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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem für die Steigerung
der Qualität
eines Zahnrades, das ein qualitativ hochwertiges Zahnrad effizient
und ökonomisch
herstellen kann, indem ein Zahnrad nach der Ausbildung der Zähne durch
Wälzfräsen, Hobeln
oder Walzen und nach der Oberflächenhärtung, wie
z.B. durch Wärmebehandlung,
Einsatzhärten
oder Nitrieren, nacheinander einer Kugelstrahlbearbeitung und einer
Abrasivbearbeitung oder dem Schleifen der Oberfläche des Zahnrads unterzogen
wird, wodurch die Biegedauerfestigkeit des Zahnfußes, die
Oberflächen-
und Abriebbeständigkeit
verbessert wird, wodurch wiederum die Belastbarkeit gesteigert wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann bei verschiedenen Zahnrädern angewandt
werden, die in herkömmlichen
Verfahren hergestellt werden (beispielsweise Stirnrad, Schrägrad, Pfeilrad,
Schraubrad, Schneckenrad und dergleichen), und kann nicht nur bei
den herkömmlichen
involuten Formen, sondern auch bei willkürlichen Zahnformen angewandt
werden (beispielsweise bei Zykloidenverzahnung, Trochoidenverzahnung,
Kreisbogen und dergleichen).
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Eine
herkömmliche
Grundserie von Verfahren für
die Herstellung eines Stahlzahnrades, das einer Oberflächenhärtung, wie
z.B. einer Einsatzhärtung,
unterzogen wurde, umfasst drei Arten von typischen, unten beschriebenen
Verfahren. Hier wird Kugelstrahlen für das Skalieren oder das Entgraten nach
der Oberflächenhärtung oder
das Schleifen eines Lochs im Zentrum für das Anbringen des Zahnrads
an einer Welle weggelassen.
- (1) Wälzfräsen → Oberflächenhärtung
- (2) Wälzfräsen → Hobeln
oder Walzen → Oberflächenhärtung
- (3) Wälzfräsen → Oberflächenhärtung → Schleifen der
Zahnoberflächen
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Die
Verfahrensserie (1), bei der eine Zahnoberfläche nur durch Wälzfräsen bearbeitet
wird, wird für
die Herstellung von relativ großen
Zahnrädern, beispielsweise
für eine
Schleuse, eingesetzt. Die Verfahrensserie (2) wird für die Herstellung
von kleinen oder mittelgroßen
Zahnrädern
eingesetzt, die gewöhnlicherweise
für Kraftfahrzeugsgetriebe
eingesetzt werden. Die Verfahrensserie (3) wird für die Herstellung
von Zahnrädern
für die
Verwendung im Getriebe von Luxuswagen oder für Drehzahlregler in allgemeinen
industriellen Maschinen eingesetzt.
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Nach
den Verfahrensserien (2) oder (3) kann heute zusätzlich noch eine Kugelstrahlbearbeitung erfolgen,
um die Biegedauerfestigkeit des Zahnfußes des Zahnrads zu verbessern.
Wenn ein Zahnfuß jedoch
einer Kugelstrahlbearbeitung unterzogen wird, wird die Zahnoberfläche für Leistungsübertragung rau,
wodurch ein Problem im Hinblick auf die Oberflächenbeständigkeit entsteht.
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat festgestellt, dass eine
Abrasivbearbeitung nach einer Kugelstrahlbearbeitung, die Oberflächenbeständigkeit
bemerkenswert verbessern kann. Im Hinblick auf diese Erkenntnis,
hat der Erfinder eine Grundserie von Verfahren wie folgt ausgearbeitet:
- (4) Wälzfräsen → Hobeln
oder Walzen → Oberflächenhärtung → Kugelstrahlbearbeitung → Abrasivbearbeitung
- (5) Wälzfräsen → Oberflächenhärtung → Schleifen der
Zahnoberflächen → Kugelstrahlbearbeitung → Abrasivbearbeitung.
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Bei
Verfahrensserie (4) erfolgen die Kugelstrahlbearbeitung und die
Abrasivbearbeitung jedoch im Allgemeinen unabhängig von einander, was problematisch
ist, da dadurch eine effiziente Produktion nicht gewährleistet
werden kann. Außerdem
erfolgen auch in der Verfahrensserie (5) das Schleifen der Zahnoberflächen, die
Kugelstrahlbearbeitung und die Abrasivbearbeitung im Allgemeinen
unabhängig
von einander, was problematisch ist, da eine effiziente Produktion
nicht gewährleistet
werden kann. Außerdem
sind Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtungen und Abrasivbearbeitungsvorrichtungen
für die
Verursachung von Umweltverschmutzung verantwortlich, wodurch ein
Anstieg der Kosten verursacht wird, da das Arbeitsumfeld mittels
Staubsammelvorrichtungen oder dergleichen gereinigt werden muss.
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JP-A-63256318
beschreibt ein Verfahren für das
Abrunden der Spitzen, die beim Schleifen der Zahnradzähne durch
Abrasiv- oder Kugelstrahlbearbeitung der Zahnräder gebildet werden.
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JP-A-07243308
beschreibt die Möglichkeit einer
Kugelstrahlbearbeitung einer Gleitvorrichtung, wie z.B. einer Nocke,
gefolgt von einer Abrasivendbearbeitung.
