DE3527282A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines innenverzahnten kegelrades - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines innenverzahnten kegelradesInfo
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Description
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM HERSTELLEN EINES INNENVERZAHNTEN KEGELRADES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines innenverzahnten Kegelrades.
Bisher hat es sich als schwierig und in einigen Fällen als unmöglich erwiesen,, derartige innenverzahnte Kegelräder
nach normalen spanabhebenden Verfahren unter Verwendung mechanischer Kraft herzustellen, z.B. durch herkömmliches
Zahnradfräsen und/oder -schleifen. Folglich wurden gewisse derartige Zahnräder nur·aus minderwertigem Metall oder
Kunststoffmaterial in einer entsprechend ausgebildeten Form hergestellt. Zahnrad mit Innenkegelform,die auf diese
Weise hergestellt wurden, waren somit nicht zur Verwendung in Einrichtungen, wie z.B. Flugzeuggetrieben geeignet, bei
denen die Zahnräder hohen Drehgeschwindigkeiten und/oder hohen Zahnkräften ausgesetzt sind.
Die beanspruchte Erfindung soll hier Abhilfe schaffen. Sie löst das Problem der Herstellung eines innenverzahnten
Kegelrades aus hochwertigem elektrisch leitendem Material ohne die technischen Schwierigkeiten, die sonst bei üblichen
Zahnffäsverfahren unter Verwendung von mechanischer
Kraft und üblichen Fräs- und/oder Schleifmaschinen auftreten,
Erfindungsgemäß umfaßt ein Verfahren zum Herstellen eines innenverzahnten Kegelrades folgende Schritte: (a) Herstellen
eines Zahnradrohlings mit der erforderlichen Innenkegelform aus elektrisch leitendem Material, der eine erste
Elektrode bildet, (b) Herstellen einer zweiten Elektrode in Form einer Kegelaußenverzahnung, die so ausgebildet ist,
daß sie in der Lage ist, durch dieses Verfahren der ersten Elektrode eine Kegelinnenverzahnung zu verleihen, die mit
einem anschließend damit zusammenwirkenden außenverzahnten Kegelrad zumindest näherungsweise kämmen soll, (c) Befestigen
der ersten und der zweiten Elektrode an einer Maschine,
die eine gesteuerte Erosion der ersten Elektrode.bewerkstelligen
kann, ohne mechanische Kraft auf sie auszuüben,· (d) Vorschieben der zweiten Elektrode nahe an die erste
Elektrode, (e) ünterstromsetzen der Elektroden, wodurch
eine Erosion der ersten Elektrode verursacht wird, (f) Aufrechterhalten eines konstanten Spalts zwischen den
Elektroden während der fortgesetzten Stromzuführung zu den Elektroden, bis eine Erosion der ersten Elektrode erreicht
ist, so daß .sie eine Innenverzahnung erhalten hat, die das Spiegelbild oder im wesentlichen das Spiegelbild
der Außenverzahnung der zweiten Elektrode ist.
Das Verfahren kann folgende weitere Schritte umfassen: (a) Herstellen einer dritten Elektrode, die der zweiten
Elektrode ähnelt, jedoch durch das vorliegende Verfahren eine Kegelaußenverzahnung erhalten hat, so daß die erste
Elektrode mit einer Kege!innenverzahnung versehen wird,
die einen Präzisionseingriffssitz bezüglich des außenverzahnten Kegelrades aufweist, (b) Entfernen der zweiten
Elektrode aus der Maschine und Einsetzen der dritten Elektrode, (c) Vorschieben der dritten Elektrode nahe an die
erste Elektrode und (d) Unterstromsetzen der ersten und der dritten Elektrode, wodurch eine derartige weitere Erosion
der ersten Elektrode Verursacht wird, daß sie eine Innenverzahnung erhält, die das Spiegelbild oder im wesentlichen
das Spiegelbild der Außenverzahnung der dritten Elektrode ist.
Somit ist die zweite Elektrode eine "grobe" Elektrode und die dritte Elektrode eine "feine" Elektrode, die dem innenverzahnten
Kegelrad dort, wo erforderlich, eine hohe Oberflächengüte verleihen kann.
