DE4436803A1 - Vorrichtung zur Funkenerodierung - Google Patents
Vorrichtung zur FunkenerodierungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funkenerodierung
innenverzahnter Werkstücke, wobei Werkstück und Elektrode unter
einem Dielektrikum arbeiten.
Beim Funkenerodieren wird das Werkstück unter Spannung gesetzt
und mit Hilfe einer Elektrode, die dicht an die Werkstückoberflä
che herangefahren wird, eine Funkenbildung erzeugt. Durch die
Funkenbildung wird die am Werkstück zu bearbeitende Oberfläche
abgetragen. Die dazu notwendigen Stromstärken sind erheblich.
Bekannt sind Stromstärken bis 800 Ampere. Werkstück und Elektrode
stehen unter einem Dielektrikum. Als Dielektrikum werden flüssige
synthetische aliphatische Kohlenwasserstoffe verwendet. Derartige
Kohlenwasserstoffe haben einen Stockpunkt, der geringfügig unter
0° Celsius liegt, einen Siedebeginn bei 200 bis 300° Celsius,
eine Dichte von 0,75 bis 0,8 g/dm³ bei 15° Celsius und Viskosi
tät von 3-4 mm² pro Sekunde bei 20° Celsius.
Mit der Patentanmeldung P 43 24 271.5 ist bereits vorgeschlagen
worden, das Funkenerodieren zur Herstellung innenverzahnter
Werkstücke einzusetzen.
Bei innenverzahnten Werkstücken ist die Herstellung mit bekannten
Werkzeugen extrem schwierig. Das gilt in besonderem Maße für
oberflächenvergütete oder oberflächengehärtete Werkstücke. Hier
lassen sich gewünschte Zahnflankenformen nur mit extremem Aufwand
herstellen.
Innenverzahnte Werkstücke kommen vor allem im Bereich sogenannter
Planetwalzenextruder vor. Planetwalzenextruder bestehen aus einer
Zentralspindel. Die Zentralspindel ist am Umfang verzahnt, wobei
jeder Zahn sich in einem spiralförmig verlaufenden Schneckengang
fortsetzt.
Um die Zentralspindel herum sind Planetspindeln vorgesehen, die
gleichermaßen wie die Zentralspindel verzahnt sind. Die Planet
spindeln kämmen mit der Zentralspindel. Darüber hinaus stehen die
Planetspindeln an der der Zentralspindel jeweils diametral
gegenüberliegenden Seite mit einer innenverzahnten Buchse bzw.
dem innenverzahnten Planetwalzenextrudergehäuse in Eingriff.
Die Zentralspindel ist in axialer Richtung üblicherweise fest
angeordnet. Die innenverzahnte Buchse bzw. das Planetwalzenex
trudergehäuse ist sowohl in axialer Richtung fest als auch in
Umfangsrichtung fest angeordnet. Die Planetspindeln laufen
aufgrund der Antriebsbewegung der Zentralspindel um die Zentral
spindel herum. Dabei werden die Planetspindeln durch einen
geeigneten Ring, den sogenannten Anlaufring, an einer Axial
bewegung gehindert.
Planetwalzenextruder dienen vorzugsweise dazu, Kunststoffe zu
plastifizieren und mit geeigneten Zuschlägen zu vermischen. Die
plastifizierte Masse wird durch eine Extruderdüse gepreßt, um
anschließend ein gewünschtes Produkt herzustellen. Besonders
häufige Produkte sind Folien. Darüber hinaus können mit dem
Extruder bei geeigneten Zusätzen auch Kunststoffe geschäumt
werden. Dabei wird entweder direkt Gas in den Extruder gepreßt
und mit der Schmelze vermischt oder aber ist dem Einsatz -Kunst
stoff ein Gas in gebundener Form zugemischt, das beim Plastifi
zieren und Erwärmen freigesetzt wird. Das Gas führt im Kunststoff
nach Freiwerden aus der Extruderdüse zu Gasblasen.
Im Unterschied zu Einschneckenextrudern oder Doppelschneckenex
trudern hat ein Planetwalzenextruder eine sehr viel stärkere
Plastifizier- und Mischwirkung.
