer weiteren Stanzvorrichtung zentriert bzw. ausgerichtet werden kann. Zudem kann das Blech aus der Stanzanlage oder der ersten Stanzvorrichtung herausgenommen, gelagert oder transportiert werden und später in die gleiche Stanzvorrichtung oder eine andere Stanzvorrichtung zur Weiterverarbeitung eingelegt und anhand der jeweiligen Ausrichteöffnung werden. Je mehr Ausrichteöffnungen am Blech vorgesehen sind, desto genauer kann die Ausrichtung des Blechs erfolgen und desto genauer kann die Kathode letztlich hergestellt werden. Analog zur Zentrieröffnung kann die jeweilige Ausrichteöffnung in jeder beliebigen Standardform oder Freiform ausgebildet werden.
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Nach der Herstellung der Senkkopföffnung durch plastische Umformung des Blechs im Bereich der Zentralöffnung kann das Blech aus der ersten Stanzvorrichtung herausgenommen, gelagert oder transportiert werden und anschließend in eine zweite Stanzvorrichtung eingesetzt werden. Die zweite Stanzvorrichtung kann weitere Stanzwerkzeuge umfassen, die dazu eingerichtet sind, die Kathode mit der jeweiligen Außengeometrie aus dem Blech sowie die Passöffnung an der Kathode auszustanzen. Alternativ kann die erste Stanzvorrichtung zweite Stanzwerkzeuge umfassen, die zum Ausstanzen der kompletten Kathode aus dem Blech sowie zur Herstellung der Passöffnung an der Kathode ausgebildet sind.
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Unter dem Ausdruck „im Wesentlichen zeitgleich“ ist eine genau zeitgleiche oder eine zeitlich unwesentlich versetzte Herstellung der jeweiligen Öffnungen zu verstehen. Mit anderen Worten erfolgt das Ausstanzen der jeweiligen Passöffnung und der Kathode in einem Schritt. Es kann vorteilhaft sein, erst die jeweilige Passöffnung und unmittelbar anschließend die Kathode aus dem Blech auszustanzen, um ein späteres erneutes Zentrieren und Verspannen der Kathode an einem weiteren Stanzwerkzeug zum Ausstanzen der jeweiligen Passöffnung zu vermeiden. Das Ausstanzen der Zentralöffnung sowie der zumindest ersten Ausrichteöffnung kann ebenfalls im Wesentlichen zeitglich bzw. in einem Schritt erfolgen.
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Die jeweilige Passöffnung ist zur Montage der Kathode am Werkzeug der Vorrichtung zur Herstellung von Mikroverzahnungen ausgebildet. Die jeweilige Passöffnung kann dazu fluchtend zu einer Bohrung bzw. Öffnung an einem Gehäuseteil des Werkzeugs angeordnet werden und mittels einer Passschraube am Werkzeug im Wesentlichen spielfrei fixiert werden. Analog zur Zentrieröffnung kann die jeweilige Passöffnung in jeder beliebigen Standardform oder Freiform ausgebildet werden. Die jeweilige Passöffnung ist vorzugsweise komplementär zu einer Passöffnung oder -bohrung am Werkzeug der Vorrichtung zur Herstellung von Mikroverzahnungen ausgebildet. Die Passöffnung dient als Verdrehsicherung der Kathode relativ zum Werkzeug der Vorrichtung zur Herstellung von Mikroverzahnungen.
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Durch ein derartiges Herstellungsverfahren lassen sich eine Vielzahl von Kathoden insbesondere vergleichsweise schnell sowie mit reproduzierbarer Genauigkeit herstellen. Die Ausgestaltung der Kathode, insbesondere die Anordnung der jeweiligen Passöffnung, ermöglicht eine schnelle Montage und Demontage an einem Werkzeug einer Vorrichtung zur Herstellung von Mikroverzahnungen.