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JP-A-01316165
beschreibt ein Abrasivbearbeitungsverfahren und eine Vorrichtung,
in der es möglich
ist, ein Gemisch aus Wasser und einer Verbindung in den Abrasivtank
zuzuführen,
nachdem das Vorarbeitungsverfahren beendet wurde und bevor das Zwischenbearbeitungsverfahren
beginnt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung erfolgte in dem Versuch die oben angeführten Probleme
zumindest teilweise zu lösen.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung die Verfahren der
Kugelstrahlbearbeitung und der Abrasivbearbeitung in einem System
zu vereinen, so dass die Verfahren aufeinanderfolgend ablaufen,
wodurch eine effiziente Produktion erzielt werden kann. Ein weiteres
Merkmal der Erfindung besteht außerdem darin, das Schleifen
der Zahnoberfläche
in demselben System zu vereinen, um eine noch effizientere Produktion
zu erzielen. Zusätzlich dazu
ist es ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Kosten
für die
Reinigung des Arbeitsumfeldes zu senken. Ein zusätzliches Merkmal der vorliegenden
Erfindung besteht außer dem
darin, eine Abrasivbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die
in dem System eingesetzt werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bearbeitungssystem, wie in Anspruch 1 dargelegt, bereitgestellt.
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In
diesem System wird das Zahnrad, wenn es nach der Zahnausbildung
und der Oberflächenhärtung der
Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung zugeführt wird, durch die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung
einer Kugelstrahlbearbeitung unterzogen, um die Biegedauerfestigkeit
des Zahnfußes
des Zahnrads zu verbessern. In der Folge ist die Zahnradzufuhrvorrichtung,
die das Zahnrad, das durch die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung
einer Kugelstrahlbearbeitung unterzogen wurde, der Abrasivbearbeitungsvorrichtung
zuführt,
die dann das zugeführte
Zahnrad einer Abrasivbearbeitung unterzieht, angrenzend an die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung
und die Abrasivbearbeitungsvorrichtung angeordnet.
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Gemäß dem System
werden die Verfahren der Kugelstrahlbearbeitung und der Abrasivbearbeitung
in einem System zusammengefasst, damit sie aufeinanderfolgend ablaufen
können,
so dass ein qualitativ hochwertiges Zahnrad auf effiziente Weise produziert
werden kann. Da die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung und die Abrasivbearbeitungsvorrichtung,
die beide Umweltverschmutzung verursachen, in einem System integriert
vorhanden sind, kann die Anzahl der Reinigungsvorrichtungen, wie z.B.
Staubsammelvorrichtungen, reduziert werden, wodurch die Reinigung
des Arbeitsumfeldes kostengünstiger
wird.
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In
einem erfindungsgemäßen Bearbeitungssystem
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads kann die Zahnradzufuhrvorrichtung das Zahnrad der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung
zuführen
und das Zahnrad aus der Abrasivbearbeitungsvorrichtung entnehmen.
Gemäß dem System
kann das Zahnrad dem System automatisch zugeführt und aus diesem entnommen
werden, wodurch ein qualitativ hochwertiges Zahnrad effizient hergestellt
werden kann.
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Außerdem können die
Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung und die Abrasivbearbeitungsvorrichtung
in einem erfindungsgemäßen Bearbeitungssystem
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads in Bezug aufeinander seitlich angeordnet sein. Gemäß dem System
kann der Zufuhrabstand des Zahnrads reduziert werden, wodurch die
Anordnung der Zahnradzufuhrvorrichtung vereinfacht wird.
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In
einem erfindungsgemäßen Bearbeitungssystem
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads können
die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung und die Abrasivbearbeitungsvorrichtung
in Bezug aufeinander auch vertikal angeordnet sein. Gemäß diesem System
kann die Bodenfläche,
die von dem System in Anspruch genommen wird, reduziert werden,
wodurch die Zahnradherstellungseinrichtung platzsparender wird.
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Ein
erfindungsgemäßes Bearbeitungssystem
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads kann außerdem
folgendes umfassen: eine an die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung
angrenzend angeordnete Schleifvorrichtung für das Schleifen der Zahnoberfläche des
Zahnrads und eine an die Schleifvorrichtung und die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung angrenzend
angeordnete zweite Zahnradzufuhrvorrichtung, um das Zahnrad, dessen
Zahnoberfläche durch
die Schleifvorrichtung abgeschliffen wurde, der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung
zuzuführen.
Gemäß diesem
System kann das Schleifen der Zahnradoberfläche mit der Kugelstrahlbearbeitung
in einem System vereint werden, so dass sie nacheinander erfolgen,
wodurch ein qualitativ hochwertiges Zahnrad effizienter hergestellt
werden kann.
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Beim
Einsatz des erfindungsgemäßen Systems
rotiert der Abrasivtank und das Zahnrad rotiert in dem Abrasivtank.