Für die einwandfreie Funktion des Planetwalzenextruders und auch
für seine Standzeit ist entscheidend, mit welcher Präzision die
Verzahnung hergestellt worden ist. Das nach dem älteren Vorschlag
zur Herstellung der Verzahnung vorgesehene Funkenerodieren
erlaubt eine sehr präzise Fertigung. Dies ist zwar in der Fach
welt unstreitig geworden. Gleichwohl hat ein Teil der Fachwelt
Vorbehalte gegen derartig gefertigte Verzahnungen angemeldet,
weil die Zahnoberfläche je nach Feinheitsgrad des letzten Ero
diervorganges mehr oder weniger rauh ist. Dabei verkennen diese
Teile der Fachwelt jedoch die von einer rauhen Zahnflankenfläche
ausgehende Wirkung. Die rauhe Wirkung erhöht die Reibung an den
Zahnflanken. Dies ist dem Mischvorgang nur förderlich, nicht
schädlich, weil die Einsatzstoffe aufgrund der Reibung an den
Zahnflanken im Extruder eine zusätzliche Verwirbelung in der
Schmelze erfahren. Die Verwirbelung ist gleichbedeutend mit einer
noch besseren Durchmischung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorteilhafte
Herstellung innenverzahnter Werkstücke, insbesondere für Planet
walzenextruder, weiterzubilden. Dies wird nach der Erfindung
dadurch erreicht, daß die vorgesehene Elektrode eine Abbildung
des Werkstückhohlraumes bildet. Die Elektrode besitzt danach die
Form eines außenverzahnten Rades. Mit einer solchen Elektrode
kann die Verzahnung zwar auch aus dem vollen herausgearbeitet
werden, jedoch ist es von Vorteil, wenn das Werkstück bereits
vorverzahnt ist. Die Vorverzahnung erfolgt bei weichem Material
in üblicher Form, z. B. durch Ziehen oder Fräsen oder Wirbeln.
Vorverzahnt heißt, daß die Zähne ein übermaß aufweisen, das
größer als die durch Bearbeitungsfehler bedingten Maßabweichungen
ist. Solche Maßabweichungen sind bei einer anschließenden Wärme
behandlung der Zahnflanken von besonderer Bedeutung. Durch
Wärmebehandlung, Vergüten oder Härten, können die Zahnflanken
abriebfest gestaltet werden. Die Verzahnung erlangt dadurch eine
lange Standzeit/Lebensdauer.
Das oben beschriebene übermaß ist größer als der erwartete Verzug
der Zahnflanken durch anschließende Wärmebehandlung. Durch die
weitere Bearbeitung der Zahnflanken mit Funkenerodierung wird den
Zahnflanken eine sehr genaue Abmessung gegeben, ohne daß es zu
einer Berührung der Elektrode mit den Zahnflanken kommt.
Überdies kann es von Vorteil sein, die Bearbeitung der Zahnflan
ken in mehreren Stufen, mindestens zwei Stufen vorzunehmen, wobei
zunächst in einer Stufe ein Schruppvorgang stattfindet, um mit
hoher Arbeitsgeschwindigkeit möglichst viel Material in der
Zeiteinheit vom Werkstück abzutragen. In mindestens einem weite
ren Bearbeitungsvorgang erfolgt ein Schlichten, wobei relativ
wenig Material in der Zeiteinheit abgetragen wird. Für die
verschiedenen Arbeitsvorgänge sind vorzugsweise verschiedene
Elektroden vorgesehen.
Von Vorteil ist auch eine besondere Arbeitsbewegung der Elektro
den in den Werkstücken. Nach der Erfindung erfolgt der Vorschub
der Elektroden im Pilgerschritt oszillierend, z. B. 5 Maßeinheiten
vorwärts und 3 zurück. Auf diesem Wege führt die Elektrode im
Werkstück während des Vorschubes eine Pumpbewegung aus. Das heißt
der Vorschub wird durch eine hin- und hergehende Bewegung überla
gert. Dies ist von Vorteil, weil die abgetragenen Werkstückparti
kel im Arbeitsspalt zwischen Werkstückinnenfläche und Elektrode
besser nach unten transportiert werden. Die Pumpbewegung trägt
auch zur Fließbewegung des Dielektrikums zwischen Werkstückinnen
fläche und Elektrode bei. Im übrigen wird diese Fließbewegung
dadurch verursacht, daß das Dielektrikum mitsamt den gelösten
Werkstückpartikeln in eine Filteranlage gesaugt wird.