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Vorzugsweise werden mehrere übereinandergestapelte Bleche zu einem Blechpaket gruppiert, wobei das Blechpaket in die erste Stanzvorrichtung eingelegt wird, und wobei anschließend das Ausstanzen einer Zentralöffnung sowie mindestens einer Ausrichteöffnung am Blechpaket erfolgt. Ein Blechpaket umfasst folglich zwei oder mehr vertikal übereinanderliegende Bleche. Vorzugsweise sind die Bleche mit den gleichen Außenabmessungen ausgebildet, sodass die Außenkanten der Bleche zueinander fluchten. Mit anderen Worten ist die erste Stanzvorrichtung in diesem Fall derart ausgebildet, dass mehrere übereinanderliegende Bleche als Blechpaket darin angeordnet, insbesondere fixiert, werden können, wobei mittels eines Stanzwerkzeugs der ersten Stanzvorrichtung die Zentralöffnungen aller im Blechpaket angeordneter Bleche in einem Verfahrensschritt fluchtend ausgestanzt werden. Gleichermaßen können mittels eines Stanzwerkzeugs der ersten Stanzvorrichtung die Ausrichteöffnungen aller im Blechpaket angeordneter Bleche in einem Verfahrensschritt fluchtend ausgestanzt werden. Das Ausstanzen der Zentralöffnungen sowie der Ausrichteöffnungen kann ferner in einem einzigen Verfahrensschritt oder unmittelbar aufeinanderfolgend erfolgen. Dadurch kann dieser Verfahrensschritt für mehrere Bleche in einen einzigen Verfahrensschritt zusammengefasst werden, wodurch die Herstellungsdauer je Kathode und folglich die Herstellungskosten je Kathode gesenkt werden können. Durch Gruppieren mehrerer Bleche zu einem Blechpaket wird die Steifigkeit erhöht, sodass die einzelnen Öffnungen maßgenauer herstellbar sind, ohne dass jedes Blech elastisch nachgeben kann.
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Nach dem Ausstanzen der Zentralöffnung und der jeweiligen Ausrichteöffnung kann das Blechpaket aus der ersten Stanzvorrichtung entnommen werden und das jeweilige Blech des Blechpakets dem genannten Umformwerkzeug zur Herstellung der Senkkopföffnung aus der Zentralöffnung zugeführt werden. Es wird auf die vorhergehenden diesbezüglichen Ausführungen verwiesen.
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Nach dem Umformen des jeweiligen Blechs im Bereich der Zentralöffnung werden vorzugsweise mehrere jeweils eine Senkkopföffnung aufweisende Bleche zu einem Blechpaket gruppiert, wobei das Blechpaket in die erste Stanzvorrichtung oder in die zweite Stanzvorrichtung eingelegt und anhand der jeweiligen Ausrichteöffnung zentriert wird, wobei mittels der jeweiligen Stanzvorrichtung aus dem Blechpaket ein Kathodenpaket bestehend aus mehreren übereinandergestapelten Kathoden ausgestanzt wird, und wobei im Wesentlichen zeitgleich am Kathodenpaket wenigstens eine jeweilige Passöffnung ausgestanzt wird. Das Blechpaket kann aus den gleichen Blechen bestehen, die vorab zum Ausstanzen der Zentralöffnung und der jeweiligen Ausrichteöffnung gruppiert waren. Es können aber auch mehr oder weniger Bleche zu einem Blechpaket zusammengefasst bzw. gruppiert werden. Das Blechpaket kann je nach Ausbildung der Stanzanlage erneut der ersten Stanzvorrichtung oder, je nach Ausbildung der Stanzanlage, alternativ der zweiten Stanzvorrichtung zugeführt und darin entsprechend zur Weiterverarbeitung über die jeweilige Ausrichteöffnung am Blech bzw. Blechpaket ausgerichtet und fixiert werden.
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Das Gruppieren von mehreren Blechen zu einem Blechpaket kann direkt an der jeweiligen Stanzvorrichtung erfolgen. Das Gruppieren der Bleche zu einem Blechpaket erfolgt vorzugsweise über die Ausrichteöffnungen. Das Gruppieren von Blechen zu einem Blechpaket ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die jeweilige Kathode mit einer vergleichsweise sehr kleinen Verzahnungsgeometrie ausgebildet werden soll. Denn in diesem Fall wird die Steifigkeit der einzelnen Bleche durch vollflächiges aneinander Anliegen der vertikal übereinanderliegenden Bleche erhöht.