Der Schritt der Erodierung der ersten Elektrode unter Verwendung
der zweiten Elektrode kann durch eine Bearbeitung mittels elektrischer Entladung (EDM) oder eine elektrochemische
Bearbeitung (ECM) erfolgen. Der Schritt der endgültigen Erodierung der ersten Elektrode unter Verwendung der
dritten Elektrode kann durch Bearbeitung mittels elektrischer Entladung erfolgen.
Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum Herstellen eines innenverzahnten Kegelrades nach dem in den vier vorangehenden
Absätzen beschriebenen Verfahren, die eine Maschine enthält/ die entweder zur Bearbeitung mittels elektrischer
Entladung oder zur elektrochemischen Bearbeitung geeignet ist und einen Arbeitstisch zum Abstützen der ersten
Elektrode, einen Halter, an dem die zweite oder die dritte Elektrode befestigbar ist, und eine Vorschubeinrichtung
aufweist, die die zweite oder die dritte Elektrode nahe an die erste· Elektrode vorschiebt und einen
konstanten Spalt zwischen den Elektroden während der fortgesetzten Stromzufuhr zu den Elektroden aufrechterhält.
Vorzugsweise besteht der Rohling bzw< die erste Elektrode aus
hochzugfestem Einsatz- oder Nitrierstahl und die zweite und/oder dritte Elektrode aus Kupfer.
Die Vorteile der Erfindung bestehen hauptsächlich darin, daß das innenverzahnte Kegelrad aus einem hochwertigen
Material hergestellt werden kann, wodurch das Rad in Fällen eingesetzt werden kann, z.B. bei Flugzeuggetrieben,
bei denen Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer wesentlich sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend .
mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, die eine spezielle Ausführungsform zeigt.
Wie graphisch in der Zeichnung dargestellt, enthält die Vorrichtung zum Herstellen eines innenverzahnten Kegelrades
eine stößelartige Maschine 1 zur Bearbeitung mittels elektrischer Entladung. Die Maschine 1 enthält einen Ar-'
beit.fitisch 2 und einen Halter 3, der durch einen hydraulischen
Stößel 4 auf den Arbeitstisch zu bewegbar ist. Der Stößel 4 ist Teil einer elektrohydraulischen Servoeinrichtung
Ein Zahnradrohling 6 mit entsprechender Innenkegelform, aus dem das fertige Rad hergestellt wird, ist aus hochzugfestem
Einsatzstahl gefertigt und zum Befestigen am Arbeitstisch 2 vorbereitet. Der Rohling, der elektrisch
leitend ist, bildet eine erste Elektrode, wenn er derart
am Arbeitstisch befestigt ist.
Eine zweite Elektrode 7 und eine dritte Elektrode 8, die
jeweils aus Kupfer bestehen, werden nun in geeigneter WeI-se hergestellt und zum getrennten Anbringen am Halter 3
vorbereitet. Die Elektroden 7,8 weisen jeweils eine Kegelaußenverzahnung
auf, die so ausgebildet ist, daß sie in der Lage ist, durch dieses Verfahren der esten Elektrode
eine Kegelinnenverzahnung zu verleihen, die mit einem anschließend damit zusammenwirkenden außenverzahnten Kegelrad
(nicht gezeigt) kämmen soll. Auch ist beabsichtigt, daß die durch die Elektrode 7 erzeugte Verzahnung so dimensioniert
ist, daß sie näherungsweise mit dem Rad kämmen kann, während die durch die Elektrode 8 erzeugte Verzahnung
so dimensioniert ist, daß sie genau mit dem Rad kämmt. Somit bildet die Elektrode 7 eine "grobe" Elektrode und
die Elektrode 8 eine "feine" Elektrode, wobei, wie übertrieben strichpunktiert in der Zeichnung dargestellt, die
Zahnprofile der Elektrode 8 sehr wenig größer als diejenigen der Elektrode 7 sind.
Die Maschine 1 enthält einen Behälter 9 für eine dielektrische Flüssigkeit 10. Der Halter 3 und der hydraulische
Stößel 4 sind oberhalb des Behälters and des Arbeitstisches durch ein Teil 11 abgestützt, das wiederum an der
Wand des Behälters befestigt ist. Eine Pumpe 12 ist außerhalb des Behälters neben dessen Basis vorgesehen, und dielektrische
Flüssigkeit wird aus dem Behälter gepumpt und durch ein Filter 13 und dann durch ein Rohr 13 zurück in
den Behälter geleitet.