Das Mediumzufuhrmittel führt dem
Abrasivtank aufeinanderfolgend eine Vielzahl an Medien (z.B. Abrasivsteine)
zu. Währenddessen lässt das
Mediumablassmittel die Medien nach der Abrasivbearbeitung des Zahnrads
aus dem Abrasivtank ab. Die Abrasivbehandlung kann demnach gemäß dem System
auf verschiedene Weisen erfolgen, wodurch ein qualitativ hochwertiges
Zahnrad effizienter hergestellt werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
eine senkrechte Querschnittsansicht, die die schematische Anordnung
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads zeigt;
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1B ist
eine Draufsicht, die die schematische Anordnung des Systems der
ersten bevorzugten Ausführungsform
zeigt;
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2 ist
eine Draufsicht, die die schematische Anordnung einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads zeigt;
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3 ist
eine Draufsicht, die die schematische Anordnung einer dritten bevorzugten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads zeigt;
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4A ist
eine senkrechte Querschnittsansicht, die die schematische Anordnung
einer vierten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads zeigt;
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4B ist
eine Draufsicht, die die schematische Anordnung des Systems der
vierten bevorzugten Ausführungsform
zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erfindungsgemäße bevorzugte
Ausführungsformen
werden untenstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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1A ist
eine senkrechte Querschnittsansicht, die die schematische Anordnung
einer ersten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads zeigt; und 1B ist
eine Draufsicht, die die schematische Anordnung des Systems der
ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
Dieses System der ersten Ausführungsform umfasst
folgendes: eine Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1; eine
angrenzend an die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 angeordnete
Abrasivpoliervorrichtung des Kreiseltyps 2 als Abrasivbearbeitungsvorrichtung;
sowie einen Polarkoordinaten-Industrieroboter 3, der als
Zahnradzufuhrvorrichtung dient und zwischen der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 und
der Abrasivpoliervorrichtung 2 an diese angrenzend angeordnet
ist.
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Bei
einem Zahnrad mit einem Modul von 3, einer Zahnanzahl von 30 und
einer Breite von 20 mm, dauert die Kugelstrahlbearbeitung gewöhnlicherweise
30 s bis mehrere Minuten und die Abrasivbearbeitung einige bis 60
min. In Anbetracht dieser erforderlichen Bearbeitungszeiten wird
das System in dieser Ausführungsform
mit vier Abschnitten A, B, C und D um den Polarkoordinatenroboter 3 bereitgestellt,
der einen Arm 3a aufweist, der in der Lage ist, sich zu strecken,
zusammenzuziehen, zu heben, zu senken und zu rotieren.
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In
Abschnitt A sind hier eine Drehscheibe 4 des Drehplattformtyps,
eine nicht dargestellte Reinigungsvorrichtung und eine nicht dargestellte
Abschirmung, die geöffnet/geschlossen
werden kann, für das
Abdecken der Drehscheibe 4 angeordnet. In Abschnitt B ist
folgendes bereitgestellt: eine Strahldüse 1a; ein Düsenbewegungsmechanismus 1b für das Heben,
Absenken, Vorwärts-
und Rückwärtsbewegen,
Schwenken und Schwingen der Strahldüse 1a; ein Werkstückträger 1c,
um eine Werkstückeinheit 7, die
aus einem Zahnrad 5 oder einer Vielzahl an Zahnrädern besteht,
abnehmbar anzubringen; eine Einspannvorrichtung 6, um die
Zahnräder 5 abnehmbar zu
tragen, so dass sich die Mittelachse des Zahnrads in vertikaler
Richtung erstreckt; ein Motor 1d für das Drehen des Werkstückträgers 1c der
Kugelstrahlbear beitungsvorrichtung 1; und eine Abschirmung 8, die
geöffnet/geschlossen
werden kann, um diese abzudecken.
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In
Abschnitt C ist eine weitere Drehscheibe 9 des Drehplattformtyps
bereitgestellt, die mit der in Abschnitt A übereinstimmt. In Abschnitt
D ist folgendes in der Abrasivpoliervorrichtung 2 bereitgestellt: ein
Abrasivtank 2a, ein Motor 2b für das Drehen des Abrasivtanks 2a,
Motoren 2c für
das Drehen der Werkstückeinheiten 7 an
vier Punkten in der Umfangsrichtung innerhalb des Abrasivtanks 2a,
Einspannköpfe 2d für das abnehmbare
Anbringen der Werkstückeinheiten 7 an
den Motoren 2c und einen Mechanismus 2e für das Heben/Absenken
des Werkstücks 7,
um die Motoren 2c zu heben/senken, um die Werkstückeinheiten 7 in
Bezug auf den Abrasivtank 2a zu heben/senken; einen nicht
angeführten Bodenabdeckungsöffnungs-/schließ-Mechanismus für das Öffnen/Schließen der
Bodenabdeckungen 2f des Abrasivtanks 2a; ein Mediumzufuhrrohr 10a und ein
Mediumaufnahmerohr 11a, die sich von einer Mediumzufuhrvorrichtung 10 bzw.
einem Mediumaufnahmetank 11 erstrecken, die an Sektion
D angrenzend angeordnet sind; und einen nicht angeführten Verbindungszufuhrmechanismus,
der dem Abrasivtank 2a eine Verbindung gemeinsam mit Wasser
zuführt.
