NL1020809C2

NL1020809C2 - Duwband, ringelement, en werkwijze en inrichting voor het elektrochemisch bewerken daarvan.

Info

Publication number: NL1020809C2
Application number: NL1020809A
Authority: NL
Inventors: Cornelis Hendricus Ma Oirschot; Jozias Pieter Polderman
Original assignee: Doornes Transmissie Bv
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2003-12-17
Also published as: EP1386686A2; EP1386686A3; US7056429B2; US20030226765A1; JP2004009289A; JP4480957B2

Description

DUWBAND, RINGELEMENT, EN WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET ELEKTROCHEMISCH BEWERKEN DAARVAN.

5

De onderhavige uitvinding heeft in de eerste plaats betrekking op een werkwijze voor het elektrochemisch bewerken, in het bijzonder het ontbramen, dan wel het afronden van de randen van een dunbladig ringelement, zoals is weergegeven in de aanhef van conclusie 1.

10 Het ontbramen, dan wel het af ronden van ringelementen is bekend uit het afronden van ringelementen, ook wel snaren genoemd, voor duwbanden van het type met tenminste één ringelement of een pakket van een aantal radiaal gestapelde ringelementen over de omtrek waarvan een nagenoeg continue rij dwarselementen zijn geplaatst en toegepast voor het overbrengen van vermogen tussen twee poelies 15 zoals in continu variabele transmissies voor relatief grote vermogens, zoals worden toegepast in een aandrijflijn voor personenvoertuigen. Een voorbeeld daarvan vormt Europese octrooiaanvrage EP-A-0181670 ten name van aanvraagster. In de genoemde aanvrage wordt de rand van het ringelement afgerond, althans verdund door middel van een mechanisch walsproces. Tevens is het bekend de ringen te 20 ontbramen en af te ronden door middel van een zogenaamd trommelproces, waarbij de ringelementen in een bad van in trilling gebrachte bewerkingssteentjes worden onberaamd, afgerond en aan de oppervlakte enigszins verhard.

In octrooiaanvrage NL-A-1014450 eveneens ten name van aanvraagster wordt een elektrochemische wijze (ECM-techniek) voor het verdelen van een buis in ringen 25 weergegeven, zodanig dat van meet af aan ringelementen worden verkregen, waarvan de randen vrij zijn van bramen en afgerond zijn. Met een dergelijk proces worden zowel bestaande machines voor het ontbramen, bijvoorbeeld trommel-machines, als bestaande machines voor het nauwkeurig snijden van ringen overbodig.

De volgens aanvraagster eerder toegepaste ECM-techniek voor het ontbramen 30 en afronden heeft als voordeel dat op gecontroleerde wijze, gladde en gelijkmatig verlopende afrondingen nagenoeg zonder beschadigingen zoals krassen worden verkregen. Aanvraagster beoogt dan ook een verruiming te verkrijgen van de inzetbaarheid van de ECM-techniek, ofwel een verruiming te verkrijgen in de keuze van technologieën voor het realiseren van ontbraamde en afgeronde ringelementen, 35 althans voor snaren van een duwband van het genoemde type, en wel onder 1n? na no 2 toepassing van ECM-techniek. Tevens wordt beoogd een mogelijkheid te verschaffen voor toepassing van genoemde techniek in combinatie met conventionele snijmachines voor het, in situaties waarin deze reeds in een fabriek zijn opgenomén, ofwel een alternatief te verschaffen voor het trommelproces.

5 Volgens de uitvinding wordt dit doel op gunstige wijze bereikt wanneer een werkwijze wordt toegepast conform het kenmerk van conclusie 1. Conform deze werkwijze wordt tegenover een axiaal zijvlak waarvan de randen dienen té worden ontbraamd, dan wel moeten worden afgerond, dat wil zeggen parallel aan dat vlak ofwel dwars op de middellijn tussen de twee hoofdvlakken van het werkstuk, een 10 kathode geplaatst waarvan de breedte, dat wil zeggen de afmeting in dikterichting van het ringelement, een veelvoud is van de nominale dikte van het ringelement. Met een dergelijke opstelling wordt bereikt dat het potentiaalveld zich zodanig om het werkstuk verdeeld, dat behalve een ontbramen een voordelige afronding van het zijvlak wordt verkregen, desgewenst in combinatie met een gelijkmatig verlopende verdunning van 15 het ringelement. Het axiale snijvlak wordt hier ook aangeduid als de kopse kant van het ringelement.