Ein Leiter 15, der vom positiven Pol einer Stromquelle ausgeht, ist mit dem Arbeitstisch 2 verbunden, und ein Leiter
16 erstreckt sich vom Abschnitt 17 des Halters 3, der bei
18 vom Stößel 4 elektrisch isoliert ist, zum negativen Pol.
Der am Arbeitstisch 2 befestigte Rohling 6 bildet eine erste Elektrode 7 in der Maschine 1. Bei Befestigung der zweiten
Elektrode 7 am Halter 3 sind die beiden Elektroden koaxial angeordnet.
Ehe die Bearbeitung des Zahnradrohling. 6, d.h. der ersten
Elektrode, mittels elektrischer Entladung beginnen kann, wird die Servoeinrichtung 6 -betätigt. Demgemäß wird ein
elektrohydraulisches Servoventil 19, das Teil der Servoeinrichtung 5 ist, betätigt, so daß Druckflüssigkeit aus
einer entsprechenden Quelle (nicht gezeigt) durch ein Rohr 20 zur oberen Seite des Stößels 4 geleitet wird, während
die untere Seite des Stößels über ein Rohr 21 mit einem Behälter (nicht gezeigt) verbunden wird. Der Stößel 4 senkt
somit den Halter 3, so daß die zweite Elektrode 7 nahe an der ersten Elektrode 6 positioniert wird, wobei ein kleiner
vorbestimmter Spalt 22, 0,006 Zoll bei diesem Ausführungsbeispiel, zwischen den beiden Elektroden vorgesehen ist.
Der Spalt ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt.
Elektrischer Strom wird nun durch den Leiter 15 zum Arbeitstisch 2 und damit zur Elektrode 6 geleitet, die in geeigneter
Weise mittels Befestigungsblöcken 23,24 am Arbeitstisch eingespannt ist. Der Strom überbrückt den Spalt 22
zwischen den Elektroden 6 und 7 und fließt weiter durch den Halter 3 und den Leiter 16 zum negativen Pol. Wenn Strom
den Spalt 22 überbrückt, tritt eine Funkenerosion des Stahls des Rohlings 6 ein, so daß die Innenzahnprofile des
Rads Form annehmen. Während diese Formgebung fortschreitend erfolgt, ist die Servoeinrichtung 5 in geeigneter Weise automatisch
betätigbar, um den Spalt 22 im wesentlichen konstantzuhalten. Gleichzeitig wird dielektrische Flüssigkeit
io aus dem ..Rohr 14 durch den Spalt gespült, wobei diese
Flüssigkeit als Kühlmittel wie auch als Funkenleiter dient. Auch dient sie als Mittel zum Wegspülen kleiner Stählpartikel oder
-späne, die vom Rohling während der Formung des innenverzahnten Kegelrades abgenommen werden. Ebenfalls gleichzeitig
arbeitet die Pumpe 12, um Partikel enthaltende dielek-
*t
trische Flüssigkeit aus dem Behälter 9 und durch das FiI--ter
13 zu pumpen, worauf saubere Flüssigkeit durch das Rohr 14 zurück in den Behälter zum Spülen des Spalts
fließt. Geeignete dielektrische Flüssigkeiten sind SiIiconöle, deionisiertes Wasser und entsprechend viskoses
Kohlenwasserstofföl.
Wenn die Bearbeitung mittels elektrischer Entladung so
weit fortgeschritten ist, daß der Rohling 6 eine Innenverzahnung erhalten hat, die das Spiegelbild der "groben"
zweiten Elektrode 7 ist, wird def Vorgang beendet und der
Stößel 4 betätigt, um die Elektrode 7 vom Rohling 6 wegzuheben und vom Halter 3 abzunehmen. Die Elektrode 7 wird am
Halter 3 durch die "feine" dritte Elektrode 8 ersetzt, die in:.der. Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist.
Die Servoeinrichtung 5 wird dann erneut betätigt, um die dritte Elektrode bis nahe an den Rohling 6 abzusenken, wobei
ein.Spalt von 0,0015 Zoll zwischen den Elektroden verbleibt.