Besonders vorteilhafte Bedingungen ergeben sich bei senkrechter
Werkstückanordnung. Dann kann das Dielektrikum sehr einfach unten
in hülsenförmigen/rohrförmigen Werkstücken abgesaugt werden.
Für die erfindungsgemäße Bearbeitung innenverzahnter Werkstücke
ist weiter von Vorteil, daß ein sich bei senkrechter Anordnung
eines hülsenförmigen oder rohrförmigen Werkstückes unterhalb der
Elektrode bildendes Luftpolster abgesaugt wird. Die Gasabsaugung
ist an der Elektrode bzw. in der Elektrode vorgesehen. Durch die
Gasabsaugung wird die Gasblase so klein gehalten, daß sie sich
nicht in den Zwischenraum zwischen Elektrode und Werkstückinnen
fläche erstreckt. Dort kann sie den Erodiervorgang beeinträchti
gen. Bei der Absaugung muß nicht notwendigerweise nur Gas ange
saugt werden. Es ist unschädlich, wenn mit dem Gas auch Dielek
trikum angesaugt wird. Das Gas wird dann zusammen mit dem ange
saugten Dielektrikum dem Dielektrikumtank bzw. der vorgeschalte
ten Filtereinrichtung zugeführt. Dort trennt sich das Gas vom
Dielektrikum.
Zum Absaugen des Gases ist ein relativ kleiner Druck ausreichend.
Der Druck wird in der Regel kleiner als 0,3 bar sein, vorzugswei
se kleiner als 0,03 bar.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar
gestellt.
Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht der Anlage mit einem Fundament
1, auf dem ein Maschinentisch 2 angeordnet ist. Auf dem Maschi
nentisch 2 steht ein Gehäuse 3, das zum Montieren eines Werkstückes
9 geöffnet werden kann. Die Offenstellung ist gestrichelt mit
4 dargestellt.
Nach der Montage des Werkstückes 9 wird das Gehäuse 3 dicht ver
schlossen und mit einem Dielektrikum gefüllt. Das Gehäuse 3 ist
nach oben hin offen, so daß eine Elektrode 8 mit Hilfe einer
Führung 6 in das Werkstück 9 hineinbewegt werden kann. Die Elek
trode 8 ist an einem Elektrodenhalter 7 befestigt.
Während des Bearbeitungsvorganges des Werkstückes 9 wird das
Dielektrikum umgewälzt. Das heißt, das Dielektrikum wird bei 5
aus dem Gehäuse abgesaugt und oben wieder zugegeben. Dabei
durchläuft das Dielektrikum einen Filter, in dem es von abgear
beiteten Werkstückpartikeln befreit wird.
Fig. 2 zeigt Einzelheiten des Vorganges. Bei dem Werkstück 9
handelt es sich um eine innenverzahnte Buchse für einen Planet
walzenextruder. Die Buchse 9 ist vorverzahnt. Das heißt in die
Buchse ist in weichem Zustand des Materials mit Hilfe eines
Fräswerkzeuges relativ grob eine Verzahnung eingeschnitten
worden. Die eingeschnittene Verzahnung hat ein derartiges Über
maß, daß eine nachfolgende Wärmebehandlung der Zahnflanken zum
Härten und der damit erwartete Verzug an keiner Stelle zu einem
Untermaß geführt hat.
In der Anlage nach Fig. 1 und 2 wird das das Übermaß kennzeich
nende Material der Innenverzahnung mit Hilfe einer Funkenerodie
rung abgetragen. Dazu wird einerseits an die Buchse 9 und ande
rerseits an die Elektrode 8 eine Spannung angelegt. Bei Steige
rung der elektrischen Spannung kommt es zu einer Funkenbildung
und zu einem Abtragen/Abtrennen von Material an den Zahnflanken,
je nach Anwendungsfall auch am Zahngrund und am Zahnkopf.
Die Elektrode 8 hat im Unterschied zu bekannten Elektroden die
Form eines Zahnrades. Als solches ist die Elektrode 8 eine
Abbildung der vorgesehenen Verzahnung unter Berücksichtigung
eines notwendigen Spieles 18 zwischen Werkstück und Elektrode zur
Funkenbildung. Das Spiel 18 sichert einen berührungslosen Be
trieb.