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Die
Mediumzufuhrvorrichtung 10 weist ein Vorbearbeitungsmediumreservoir 10b für die Aufbewahrung
eines Vorbearbeitungsmediums (Abrasivstein), das durch das Verfestigen
von relativ rauen Abrasivkörnern
hergestellt wird, sowie ein Endbearbeitungsmediumreservoir 10c für die Aufbewahrung eines
Endbearbeitungsmediums auf, das durch die Verfestigung von feineren
Abrasivkörnern
als die für das
Vorbearbeitungsmedium hergestellt wird. Das Mediumzufuhrrohr 10a führt dem
Abrasivtank 2a selektiv die oben beschriebenen zwei Medienarten
aus den beiden Medienreservoirs 10b und 10c zu.
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In
diesem System wird das Zahnrad 5 in der folgenden Verfahrensabfolge
aufeinanderfolgend einer Kugelstrahlbearbeitung und einer Abrasivbearbeitung
unterzogen:
- (1) Zunächst wird ein Zahnrad 5 oder
eine Vielzahl an Zahnrädern 5,
in welchen eine Zahnform, die eine Zahnoberfläche umfasst, mit hoher Präzision durch
Wälzfräsen und
Hobeln oder Walzen ausgebildet ist, wonach es einer Oberflächenhärtung, beispielsweise
durch Wärmebehandlung
unterzogen wird, in der Einspannvorrichtung 6 fixiert,
wodurch die Werkstückeinheiten 7 gebildet
werden. Die Werkstückeinheit 7 wird
automatisch oder manuell in Abschnitt A übergeleitet, wo es auf der Drehscheibe 4 zu
platzieren ist.
- (2) Dann wird die Drehscheibe 4 gedreht, so dass das
Werkstück 7 innerhalb
eines beweglichen Bereichs des Arms 3a des Roboters 3 bewegt
wird. Der Roboter 3 bewegt das Werkstück 7 mit dem Arm 3a von
Abschnitt A in den Abschnitt B und platziert es dann auf dem Werkstückträger 1c der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1.
So wird das Werkstück 7 auf
dem Werkstückträger 1c fixiert.
- (3) Dann werden die Zahnräder 5 in
der Werkstückeinheit 7 in
Abschnitt B eine vorbestimmte Zeit lang einer Kugelstrahlbearbeitung
unterzogen. Während
die Strahldüse 1a durch
den Düsenbewegungsmechanismus 1b gehoben,
abgesenkt, nach vor und zurück
bewegt, geschwenkt oder geschwungen wird, werden Kugelstrahlen aus
der Strahldüse 1a auf
das Zahnrad 5 geblasen. Währenddessen wird die Werkstückeinheit 7 in
Bezug auf eine vorbestimmte Drehrichtung durch den Werkstückträger 1c mittels
des Motors 1d vorwärts
oder rückwärts gedreht,
so dass die Kugelstrahlen einheitlich auf beiden Zahnoberflächen des
Zahnrads 5 auftreffen können.
Während
der Kugelstrahlbearbeitung ist die Abschirmung 8 geschlossen,
um zu verhindern, dass die Kugelstrahlen aus Abschnitt B austreten.
- (4) Danach platziert der Roboter 3 mit seinem Arm 3a die
Werkstückeinheit 7 auf
die Drehscheibe 9 in Abschnitt C. Die Werkstückeinheit 7 wartet
auf der Drehscheibe 9, bis sie für die Abrasivbearbeitung an
der Reihe ist.
- (5) Dann werden eine oder mehrere Werkstückeinheiten 7 durch
den Arm 3a des Roboters 3 in der Folge in den
Abschnitt D bewegt und dann dem Abrasivtank 2a zugeführt, aus
dem zuvor die Medien entfernt wurden. Die Werkstückeinheit 7 wird durch
den Einspannkopf 2d gemeinsam mit dem Motor 2c durch
den Mechanismus 2e für
das Heben/Absenken des Werkstücks 7 erhoben
gehalten und dann durch den Mechanismus 2e für das Heben/Absenken
des Werkstücks 7 in
den Abrasivtank 2a abgesenkt.
- (6) Dann werden die Zahnräder 5 in
der Werkstückeinheit 7 in
dem Abrasivtank 2a einer Abrasivpolierbearbeitung unterzogen.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Bodenabdeckung 2f des Abrasivtanks 2a zunächst durch
den Bodenabdeckungsöffnungs/schließ-Mechanismus
geschlossen, das Vorbearbeitungsmedium wird aus dem Vorbearbeitungsmediumreservoir 10b durch
das Mediumzufuhrrohr 10a in den Abrasivtank 2a zugeführt, während die
Verbindung durch den Verbindungszufuhrmechanismus in den Abrasivtank 2a zugeführt wird.
Dann wird der Abrasivtank 2a in Bezug auf eine vorbestimmte
Drehrichtung durch den Motor 2b vorwärts und rückwärts rotiert (gedreht), und
weiters werden die Werkstückeinheiten 7 an den
vier Punkten in der Umfangsrichtung in dem Abrasivtank 2a durch
die Motoren 2c in die der Drehrichtung des Abrasivtanks 2a entgegengesetzten
Richtung gedreht. In der Folge werden beide Zahnoberflächen des
Zahnrads 5 einer Abrasivvorbearbeitung mit dem Vorbearbeitungsmedium
und der Verbindung unterzogen. Während der
Abrasivpolierbearbeitung kann beispielsweise Vibration in vertikaler
Richtung (d.h. in einer Richtung der Zentrumsachse des Zahnrads)
durch den Mechanismus 2e zum Heben/Absenken des Werkstücks 7 auf
die Werkstückeinheit 7 angewandt
werden.