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Vorzugsweise wird die jeweilige Kathode nach dem Ausstanzen durch Kugelstrahlen nachbehandelt. Mithin können nach dem Ausstanzen der Kathode aus dem Blech die mechanischen Eigenschaften der Kathode an die Anforderungen zur Herstellung von Mikroverzahnungen angepasst werden. Kugelstrahlen ist eine Oberflächenbehandlung, bei der kleine Strahlmittelkörner mit hoher Geschwindigkeit gegen die zu behandelnde Oberfläche der Kathode geschleudert werden. Dadurch werden Fehlstellen ins Atomgitter des Kathodenwerkstoffs eingebracht, die zu einer lokalen Verdichtung des Materials führen und damit Druckeigenspannungen hervorrufen. Diese Druckeigenspannungen können die Dauerfestigkeit des Werkstoffes und die Korrosionsbeständigkeit der Kathode steigern. Alternativ oder ergänzend wird die jeweilige Kathode nach dem Ausstanzen mechanisch nachbearbeitet. Dies kann beispielweise spanend erfolgen, insbesondere durch Drehen, Fräsen, Schleifen, oder dergleichen. Durch die mechanische Nachbearbeitung erfolgt bevorzugt eine Kantenpräparation der Kathode, wodurch eventuelle Fehlstellen an der Kathode ausgebessert werden können und die Kathode auf das endgültige Maß nachbearbeitet wird.
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Nach einem Ausführungsbeispiel wird das jeweilige Blech in Form eines Blechbandes bereitgestellt. Das Blech kann beispielsweise als Endlosblechband bereitgestellt werden, aus dem in einem Fließbandprozess Schritt für Schritt je eine Kathode oder, im Fall von zu einem Blechpaket geschichteter Bleche, ein Kathodenpaket herausgestanzt wird. Dadurch ist eine serienmäßige Herstellung der Kathode in einem Fließbandprozess möglich.
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Eine erfindungsgemäße Kathode zur Herstellung von Mikroverzahnungen ist aus einem Blech ausgebildet, das eine Dicke von mindestens 0,1 mm und höchstens 0,5 mm aufweist, wobei die Kathode eine wenigstens teilweise umlaufende erste Verzahnungsgeometrie mit einer positiven Verzahnungsform, eine zentrische Senkkopföffnung sowie mindestens eine Passöffnung aufweist. Je dünner die Kathode ausgebildet ist, desto geringer ist ein sogenannter Nachbrenneffekt an einem Rohling, an dem mittels der Kathode eine zweite Verzahnungsgeometrie mit einer negativen Verzahnungsform ausgebildet wird. Um das Nachbrennen zu verhindern, weist die Kathode vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,2 mm und 0,4 mm, bevorzugt eine Dicke von ca. 0,3 mm auf. Die Kathode weist vorzugsweise eine Dicke auf, die kleiner ist als die axiale Länge des Rohlings. Durch die oszillierende Bewegung der Kathode kann eine gleichmäßige Herstellung der Mikroverzahnung am Rohling realisiert werden, wobei ein sogenanntes Nachbrennen am Rohling durch die Kathode auf ein Minimum reduziert bzw. gänzlich verhindert wird.
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Die Kathode kann mit einer wenigstens abschnittsweise konvexen Form aus dem Blech ausgestanzt werden, sodass die erste Verzahnungsgeometrie der Kathode mit der positiven Verzahnungsform als Außenverzahnung ausgebildet ist. Die damit hergestellte Mikroverzahnung am Rohling wird damit in einer konkave Form hergestellt, sodass die zweite Verzahnungsgeometrie mit der negative Verzahnungsform als Innenverzahnung ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Kathode kreisrund ausgebildet und weist eine vollumfängliche Außenverzahnung als erste Verzahnungsgeometrie mit einer positiven Verzahnungsform auf. Mittels der Kathode kann somit aus dem Rohling beispielsweise ein Hohlrad mit einer Mikroinnenverzahnung ausgebildet werden. Umgekehrt kann die Kathode auch derart aus dem Blech herausgestanzt werden, dass sie eine Innenverzahnung als positive Verzahnungsform aufweist, mit der eine als Außenverzahnung ausgebildete zweite Verzahnungsgeometrie mit negativer Verzahnungsform am Rohling herstellbar ist.