Opgemerkt wordt dat het ontbramen van werkstukken met behulp van de ECM techniek op zich bekend is uit de engelse octrooipublicatie GB-1226273. Deze publicatie biedt echter geen indicatie voor het bereiken van het doel van de huidige 20 vinding, namelijk tevens te komen tot een gunstige wijze van afronden van zijvlakken van een ringelement. Uit de Amerikaanse octrooipublicatie US-3616347 is het bekend een variabele spanning toe te passen evenals een variabele toevoer van elektrische stroom, bijvoorbeeld tussen 1500 en 3000 ampère per vierkante inch. Volgens de huidige werkwijze echter wordt de stroomtoevoer op vooraf bepaalde tijden tijdens een 25 bewerking geheel tot nul gereduceerd, zodat spraken is van afwisselende aan- en afwezigheid van elektrische stroom, ofwel van stroompulsen.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een tekening van een uitvoeringsvoorbeeld, waarin:

Figuur 1 een schematische weergave van de werkwijze volgens de uitvinding is, 30 welke illustreert dat een kathode volgens de uitvinding ten minste een aantal malen breder dient te zijn dan de dikte van het werkstuk;

Figuur 2 (A en B) een figuratieve weergave van het effect van de werkwijze op het ringelement bij onderscheidenlijke kathode breedte en kathode werkstuk afstand weergeeft; en

1 V - h 0 Q

3

Figuur 3 een schematisch voorbeeld van een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding weergeeft.

In the figuren zijn overeenkomstige onderdelen met gelijke verwijzingscijfers aangegeven.

5 Figuur 1 toont een dwarsdoorsnede 2 van een ringvormig ringelement 1 of werkstuk 1, waarvan de korte zijwanden 3, dat wil zeggen de zich in dikterichting uitstrekkende zijvlakken 3, of kopse kanten 3 elk zijn gepositioneerd tegenover een elektrode 5. De doorgetrokken lijn geeft in doorsnede elektroden 5 weer met een dwarsafmeting welke ongeveer 3 keer zo groot is als de dwars- of dikteafmeting van 10 het ringelement 1. De onderbroken lijnen illustreren elektroden 5, die vele malen breder zijn dan het ringelement.

De elektroden 5, althans de naar het werkstuk 1 gerichte werkzame vlakken 6 daarvan, zijn nagenoeg haaks op een hoofdvlak 4 van het ringelement 1 georiënteerd en aldus in hoofdzaak parallel aan een kopse kant 3 daarvan. In geval het ringelement 15 1 ringvormig is uitgevoerd zijn de hoofdvlakken 4 radiaal georiënteerd. Tijdens het ECM proces zijn de elektroden 5 in elektrische zin als kathode geschakeld en het ringelement 1 als anode en wordt er een, bijvoorkeur pulserende, spanning of stroom tussen de elektroden 5 en het werkstuk 1 opgelegd, waarbij de ruimte tussen de elektroden 5 en het werkstuk 1 met een elektrolyt is gevuld, welk elektrolyt continu 20 ververst wordt door dit langs het werkstuk 1 te laten stromen. Onder invloed van een tussen de kathoden 5 en de anode 1 opgelegde elektrische stroom wordt materiaal van het ringelement 1 in het elektrolyt in oplossing gebracht en door het stromen daarvan afgevoerd.

Een naar het werkstuk 1 toegekeerd werkzaam vlak 6 van de elektrode 5 is 25 daarbij conform de uitvinding in breedte tenminste twee keer groter dan de breedte, ofwel dikte D van het ringelement 1 en volgens de uitvinding, in specifieke gevallen van afronding zelfs tot 50 keer breder. Volgens de uitvinding heeft echter een breedteverhouding van om en nabij een factor 6 de voorkeur, omdat bij die waarde een afronding van het ringelement wordt verkregen welke optimaal is bij de toepassing 30 in de duwband.

Figuur 2, dat wil zeggen de onderdelen 2A en 2B daarvan illustreren het effect van de in de beschrijving van figuur 1 genoemde breedte B van de kathode 5 ten opzichte van de dikte D van het ringelement 1 ofwel de anode 1. In de figuren 2A en 2B duiden de contourlijnen 7 de uitgangscontour 7 van het werkstuk weer, terwijl de 35 tevens afgebeelde doorsneden 1 het ringelement 1 na afloop van het ECM proces 1 02 03 09 4 aangeeft. Het ringelement 1 is in deze proeven gevormd geweest als een gesloten ring, waarbij de linkerzijde van de doorsnede de radiale binnenzijde van de ring 1 vormt en de rechterzijde de radiale buitenzijde daarvan. In de uitgangscontour 7 is een stap 8 zichtbaar en een braamgedeelte 9. De stap 8 vormt in dit voorbeeld de 5 scheiding tussen een randdeel ter rechterzijde van de stap 8 dat door een snijdend proces van een groter geheel is afgescheiden, terwijl het gedeelte ter linkerzijde van de stap 8 een deel vormt dat scheurend, ofwel afgebrokkeld is afgescheiden. De linkerrand van de figuur toont tevens een ongewenste en scherpe braam 9, die bij het genoemde afscheiden kan ontstaan. Zowel de ongelijkmatigheid of stap 8 ten gevolge 10 van het niet over de gehele hoogte afgesneden zijn van het element, als de braam 9 verdwijnen onder invloed van de ECM bewerking volgens de uitvinding, zonder een waarneembaar effect na te laten in de symmetrie van het eindresultaat, hetgeen blijkt uit de doorsneden 1.