Nach Beendigung der Abrasivpoliervorbearbeitung werden
die Bodenabdeckungen 2f des Abrasivtanks 2a durch
den Bodenabdeckungsöffnungs-/schließ-Mechanismus
geöffnet,
so dass das Vorbearbeitungsmedium und die Verbindung in dem Abrasivtank 2a wieder über das
Mediumaufnahmerohr 11a in den Mediumaufnahmetank 11 aufgenommen
werden können.
Dann werden die Bodenabdeckungen 2f des Abrasivtanks 2a durch
den Bodenabdeckungsöffnungs-/schließ-Mechanismus
geschlossen, das Endbearbeitungsmedium wird dem Abrasivtank 2a aus
dem Endbearbeitungsmediumreservoir 10c über das Mediumzufuhrrohr 10a zugeführt, und
weiters wird die Verbindung dem Abrasivtank 2a durch den
Verbindungszufuhrmechanismus zugeführt. Auf dieselbe Weise wie
bei der oben beschriebenen Abrasivpoliervorbearbei tung werden beide
Zahnoberflächen
des Zahnrads 5 der Abrasivpolierendbearbeitung mit dem
Endbearbeitungsmedium und der Verbindung unterzogen. Nach Beendigung
der Abrasivpolierendbearbeitung werden die Bodenabdeckungen 2f des
Abrasivtanks 2a durch den Bodenabdeckungsöffnungs-/schließ-Mechanismus
geöffnet,
so dass das Endbearbeitungsmedium und die Verbindung in dem Abrasivtank 2a wieder über das
Mediumaufnahmerohr 11a in den Mediumaufnahmetank 11 aufgenommen
werden können.
Während des
Verfahrens der Abrasivpoliervorbearbeitung oder der Abrasivpolierendbearbeitung wird
das Medium für
weitere Verfahren wieder in das Mediumreservoir rückgeführt. Zu
diesem Zeitpunkt wird der verschlechterte Zustand der Medien und
der Verbindung fortlaufend überprüft, und dann
können
die Medien, nach Bedarf, durch neue ersetzt werden. In der Folge
ist die Abrasivpoliervorrichtung 2 für die aufeinanderfolgende Bearbeitung
von Zahnrädern
in großen
oder mittleren Mengen besonders geeignet.
- (7) Dann wird die Werkstückeinheit
durch den Mechanismus 2e zum Heben/Absenken des Werkstücks 7 aus
dem Inneren des Abrasivtanks 2a gehoben und dann durch
den Arm 3a des Roboters 3 auf die Drehscheibe 4 in
Abschnitt A bewegt. In Abschnitt A werden nach Schließen der Abdeckung
Luft und ein Reinigungslösungsmittel auf
die Werkstückeinheit 7 aufgeblasen,
um ein flüssiges
Bearbeitungsgemisch aus der Verbindung mit Wasser abzuwaschen, und
weiters wird nach Bedarf ein Korrosionshemmer aufgesprüht.
- (8) Danach wird die Abdeckung geöffnet und dann wird die Werkstückeinheit 7 automatisch
oder manuell aus Abschnitt A befördert.
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In
der Folge kann gemäß dem System
in der ersten Ausführungsform
ein qualitativ hochwertiges Zahnrad effizient hergestellt werden,
da die Kugelstrahlbearbeitung und die Abrasivbearbeitung in einem
System zusammengefasst sind, um aufeinanderfolgend abzulaufen. Da
die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung und die Abrasivbearbeitungsvorrichtung,
die beide für
Umweltverschmutzung verantwortlich sind, in einem System ausgebildet
sind, ist es außerdem
möglich,
die Anzahl der Reinigungsvorrichtungen, wie z.B. Staubsammelvorrichtungen,
zu reduzieren, wodurch das Arbeitsumfeld kostengünstiger gereinigt werden kann.
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Gemäß dem System
der ersten Ausführungsform
kann das qualitativ hochwertige Zahnrad außerdem effizient hergestellt
werden, da der Roboter 3 das Zahnrad 5 der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 automatisch
zuführt
und das Zahnrad 5 der Abrasivbearbeitungsvorrichtung 2 entnimmt.
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Zusätzlich dazu
ist es möglich,
da gemäß dem System
der ersten Ausführungsform
die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 und die Abrasivbearbeitungsvorrichtung 2 seitlich
zueinander angeordnet sind, den Zahnradzufuhrabstand zu reduzieren,
wodurch die Anordnung des Roboters 3 vereinfacht werden
kann.
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Zweite Ausführungsform
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2 ist
eine Draufsicht, die die schematische Anordnung einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads zeigt. Das System in dieser Ausführungsform umfasst folgendes:
eine Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1; eine an die
Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 seitlich angrenzend
angeordnete Abrasivpoliervorrichtung des Kreiseltyps 2;
sowie einen Polarkoordinaten-Industrieroboter 3, der als
Zahnradzufuhrvorrichtung dient und zwischen der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 und
der Abrasivpoliervorrichtung 2 an diese angrenzend angeordnet
ist. Zusätzlich
dazu umfasst das System in dieser Ausführungsform außerdem folgendes:
eine NC- (numerisch gesteuerte) Zahnradschleifvorrichtung 12 als Schleifvorrichtung,
die an die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 seitlich
angrenzend angeordnet ist; einen zweiten Roboter 13, der
dieselbe Anordnung wie Roboter 3 aufweist und als zweite
Zahnradzufuhrvorrichtung dient, die angrenzend an die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 und
die Schleifvorrichtung 12 angeordnet ist; und ein Paar
Förderbänder 14 und 15,
die die Werkstückeinheit 7 in
das oder aus dem System befördern.
