DE4436803A1 - Vorrichtung zur Funkenerodierung - Google Patents

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.