De figuren 2A en 2B onderscheiden zich door de gebruikte procesinstellingen. 15 Zo is in figuur 2A het eindresultaat, d.w.z. de doorsnede 1 bereikt met behulp van een kathode 5 die meer dan twintig keer zo breed is als de kathode 5 voor het veld van figuur 2B en meer dan vijftig keer zo breed als de dikte D van het werkstuk 1, dat wil zeggen de radiale afmeting van het ringelement 1. Verder is de aanvangsafstand A tussen kathode 5 en het ringelement 1, dat wil zeggen de uitgangscontour 7 daarvan, 20 in de figuur 2A ongeveer overeenkomstig de genoemde dikte D van het werkstuk en in de figuur 2B meer dan 2 keer groter dan die dikte D. Deze beide procesparameters bepalen in belangrijke mate het potentiaalveld dat tijdens het ECM-proces bij een bepaalde spanning tussen kathode 5 en anode 1 ontstaat en daarmee de verdeling van de materiaalafname over de omtrek van het werkstuk 1, in casu het ringelement 1. 25 Opgemerkt wordt dat een vergroting van de breedte B van de elektrode 5 en het verkleinen van de genoemde afstand A beide een gelijksoortig effect hebben op het te verkrijgen eindproduct, zoals aangegeven met de doorsneden 1 in de figuren 2A en 2B.

Beide weergaven 2A en 2B vormen volgens de uitvinding extreme waarden voor 30 de geschikte uitvoering van het ECM-proces in combinatie met ringelementen 1 voor duwbanden. In de getoonde min of meer extreme uitvoeringen van het ECM-proces en in het bereik van breedtes B en afstanden A daartussen wordt een eindresultaat met een voordelig afgerond zijvlak 4 van het ringelement 1 verkregen. In de uitvoering van figuur 2A strekt de afronding zich relatief ver in de zijvlakken 4 uit en in figuur 2B juist 35 niet. In de opstelling conform figuur 2A worden derhalve, zoals mogelijk gewenst, sterk 1 O ? i fft Π ü 5 verdunde randen van het ringelement 1 verkregen, dat wil zeggen met afnemende dikte D van het ringelement in de richting van het zijvlak 2, terwijl in figuur 2B een afronding wordt verkregen waarbij het zijvlak 2 een elliptisch uiterlijk heeft met een relatief grote afrondingsradius midden tussen de hoofdvlakken 4 en in de 5 hoofdvlakken 4 overgaat via een ronding van beperkte radius. De langgerekte vloeiende afronding van het eerst genoemde uiterlijk (Fig. 2A) zal in het algemeen de voorkeur hebben in het geval tijdens gebruik van het ringelement buigspanningen daarin bepalend zijn voor de vermoeiingslevensduur, terwijl het laatst genoemde uiterlijk (Fig. 2B) juist beter geschikt is voor het doorleiden van trekspanning daar in dit 10 geval het oppervlak van een dwarsdoorsnede van het ringelement beschikbaar voor het doorleiden van kracht het grootst is. Conform de uitvinding is een tussenvorm van de zijvlak 2 zoals die wordt verkregen bij een breedteverhouding (B/D) tussen kathode 5 en werkstuk 1 van rond de 6 in het bijzonder geschikt voor toepassing in combinatie met trek- en buigspanningniveaus zoals die typisch optreden in de genoemde 15 personenvoertuigen toepassing daarvan. Een optimale afstand A tussen de elektroden 5 en 1 is daarbij vastgesteld op 1 tot 4 keer de werkstuk dikte D, bijvoorkeur om en nabij de 2,5 keer.

De geïllustreerde doorsneden 1 zijn volgens de uitvinding verkregen na afloop van het ECM-proces, nadat het zijvlak 2 over een gewenste mate is opgelost. Dat wil 20 zeggen, nadat de axiale afmeting van het werkstuk 1 zodanig is afgenomen dat discontinuïteiten tengevolge van het afsnijden daarvan nagenoeg zijn verdwenen vanaf de uitgangscontour 7.