Die Ausbildung und Anordnung der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1,
der Abrasivbearbeitungs vorrichtung 2 und es Roboters 3 entsprechen
den oben bei der ersten Ausführungsform
beschriebenen, weshalb sie an dieser Stelle nicht erneut detailliert
beschrieben werden.
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Das
System der zweiten Ausführungsform umfasst,
zusätzlich
zu den vier Abschnitten A, B, C und D, einen Abschnitt E, in dem
die Förderbänder 14 und 15 angeordnet
sind und einen Abschnitt F, in dem ein Werkstückträger 12a der Zahnradschleifvorrichtung 12 angeordnet
ist.
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In
dem System dieser Ausführungsform
wird das Zahnrad 5 in der folgenden Verfahrensabfolge aufeinanderfolgend
einer Kugelstrahlbearbeitung und einer Abrasivbearbeitung unterzogen:
- (1) Zunächst
wird ein Zahnrad 5 oder eine Vielzahl an Zahnrädern 5,
in welchen eine Zahnform, die eine Zahnoberfläche umfasst, mit hoher Präzision durch
Wälzfräsen und
Hobeln oder Walzen ausgebildet ist, wonach es einer Oberflächenhärtung, beispielsweise
durch Wärmebehandlung
unterzogen wird, in der Einspannvorrichtung 6 fixiert,
wodurch die Werkstückeinheiten 7 gebildet
werden. Die Werkstückeinheit 7 wird
automatisch oder manuell in Abschnitt E übergeleitet, wo es auf dem
Förderband 14 zu
platzieren ist.
- (2) Dann wird das Förderband 14 betrieben,
so dass die auf dem Förderband 14 platzierten
Werkstückeinheiten 7 nacheinander
in den Bewegungsbereich des Arms 13a des Roboters 13 bewegt
werden. Der Roboter 13 bewegt die Werkstückeinheit 7 mit
dem Arm 13a aus Abschnitt E in Abschnitt F, und platziert
sie dann auf dem Werkstückträger 12a der
Zahnradschleifvorrichtung 12.
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Dann
wird die Werkstückeinheit 7 auf
dem Werkstückträger 12a fixiert.
Die Zahnoberfläche
des Zahnrads 5 in der Werkstückeinheit 7 wird durch
einen Schleifstein 12b der Zahnradschleifvorrichtung 12 geschliffen.
Nach Beendigung des Schleifens wird die Werkstückeinheit 7 durch
den Arm 13a des Roboters 13 aus Abschnitt F in
Abschnitt A bewegt und dort auf der Drehscheibe 4 platziert.
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Die
weiteren Verfahren entsprechen dem in der ersten Ausführungsform:
- (4) Die Werkstückeinheit 7 wird durch
den Arm 3a des Roboters 3 in den Abschnitt B befördert.
- (5) Dann werden beide Zahnoberflächen des Zahnrads 5 in
der Werkstückeinheit 7 durch
die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 einer Kugelstrahlbearbeitung
unterzogen.
- (6) Die Werkstückeinheit 7 wird
durch den Arm 3a des Roboters 3 einer Drehscheibe 9 in
Abschnitt C zugeführt,
wo sie verbleibt, bis sie für
die Abrasivbearbeitung an der Reihe ist.
- (7) Die Werkstückeinheit 7 wird
durch den Arm 3a des Roboters 3 in einen Abrasivtank 2a in
Abschnitt D bewegt.
- (8) Beide Zahnoberflächen
des Zahnrads 5 in der Werkstückeinheit 7 werden
durch die Abrasivbearbeitungsvorrichtung 2 einer Abrasivbearbeitung unterzogen.
- (9) Die Werkstückeinheit 7 wird
durch den Arm 3a des Roboters 3 Abschnitt A zugeführt, wo
das Zahnrad 5 gereinigt wird. Ein Korrosionshemmer kann
nach Bedarf auf das Zahnrad 5 aufgesprüht werden.
- (10) Danach wird die Werkstückeinheit 7 von
der Drehscheibe 4 in Abschnitt A durch den Arm 3a des
Roboters 3 auf das Förderband 15 in
Abschnitt E bewegt. Das Förderband 15 wird
betrieben, um die darauf platzierten Werkstückeinheiten 7 nacheinander
zu befördern.
Schließlich
werden die auf dem Förderband 15 platzierten
Werkstückeinheiten 7 automatisch
oder manuell aus Abschnitt E herausbefördert.
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Das
System der zweiten Ausführungsform kann
dieselben Funktionen erfüllen
und dieselben Wirkungen erzielen wie die oben beschriebene erste Ausführungsform.
Zusätzlich
dazu kann das qualitativ hochwertige Zahnrad effizienter produziert
wer den, da das Schleifen der Zahnoberflächen vor der Kugelstrahlbearbeitung
in demselben System vereint ist, um aufeinanderfolgend ablaufen
zu können.