Elektrischer Strom wird nun durch den Leiter 15 zum Arbeitstisch 2 und die Elektroden 6,8 geleitet, so daß eine
weitere Funkenerosion des Zahnradrohlings erfolgt, um die Formung der Kege!innenverzahnung des Zahnrades zu vervollständigen.
Während diese endgültige Formgebung fortschreitend stattfindet, ist die Servoeinrichtung 5 erneut
betätigbar, um den Spalt 22 im wesentlichen konstant zu halten. Gleichzeitig wird auch dielektrische Flüssigkeit
10 aus dem Rohr .1.4. durch den Spalt gespült, und die Pumpe 12 pumpt wiederum Flüssigkeit aus dem Behälter 9
durch das Filter 13.
Wenn diese zweite Bearbeitungsstufe mittels elektrischer
Entladung so weit fortgeschritten ist, daß der .Zahnradrohling eine Innenverzahnung erhalten hat, die das Spiegelbild
der "feinen" dritten Elektrode 8 ist, wird der Vorgang beendet und das innenverzahnte Kegelrad aus der Maschine
entfernt.
Durch diesen zweiten Bearbeitungsschritt dürften nur weitere
0,012 Zoll an Material vom Rohling entfernt worden sein, um auf diese Weise das Zahnrad zu formen.
Während des einen oder anderen oder beider dieser Bearbeitungsschrittes
kann die-zweite und/oder die dritte Elektrode durch eine geeignete Einrichtung geringfügig auf eine Umlaufbahn
gebracht werden.
Eine geeignete Wärmebehandlung des Rades kann natürlich
in jeder gewünschten Stufe während des -Herstellungsvorgangs durchgeführt werden.
Beim Ausführungsbeispiel dauert die erste (grobe) Verfahrensstufe ungefähr 1 3/4 Stunden, während die zweite
(feine) Stufe 1/2 Stunde dauert. Danach wird das innverzahnte Kegelrad geläppt, indem es mit einem speziellen
außenverzahnten Kegelrad zum Kämmen gebracht wird, Dieses Rad entspricht im wesentlichen dem Serien-Rad, das anschließend
mit dem Kegelrad kämmen soll, und ist mit Hexabornitridbis
zu einer Dicke von 0,004 Zoll überzogen, das als Schleifmittel wirkt. Beim Läppvorgang werden die beiden
Zahnräder mit genauem Montagespiel positioniert und in entgegengesetzte Richtungen unter Beaufschlagung mit einem
vorbestimmten Drehmoment gedreht, um die beste Oberflächenbeschaffenheit zu erreichen. Während des Läppens werden
ungefähr 0,001 Zoll an-Material (die "neu gegossene" Schicht, die mit der Bearbeitung mittels elektrischer Entladung zusammenhängt)
wird von den Zahnflanken des innverzahnten Kegelrades entfernt.
Das auf diese Weise geformte innenverzahnte Kegelrad kann nun in einem Getriebe eingesetzt werden, um mit dem Serien-Kegelrad
zu kämmen.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung erfolgt die
"grobe" Bearbeitungsstufe nichtTdurch elektrische Entladung,
sonder auf elektrochemische Weise, wobei Metall durch anodi-
sehe Zersetzung in einer elektrolytischen Zelle entfernt
wird; dabei ist das Werkstück die Anode und das Werkzeug die Kathode. Hierbei wird ein Elektrolyt, z.B. eine wässrige
Lösung eines anorganischen Salzes wie z.B. Natrium-
5· chlorid, Kaliumchlorid, Natriumnitrat oder Natriumchlorat
oder wiederum eine Schwefelsäure- oder eine Natriumhydroxid-Lösung,
durch einen angemessenen Spalt zwischen Werkstück und Werkzeug gepumpt.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung hochgenauer innenverzahnter
Kegelräder aus einem hochwertigen Material, wobei die technischen Schwierigkeiten bei der normalen
mechanischen spanenden Bearbeitung vermieden und damit derartige Zahnräder sehr wirtschaftlich erzeugt werden,
vor allem solche Zahnräder, die mit Kegelrädern kämmen sollen, deren Wellen jeweils unter stumpfem Winkel (z.B.
in der Größenordnung von 160°) zur Drehebene des zugeordneten
innenverzahnten Kegelrades verlaufen, und wobei derartige Kegelräder einen wesentlich kleineren Durchmesser
an ihren Kegelaußenverzahnungen haben als diejenigen der zweiten und dritten Elektrode.