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Vorzugsweise weist die Senkkopföffnung der Kathode an einer ersten Stirnseite einen größeren Durchmesser auf als an der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite. Die Kathode ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet, wobei die Senkkopföffnung zentrisch an der Kathode ausgebildet ist. Die Senkkopföffnung weist bevorzugt einen trichterförmigen Abschnitt auf, bei dem der Durchmesser der Senkkopföffnung von der ersten Stirnseite der Kathode in Richtung eines daran axial angrenzenden rohrförmigen Abschnitts kontinuierlich abnimmt. Der rohrförmige Abschnitt der Senkkopföffnung weist ausgehend vom trichterförmigen Abschnitt bis zur zweiten Stirnseite der Kathode einen im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser auf, der identisch zum kleinsten Durchmesser des trichterförmigen Abschnitts sowie kleiner als der größte Durchmesser des trichterförmigen Abschnitts ist. Das Umformwerkzeug zur Ausbildung der Senkkopföffnung aus der Zentralöffnung ist derart ausgebildet, dass die spezifische Form der Senkkopföffnung durch plastische Verformung des Blechs im Bereich der Zentralöffnung ausgebildet wird.
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Die Kathode ist bevorzugt aus einem nicht rostenden Stahl oder aus einem hochvergüteten Stahl ausgebildet. Beispielsweise ist die Kathode aus einem Edelstahl, insbesondere aus Stahl der Werkstoffnummer 1.4301, ausgebildet. 1.4301 ist auch unter den Bezeichnungen bzw. X5CrNi18-10 bzw. AISI 304 oder V2A bekannt. X5CrNi18-10 ist ein korrosionsbeständiger, nickelhaltiger, nicht ferromagnetischer Austenit-Stahl, der mindestens 13% Chrom enthält.
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Die Kathode, umfassend die erste Verzahnungsgeometrie mit der positiven Verzahnungsform, die Senkkopföffnung sowie die jeweilige Passöffnung, ist vorzugsweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den vorherigen Ausführungen herstellbar. Einer oder mehrere der genannten Verfahrensschritte kann bzw. können durch spanende Verfahrensschritte ersetzt werden. Insbesondere kann die Zentralöffnung und/oder die jeweilige Ausrichteöffnung durch Bohren, Fräsen oder dergleichen hergestellt werden. Dies kann an einem einzelnen Blech oder auch am Blechpaket erfolgen. Ferner ist denkbar, dass die jeweilige Kathode, entweder separat oder im Kathodenpaket, mittels Drahterodieren aus dem jeweiligen Blech bzw. dem Blechpaket herausgearbeitet wird. Dies kann vorteilhaft sein, wenn sehr kleine Verzahnungsgeometrien an der Kathode herzustellen sind.
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Die vorhergehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Kathode gelten gleichermaßen für die erfindungsgemäße Kathode zur Herstellung von Mikroverzahnungen, und umgekehrt.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines Werkzeugs einer Vorrichtung zur Herstellung von Mikroverzahnungen,
- 2 eine stark schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kathode,
- 3a eine schematische Draufsicht eines Blechbandes, aus dem eine erfindungsgemäße Kathode herausgearbeitet wird, in einer ersten Fertigungsstufe,
- 3b eine schematische Draufsicht des Blechbandes in einer zweiten Fertigungsstufe,
- 3c eine schematische Draufsicht des Blechbandes in einer dritten Fertigungsstufe,
- 3d eine schematische Längsschnittdarstellung eines Bleches des Blechbandes in der dritten Fertigungsstufe,
- 4 eine stark schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kathode gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
- 5 eine schematische Querschnittsdarstellung und Ansicht der Kathode.
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1 zeigt ein Werkzeug 22 einer - hier nicht näher dargestellten - Vorrichtung zur Herstellung einer Mikroverzahnung, insbesondere einer Mikroverzahnung eines - hier nicht gezeigten - Zahnrades. Das Werkzeug 22 umfasst einen Kathodenschaft 23, der über eine Aufnahme 24 an einem - hier nicht gezeigten - Oberbau aufgenommen ist. Der Oberbau ist dazu ausgebildet, eine pulsende Oszillation in die Aufnahme 24 und von dort auf den Kathodenschaft 23 in eine Vorschubrichtung 25 zu übertragen, wobei der Kathodenschaft 23 zusammen mit einer daran befestigten, erfindungsgemäßen Kathode 1 gemäß 5 relativ zu einem - nicht gezeigten - Rohling pulsend oszilliert, um durch Senkerosion einen elektrochemischen Materialabtrag am Rohling zu realisieren.