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Dritte Ausführungsform
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3 ist
eine Draufsicht, die die schematische Anordnung einer dritten bevorzugten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads zeigt. Das System dieser Ausführungsform umfasst, zusätzlich zu
einem System oder einer Vielzahl von Systemen (eines in der Abbildung),
die dieselbe Anordnung wie die der ersten Ausführungsform aufweisen, eine
Vielzahl (acht in der Abbildung) von NC- (numerisch gesteuerten)
Zahnradschleifvorrichtungen 12 auf; ein Förderband 16 zur
Verbindung der Zahnradschleifvorrichtungen 12 mit einer
Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1; eine Zahnradbearbeitungssystemsteuerkammer 17,
die einen herkömmlichen
Computer zur Steuerung des gesamten Systems zur Ausführung der
Verfahren in Bezug auf Abfolgeinstruktionen oder Unterbrechungen
der Zahnradbearbeitung zur Steigerung der Produktivität aufweist;
eine Zahnradanbringstelle 18, wo Zahnräder 5 an einer Einspannvorrichtung 6 angebracht werden,
wodurch eine Werkstückeinheit 7 entsteht; eine
Zahnradabnahmestelle 19, wo die Zahnräder 5 von der Einspannvorrichtung 6 abgenommen
werden; und eine Vielzahl an Industrierobotern 20, beispielsweise
Polarkoordinatenroboter für
das Zuführen
der Werkstückeinheiten 7.
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In
dem System der dritten Ausführungsform können die
Verfahren des Schleifens der Zahnoberflächen, der Kugelstrahlbearbeitung
und der Abrasivbearbeitung aufeinanderfolgend auf die Werkstückeinheiten 7 angewandt
werden, und die Verfahren können
durch den Computer gesteuert werden. In der Folge können die
Verfahrensbedingungen (Bearbeitungszeit, Bearbeitungsbedingungen,
Positionen und dergleichen) willkürlich festgelegt werden, so dass
Fortschritt, Überlastung,
Bearbeitungsfehler, Verfahrensunterbrechungen oder dergleichen während der
Verfahren festgestellt werden können.
Das Anbringen oder Abnehmen der Zahnräder 5 an die oder
von der Einspannvorrichtung 6 kann automatisch unter Einsatz
der Industrieroboter 20 erfolgen.
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Vierte Ausführungsform
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4A ist
eine senkrechte Querschnittsansicht, die die schematische Anordnung
einer vierten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems
zur Steigerung der Qualität
eines Zahnrads zeigt; und 4B ist
eine Draufsicht, die die schematische Anordnung des Systems der
vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
Das System der vierten Ausführungsform
umfasst folgendes: eine Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1;
eine vertikal an die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 angrenzend
angeordnete Abrasivpoliervorrichtung des Kreiseltyps 2;
sowie einen Polarkoordinaten-Industrieroboter 3, der als
Zahnradzufuhrvorrichtung dient und zwischen der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 und
der Abrasivpoliervorrichtung 2 an diese angrenzend angeordnet
ist.
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Das
System der vierten Ausführungsform umfasst
drei Abschnitte G, H und I in unmittelbarer Nähe des Roboters 3.
Hier ist ein Förderband 21 in Abschnitt
G angeordnet. In Abschnitt H sind eine Strahldüse 1a und Düsenbewegungsmechanismus 1b für das Heben,
Absenken, Vorwärts-
und Rückwärtsbewegen,
Schwenken und Schwingen der Strahldüse 1a der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 auf
dieselbe Weise wie in Abschnitt B der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform
angeordnet. In Abschnitt I ist ein Abrasivtank 2a der Abrasivbearbeitungsvorrichtung 2 auf
dieselbe Weise wie in Abschnitt D der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform
angeordnet.
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Anders
als die Abrasivbearbeitungsvorrichtung 2 in der ersten
Ausführungsform
ist die Abrasivbearbeitungsvorrichtung 2 in dieser Ausführungsform nicht
mit einem Motor 2c für
das Drehen der Werkstückeinheit 7,
einem Einspannkopf 2d für
das abnehmbare Anbringen der Werkstückeinheit 7 an Motor 2c und
einem Mechanismus 2e für
das Heben/Absenken des Werkstücks 7 ausgestattet.
Statt dessen umfasst der Roboter 3 in dieser Ausführungsform
am Ende eines Arms 3a einen Motor 3b für das Drehen der
Werkstückeinheit 7 und
einen Einspannkopf 3c für
das abnehmbare Anbringen der Werkstückeinheit 7 an Motor 3a.
Außerdem
sind in dieser Ausführungsform
Abdeckungen 22, die geöffnet/geschlossen werden können, für das Abtrennen
der Abschnitte G und I von Abschnitt H bereitgestellt.
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In
dem System dieser Ausführungsform
erfolgen die Kugelstrahlbearbeitung und Abrasivbearbeitung wie unten
beschrieben, während
die Werkstückeinheit 7 an
dem Ende des Arms 3a des Roboters 3 angebracht
bleibt:
- (1) Zunächst befördert ein Förderband 21 in Abschnitt
G das Werkstück 7 zu
einer vorbestimmten Position, und dann umklammert der Roboter 3 das
auf dem Förderband 21 platzierte
Werkstück 7 mit
dem Einspannkopf 3c, der am Ende seines Arms 3a ausgebildet
ist, um es in den Abschnitt H zu bewegen.