- Leerseite -
Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen eines innenverzahnten Kegelrades,
gekennzeichnet durch folgende Schritte: (a) Herstellen eines Zahnradrohlings (6) mit der erforderlichen Innenkegelform aus elektrisch leitendem
Material, der eine erste Elektrode bildet, (b) Herstellen einer zweiten Elektrode (7) in Form
einer KegelauBenverzahnung, die so ausgebildet ist,
daß sie in der Lage ist, durch dieses Verfahren der ersten Elektrode eine Kegelinnenverzahnung zu verleihen,
die mit einem anschließend damit zusammenwirkenden außenverzahnten Kegelrad zumindest näherungsweise
kämmen soll,
(c) Befestigen der ersten und der zweiten Elektrode an
einer Maschine (1), die eine gesteuerte Erosion der ersten Elektrode bewerkstelligen kann, ohne mechanische
Kraft auf sie auszuüben,
(d) Vorschieben der zweiten Elektrode nahe an die erste f
Elektrode, \
(e) Unterstromsetzen der Elektroden, wodurch eine Erosion
der ersten Elektrode verursacht wird, und
(f) Aufrechterhalten eines konstanten Spaltes (22) zwischen
den Elektroden während der fortgesetzten Stromzuführung zu den Elektroden, bis eine Erosion der ersten
Elektrode erreicht ist, so daß sie eine Innenverzahnung
erhalten hat, die.das Spiegelbild oder
im wesentlichen das Spiegelbild der Außenverzahnung der.. zweiten Elektrode ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:
(a) Herstellen einer dritten Elektrode (8), die der zweiten Elektrode (7) ähnelt, jedoch durch das vorliegende
Verfahren eine Kegelaußenverzahnung erhalten hat, so daß die erste Elektrode (6) mit einer Kegelinnenverzahnung
versehen wird, die einen Präzisionseingriffssitz bezüglich des außenverzahnten Kegelrades
aufweist,
(b) Entfernen der zweiten Elektrode aus der Maschine (1) und Einsetzen der dritten Elektrode,
(c) Vorschieben der dritten Elektrode nahe an die erste
Elektrode und
(d) Unterstromsetzen der ersten und der dritten Elektrode, wodurch eine derartige weitere Erosion der
ersten Elektrode verursacht wird, daß sie eine Innenverzahnung erhält, die das Spiegelbild oder
im wesentlichen das Spiegelbild der Außenverzahnung der dritten Elektrode ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erodierung der ersten
Elektrode (6) unter Verwendung der zweiten
Elektrode (7) mittels Bearbeitung durch elektrische Entladung erfolgt...
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
20 gekennzeichnet, daß der Schritt der Erodierung der ersten Elektrode (6) unter. Verwendung .der zweiten
Elektrode (7) mittels elektrochemischer Bearbeitung erfolgt...
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 oder 4 bei
deren Abhängigkeit von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der endgültigen Erosion der ersten
Elektrode (6) unter Verwendung der dritten Elektrode (8) mittels Bearbeitung durch elektrische
Entladung erfolgt.
6. Vorrichtung zum Herstellen eines gemäß einem der vorhergehenden
Verfahrensansprüche ausgebildeten innenverzahnten Kegelrades, gekennzeichnet durch eine Maschine
(1) zum Bearbeiten mittels elektrischer Entladung oder zur elektrochemischen Bearbeitung, die einen Arteitstisch
(2) zum Abstützen der ersten Elektrode (6), t>
einen Halter (3) , an dem die zweite Elektrode (7) oder
die dritte Elektrode (8) befestigbar ist, und·:
eine Vorschubeinrichtung (5) aufweist, die die zweite
oder die dritte Elektrode nahe an die erste Elektrode vorschiebt und einen konstanten Spalte (22) zwischen
den Elektroden während der fortgesetzten Stromzufuhr zu den Elektroden aufrechterhält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohling oder die erste Elektrode (6) aus hochzugfestem Einsatz- oder Nitrierstrahl besteht.
8. Vorrichtung nach einem der'Ansprüche 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (7) und/oder die dritte Elektrode (8) aus Kupfer bestehen.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8141 | Disposal/no request for examination |