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Die Kathode 1 ist aus einem Blech 11 ausgebildet und weist vorliegend eine Dicke von etwa 0,3 mm auf. Die Kathode 1 besteht aus Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4301. Die Kathode 1 ist zwischen einer Bodenplatte 26 und einer Deckelplatte 27 des Werkzeugs 22 axial eingespannt. Die Kathode 1 ist ein Verschleißteil, das in regelmäßige Abständen ausgetauscht werden muss. Daher ist die Kathode 1 lösbar mit dem Kathodenschaft 23 verbunden. Am Kathodenschaft 23, an der Kathode 1 sowie der Bodenplatte 26 und der Deckelplatte 27 sind zueinander fluchtend ausgerichtete Passbohrungen 28, 29, 30 sowie eine Passöffnung 3 ausgebildet, in die zur Verdrehsicherung der Kathode 1 ein - hier nicht dargestellter - Passstift eingepresst ist. Am Kathodenschaft 23 und der Bodenplatte 26 sind zudem je eine zentrische Passbohrung 31, 32 ausgebildet, wobei an der Deckelplatte 27 eine zentrische Passsenkkopfbohrung 33 ausgebildet ist. Die vierte und fünfte Passbohrungen 31, 32 und die Passsenkkopfbohrung 33 sind fluchtend zu einer an der Kathode 1 ausgebildeten Senkkopföffnung 4 angeordnet, wobei in die Passbohrungen 31, 32 sowie die Passsenkkopfbohrung 33 und die Senkkopföffnung 4 eine - hier nicht dargestellte - Passsenkkopfschraube zur Befestigung der Kathode 1 am Kathodenschaft 23 eingeschraubt werden kann. Die Kathode 1 kann alternativ auch ohne die Deckel- und Bodenplatte 26, 27 direkt am Kathodenschaft 23 verschraubt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Kathode 1 nach 5 wird anhand der 2 bis 4 näher erläutert. In 2 ist eine Anlage 100 zur Herstellung der Kathode 1 stark schematisch dargestellt, wobei die Anlage 100 eine erste Stanzvorrichtung 9, eine Umformvorrichtung 17 sowie eine zweite Stanzvorrichtung 10 aufweist, die in einer Vorschubrichtung 19 eines Blechbandes 15 in Reihe hintereinander angeordnet sind.
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Ein Blech 11 wird als Endlos-Blechband 15 in der Anlage 100 bereitgestellt und kann dazu an der ersten Stanzvorrichtung 9 eingelegt werden. Das Blechband 15 ist beispielsweise auf einem Förderband in eine Vorschubrichtung 19 verlagerbar. 2 zeigt das in der Anlage 100 angeordnete Blechband 15 teilweise. In einer ersten Fertigungsstufe werden an einem ersten Längsabschnitt 34 des Blechs 11 mittels eines - nicht dargestellten - Stanzwerkzeugs der ersten Stanzvorrichtung 9 eine Zentralöffnung 2 sowie vier Ausrichteöffnungen 5, 6, 7, 8 gleichzeitig herausgestanzt. Die Öffnungen 2, 5, 6, 7, 8 erstrecken sich parallel zueinander durch das Blech 11. Nach der ersten Fertigungsstufe gemäß 3a wird das Blech 11 in Vorschubrichtung 19 bzw. in dessen Längsrichtung verlagert, wobei der erste Längsabschnitt 34 des Blechs 11 einer zweiten Fertigungsstufe zugeführt wird.