Überraschenderweise zeigt sich, daß die Funken zwar immer einzeln
an der Umfangsfläche der Elektrode gebildet werden und dies auch
unregelmäßig geschieht, aber die Funkenbildung ganz stark vom
Abstand zwischen Elektrode und Werkstück/Zahnflanken abhängig
ist. Die Funkenbildung hört auf, sobald ein bestimmter Abstand
überschritten ist. Dies Maß läßt sich anhand der Spannung auf
10-tel Millimeter, 100-stel Millimeter oder 1000-stel Millimeter
einstellen.
Die Innenverzahnung der Buchse 9 verläuft spiralförmig. Dement
sprechend ist der Verlauf der Verzahnung auf der Elektrode 8.
Darüber hinaus wird die Elektrode 8 während der Vorschubbewegung
präzise in eine Drehbewegung gesetzt. Dadurch ist gewährleistet,
daß der vorgesehene Abstand/Spiel 18 auch über der hänge der
Buchse und trotz der spiralförmig an der Innenfläche verlaufenden
Zahnplanken eingehalten wird.
Im Ausführungsbeispiel ist eine zweistufige Bearbeitung vorge
sehen, wobei zunächst ein Schruppvorgang mit relativ grober
Bearbeitung der Zahnflanken und anschließend mit einer anderen
Elektrode ein Schlichtvorgang mit feiner Bearbeitung der Zahn
flanken stattfindet.
Zur sicheren Bearbeitung ist die Buchse 9 zwischen zwei Werk
stückhaltern 10 und 11 eingespannt. Dies geschieht mit Gewinde
stangen, die durch entsprechende Bohrungen 12 im oberen, ringför
mig ausgebildeten Teil 11 des Werkstückhalters hindurch in Gewin
debohrungen 13 des unteren Teils des Werkstückhalters greifen.
Während des Bearbeitungsvorganges wird das Dielektrikum durch
eine Bohrung 17 im unteren Teil 10 des Werkstückhalters abge
pumpt. Gleichzeitig fließt von oben Dielektrikum in der eingangs
erläuterten Weise nach.
Im Ausführungsbeispiel führt die Elektrode 8 beim Schruppen und/oder
beim Schlichten eine oszillierende Pilgerschrittbewegung aus.
Die Elektrode 8 wird unter gleichzeitiger, beschriebener Drehung
nach oben und unten bzw. vorwärts und rückwärts bewegt, wobei die
Vorwärtsbewegung die Bewegung nach unten ist. Der Vorwärtsweg ist
im Ausführungsbeispiel 15 mm, der Rückwärtsweg 10 mm. Die Bewe
gungsgeschwindigkeit ist gering.
Im Ausführungsbeispiel ist die Elektrode im übrigen mit einer
Gasabsaugung versehen. Dazu ist in der Elektrode eine Durchgangs
bohrung eingebracht, an die eine Schlauchleitung 16 als Saugan
schluß angeschlossen ist. Mit Hilfe des Sauganschlusses 16 wird
eine sich unter der Elektrode 8 sammelnde Gasblase abgesaugt. Im
Ausführungsbeispiel ist der angelegte Saugdruck 0,02 bar. Bei
diesem Saugdruck wird verhindert, daß die Gasblase den Erosions
vorgang beeinträchtigt. Mit der Gasabsaugung wird teilweise auch
Dielektrikum abgesaugt. Dies ist unschädlich, weil das Gas und
das Dielektrikum über den oben erwähnten Filter geführt werden
und dort getrennt werden.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Funkenerodieren innenverzahnter Werkstücke,
wobei Werkstück und Elektrode unter einem Dielektrikum
arbeiten, nach Patent . . . , Patentanmeldung P 43 24 271.5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine Abbildung des
Werkstückhohlraumes ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektrode die Form eines außenverzahnten Zahnrades besitzt,
das im Pilgerschritt oszillierend bewegt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine
Vorverzahnung des Werkstückes vor dem Funkenerodieren.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch eine Bearbeitung des Werkstückes in
mehreren Arbeitsschritten.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch eine Absaugung des sich unter der Elek
trode bildenden Gases.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Gas
absaugung durch die Elektrode hindurch.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Saugdruck kleiner als 0,3 bar ist.
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