- (2) Danach dreht der Roboter 3 die Werkstückeinheit 7 mithilfe
des Motors 3b, die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 bewegt
die Strahldüse 1a, wodurch
die Zahnräder
der Werkstückeinheit 7 einer
Kugelstrahlbearbeitung unterzogen werden.
- (3) Nach Beendigung der Kugelstrahlbearbeitung, wird die Abschirmung 22 zwischen
den Abschnitten H und I geöffnet,
so dass der Roboter die Werkstückeinheit 7 zu
dem Abrasivtank 2a der Abrasivbearbeitungsvorrichtung 2,
die unter der Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 angeordnet ist,
absenken kann.
- (4) Dann führt
die Abrasivbearbeitungsvorrichtung 2 auf dieselbe Weise
wie in der ersten Ausführungsform
eine Abrasivpoliervorbearbeitung und eine Abrasivpolierendbearbeitung
durch.
- (5) Nach Beendigung der Abrasivpolierbearbeitung zieht der Roboter 3 die
Werkstückeinheit 7 zu Abschnitt
H hinauf, wo Hochdruckluft auf die Werkstückeinheit 7 durch
eine nicht angeführte Düse aufgeblasen
wird, wodurch die Werkstückeinheit 7 gereinigt
wird. Ein Korrosionshemmer wird nach Bedaruf auf die Werkstückeinheit 7 aufgesprüht.
- (6) Danach führt
der Roboter die Werkstückeinheit 7 in
Abschnitt G zurück
und platziert sie auf dem Förderband 21,
das die Werkstückeinheit 7 dann
hinaus befördert.
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Das
System der zweiten Ausführungsform kann
folglich dieselben Funktionen erfüllen und dieselben Wirkungen
erzielen wie die oben beschriebene erste Ausführungsform. Zusätzlich dazu
kann die durch das System in Anspruch genommene Bodenfläche reduziert
werden, da die Kugelstrahlbearbeitungsvorrichtung 1 und
die Abrasivbearbeitungsvorrichtung 2 vertikal zueinander
angeordnet sind, wodurch die Zahnradproduktionseinrichtung platzsparender
gestaltet werden kann. Das System der vorliegenden Ausführungsform
kann insbesondere leicht in eine Zahnradbearbeitungskette, die bereits
in Betrieb ist, integriert werden, wodurch die Qualität der Zahnräder leicht
gesteigert werden kann.
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen
beschrieben und veranschaulicht wurde, ist klar, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist
und verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden
können,
ohne vom durch die beigefügten
Ansprüche
definierten Umfang abzuweichen.
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Die
Zahnrad-Schleifvorrichtung kann beispielsweise nicht vom NC-Typ
sein, und die Zahnradzufuhrvorrichtung kann eine andere Anordnung
als der Polarkoordinatenroboter aufweisen. Wenngleich die Werkstückeinheit 7 in
den oben beschriebenen Ausführungsformen
in vertikaler Anordnung bewegt wird und das Zahnrad der Kugelstrahlbearbeitung und
der Abrasivbearbeitung in diesem Zustand unterzogen wird (d.h. in
einem Zustand, in dem sich die zentrale Achse des Zahnrads vertikal
erstreckt), können
außerdem
auch Werkstückeinheiten 7 in
lateraler Anordnung den aufeinanderfolgenden Verfahren unterzogen
werden.
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Wenngleich
weiters in den oben beschriebenen Ausführungsformen zwei Arten von
Vorbearbeitungs- und Endbearbeitungsmedien eingesetzt werden, können auch
zwei Arten eines Abrasivmediums für den feinen Teil, das in der
Lage ist, in die feinen Teile eines Werkstücks einzudringen, und ein Abrasivmedium
für den
peripheren Teil, das grober ist als das Abrasivmedium für den feinen
Teil, eingesetzt werden, und es können ebenfalls zahlreiche Arten von
Medien in geeigneter Kombination der Medien für die Abrasivbearbeitung der
feinen und der peripheren Teile selektiv aufeinanderfolgend eingesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße System
kann eingesetzt werden, um die Qualität von Zahnrädern, wie z.B. innenverzahnten
Rädern,
Kegelrädern,
Hypoidrädern
und dergleichen, zusätzlich
zu herkömmlichen
außenverzahnten
Rädern,
zu steigern. Außerdem
kann das erfindungsgemäße System
bei Zahnrädern
angewandt werden, die aus Stahl gefertigt sind, verschiedenen Arten
von Oberflächenhärtungen
unterzogen wurden, wie z.B. Einsatzhärten, Carbonitrieren, Nitrieren,
Schwefelnitrieren, Induktionshärtung
oder Flammenhärtung,
wobei die Zahnräder kalt
oder warm durch Walzen, Schmieden und dergleichen, wie oben beschrieben,
verformbare Produkte sein können.
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Zusätzlich dazu
kann das System der vorliegenden Erfindung für die Bearbeitung von mechanischen
Komponenten, wie z.B. einer Nocke, eines Stifts, eines Bolzens oder
eines Zugelements für Fahrantriebe,
die einer Wärmebehandlung
unterzogen wurden, angewandt werden.