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Die zweite Fertigungsstufe entspricht einer Umformstufe mittels eines - hier nicht gezeigten - Umformwerkzeugs der Umformvorrichtung 17. In der zweiten Fertigungsstufe wird das Blech 11 anhand der Ausrichteöffnungen 5, 6, 7, 8 ausgerichtet und zentriert. Die Zentralöffnung 2 des ersten Längsabschnitts 34 wird nach der Ausrichtung zu einer Senkkopföffnung 4 plastisch umgeformt, siehe 3d. Die Senkkopföffnung 4 weist an einer ersten Stirnseite 20 des Blechs 11 bzw. der Kathode 1 gemäß 4 und 5 einen ersten Durchmesser D1 auf, der größer ist als ein zweiter Durchmesser D2 an der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 21 des Blechs 11 bzw. der Kathode 1. Während des Umformvorgangs am ersten Längsabschnitt 34 des Blechs 11 erfolgt zeitgleich an der ersten Stanzvorrichtung 9 die erste Fertigungsstufe an einem axial an den ersten Längsabschnitt 34 angrenzenden zweiten Längsabschnitt 35 des Blechs 11, und zwar das Ausstanzen der Zentralöffnung 2 sowie der Ausrichteöffnungen 5, 6, 7, 8 gemäß den vorherigen Ausführungen zum ersten Längsabschnitt 34. Das Blech 11 nach der zweiten Fertigungsstufe des ersten Längsabschnitts 34 ist in 3b exemplarisch gezeigt. Der zweite Längsabschnitt 35 ist von seinen Abmessungen im Wesentlichen identisch zum ersten Längsabschnitt 34 ausgebildet.
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Der erste Längsabschnitt 34 wird nach dem Umformvorgang einer dritten Fertigungsstufe an der zweiten Stanzvorrichtung 10 zugeführt, bei der die Kathode 1 gemäß 5 mittels eines - nicht dargestellten - Stanzwerkzeugs der zweiten Stanzvorrichtung 10 aus dem Blech 11 herausgestanzt wird. Das Stanzwerkzeug der zweiten Stanzvorrichtung 10 weist eine derartige Geometrie auf, dass die Kathode 1 mit einer ersten Verzahnungsgeometrie 18 mit positiver Verzahnungsform ausgestanzt wird. Vor dem Ausstanzen der Kathode 1 aus dem Blech 11 erfolgt ein Ausstanzen der Passöffnung 3, sodass die Kathode 1 nach dessen Ausstanzen die erste Verzahnungsgeometrie 18, die Senkkopföffnung 4 sowie die Passöffnung 3 aufweist. Gleichzeitig erfolgt in der Umformvorrichtung 17 am zweiten Längsabschnitt 35 die zweite Fertigungsstufe zur Herstellung der Senkkopföffnung 4 im Bereich der vorherigen Zentralöffnung 2 analog zu den vorherigen Ausführungen zum ersten Längsabschnitt 34. Ferner erfolgt währenddessen das Ausstanzen der Zentralöffnung 2 und der Ausrichteöffnungen 5, 6, 7, 8 an einem dritten Längsabschnitt 36 des Blechs 11 gemäß der vorher beschriebenen ersten Fertigungsstufe. Der dritte Längsabschnitt 36 ist von seinen Abmessungen im Wesentlichen identisch zum ersten Längsabschnitt 34 und zum zweiten Längsabschnitt 35 ausgebildet. Das Blech 11 nach der dritten Fertigungsstufe des ersten Längsabschnitts 34 ist in 3c und 3d exemplarisch gezeigt. Die aus dem Blech 11 herausgestanzte Kathode 1 nach der dritten Fertigungsstufe des ersten Längsabschnitts 34 ist in 5 exemplarisch gezeigt. Schritt für Schritt werden so an einem Blechband 15 Kathoden 1 ausgebildet und herausgestanzt. Die Abmessungen der Längsabschnitte 34, 35, 36 und Abstände zwischen den einzelnen, einteilig miteinander verbundenen Längsabschnitten 34, 35, 36 des Blechbandes 15 sind derart gewählt, dass möglichst wenig Verschnitt entsteht. Die Längsabschnitte 34, 35, 36 sind derart lang gewählt, dass aus jedem Längsabschnitt 34, 35, 36 eines Blechs 11 genau eine Kathode 1 herausgestanzt werden kann. Mithin kann die Herstellung der Kathode 1 serientauglich in Form einer Fließbandherstellung erfolgen. Selbstverständlich können auch mehr als drei Längsabschnitte 34, 35, 36 am Blechband 15 vorgesehen sein, sodass aus einem als Endlosband hergestellten Blechband 15 eine Vielzahl von Kathoden 1 in Serie herstellbar sind.
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Die Kathode 1 wird nach dem Ausstanzen durch Kugelstrahlen nachbehandelt. Zudem erfolgt an der Kathode 1 eine mechanische Nachbearbeitung, um das genaue Endmaß der Kathode 1 zu überprüfen und einzustellen. Die mechanische Nachbearbeitung umfasst vorliegend eine Kantenpräparation an der Kathode 1.
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Alternativ kann das Herstellungsverfahren auch an mehreren übereinandergestapelten Blechen 11 - 14 erfolgen, die gemäß 4 zu einem Blechpaket 16 gruppiert und in die erste Stanzvorrichtung 9 eingelegt, ausgerichtet und fixiert werden. Ein Blechpaket 16 kann dann von Vorteil sein, wenn vergleichsweise kleine Verzahnungsgeometrien 16 an der jeweiligen Kathode 1 herzustellen sind. Das Ausstanzen der Zentralöffnung 2 bzw. der Ausrichteöffnungen 5 - 8 erfolgt an allen Blechen 11 - 14 des Blechpakets 16 im Wesentlichen gleichzeitig. Die erste Fertigungsstufe kann somit für mehrere Bleche 11 - 14 zusammengefasst werden. Mithin werden die Zentralöffnungen 2 sowie die Ausrichteöffnungen 5 - 8 aller Bleche 11 - 14 jeweils fluchtend zueinander ausgebildet. Außerdem kann der Herstellungsprozess pro Kathode 1 beschleunigt werden. Die darauffolgende zweite Fertigungsstufe zur Herstellung der Senkkopföffnung 4 erfolgt vorliegend an jedem Blech 11 - 14 einzeln.
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Ferner ist mit dem Herstellungsverfahren möglich, nach dem Umformvorgang des jeweiligen Blechs 11 - 14 das Blechpaket 16 der zweiten Stanzvorrichtung 10 zuzuführen und anhand der Ausrichteöffnungen 5 - 8 zu zentrieren. Mittels der zweiten Stanzvorrichtung 10 kann anschließend aus dem Blechpaket 16 ein Kathodenpaket, bestehend aus mehreren übereinandergestapelten Kathoden 1 gemäß 5, ausgestanzt werden. Vor dem Ausstanzen des Kathodenpakets können in einem einzigen Stanzschritt die Passöffnungen 3 aller Bleche 11 - 14 des Blechpakets 16 fluchtend zueinander ausgestanzt werden. Somit kann auch die dritte Fertigungsstufe für mehrere Bleche 11 - 14 zusammengefasst werden, wodurch der Herstellungsprozess pro Kathode 1 beschleunigt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kathode
- 2
- Zentralöffnung
- 3
- Passöffnung
- 4
- Senkkopföffnung
- 5
- Erste Ausrichteöffnung
- 6
- Zweite Ausrichteöffnung
- 7
- Dritte Ausrichteöffnung
- 8
- Vierte Ausrichteöffnung
- 9
- Erste Stanzvorrichtung
- 10
- Zweite Stanzvorrichtung
- 11
- Erstes Blech
- 12
- Zweites Blech
- 13
- Drittes Blech
- 14
- Viertes Blech
- 15
- Blechband
- 16
- Blechpaket
- 17
- Umformvorrichtung
- 18
- Erste Verzahnungsgeometrie
- 19
- Vorschubrichtung des Blechbandes
- 20
- Erste Stirnseite
- 21
- Zweite Stirnseite
- 22
- Werkzeug
- 23
- Kathodenschaft
- 24
- Aufnahme
- 25
- Vorschubrichtung des Kathodenschaftes
- 26
- Bodenplatte
- 27
- Deckelplatte
- 28
- Erste Passbohrung
- 29
- Zweite Passbohrung
- 30
- Dritte Passbohrung
- 31
- Vierte Passbohrung
- 32
- Fünfte Passbohrung
- 33
- Passsenkkopfbohrung
- 34
- Erster Längsabschnitt
- 35
- Zweiter Längsabschnitt
- 36
- Dritter Längsabschnitt
- 100
- Anlage zur Herstellung einer Kathode
- D1
- Erster Durchmesser der Senkkopfbohrung
- D2
- Zweiter Durchmesser der Senkkopfbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004058445 A1 [0002]