Figuur 3 is een voorbeeld van een inrichting 10 waarin, conform weergave in de voorgaande figuren, het hoofdprincipe van de werkwijze volgens de uitvinding 25 voordelig wordt uitgevoerd. De inrichting omvat zoals vorenvermeld een kamer voor het opnemen van het ringelement 1, in casu een ringvormige kamer 11 welke is opgenomen tussen een bovenste deel 13 en een onderste deel 12 van de inrichting 10. Op de kamer 11 zijn zowel aan de bovenste zijde als aan de onderste zijde daarvan aanvoerkanalen 14 en afvoerkanalen 15 voor het aan- en afvoeren van een 30 elektrolytische vloeistof aangesloten. De kanalen 14 en 15 zijn deels gevormd in de blokken 12 en 13 en deels door daarop aangesloten buisdelen. In elk bovenste en onderste deel 12 en 13 van de inrichting zijn ten minste twee afvoerkanalen 15 en twee aanvoerkanalen 14 in aansluiting met de kamer 11 opgenomen, verdeeld over de omtrek daarvan. De kamer 11 wordt aan de binnenzijde van de ring beperkt door een 35 onderste vast inzetstuk 16, en een bovenste inzetstuk 17 dat met het bovenste deel 13 6 axiaal in hoogte beweegbaar is. Indien het werkstuk 1 niet oneindig is gevormd kunnen volgens de uitvinding in het ten opzichte van het werkstuk 1, buitenste deel van de kamer 11, steunelementen zijn aangebracht voor het ringvormig in de kamer 11 opnemen van het lintvormige werkstuk. De inzetstukken 16,17 zijn zodanig in het 5 ten opzichte van het werkstuk 1 binnenste deel van de kamer 11 opgenomen, en zodanig gevormd met behulp van perifere delen, dat zij tot nabij het radiale binnenvlak van het werkstuk 1 geleidingen vormen voor de onder druk aan te voeren elektrolytische vloeistof. De inzetstukken 16 en 17 zijn corresponderend aan de vorm van het werkstuk gevormd. Niettemin omvat de inrichting bij voorkeur ten minste een 10 opspanelement 19 dat activeerbaar is, in casu in afhankelijkheid van een toestand waarin het bovenste en het onderste deel van de inrichting wel of niet een gesloten geheel vormen. Het opspanelement 19 heeft tevens de functie van een elektrische geleiding voor het werkstuk 1, zodat deze laatste tijdens de bewerking als elektrode kan dienen, in het bijzonder als anode 1.

15 Het onderste deel 12 en het bovenste deel 13 van de inrichting zijn nabij de kamer 11 ringvormig verjongt zodanig dat een ringvormig kathodedeel 20 is opgenomen, hetwelk is voorzien van een elektrische aansluiting 21. De spanning of de stroom tussen de kathoden 20 en de anode 1 wordt pulserend aan en uit gezet met behulp van een elektronisch beheersysteem dat in de tekening niet is weergegeven. 20 De kathode 20 heeft een axiaal georiënteerd werkvlak dat conform de beschrijving in de figuren 1 en 2, in radiale richting ten minste enkele malen zo dik is als de radiale dikte van het werkstuk 1. Het beweegbare inzetstuk 17 en het spanelement 19 zijn middels in de tekening niet nader uiteengezette positioneringmiddelen 27, en middels de langsgeleiding van een centraal in het bovenste deel 13 opgenomen axiale opening 25 26, axiaal beweegbaar. De kathode 20 is op zijn beurt eveneens verjongt, zodanig dat ter plaatse van de verjonging aansluitende perifere bovenste en onderste sluitringen 22 en 23 zijn opgenomen, waarbij een ring 22 de andere 23 middels een radiaal en axiaal verlopende vlak ten minste deels omvat, en waarbij de andere ring 23 is voorzien van een concentrische uitsparing waarin een elastisch vervormbare 30 afdichtingring 24 is opgenomen, bijvoorbeeld een O-ring.

Nadat de inrichting 10 in gesloten toestand is gebracht, dat wil zeggen, dat de beide delen zodanig ten opzichte van elkaar zijn gepositioneerd dat de sluitringen 22 en 23 zich in een omvattende positie bevinden, met contact van de dichtingsring 24 tussen beide delen, wordt het spanelement 19 en vervolgens de positioneermiddelen 35 geactiveerd. Hierdoor wordt het ringelement 1, dat vrij liggend op de onderste kathode Λ η η λ λ c-s 7 5 in de inrichting 10 wordt aangebracht, axiaal centraal tussen de katode 5 van het onderste en bovenste inrichtingsdeel 12 resp. 13 gepositioneerd, en wel op een afstand in het voorkeursbereik van de uitvinding. Het beheerssysteem schakelt de aanvoer van elektrolytische vloeistof in en realiseert vervolgens op pulserende wijze, 5 een elektrische stroom tussen de elektroden 1 en 5, dat wil zeggen het werkstuk 1 en de kathoden 5. Bijvoorkeur realiseert het beheerssysteem genoemde stroom door het opleggen van een blokspanning tussen de elektroden 1 en 5, welke blokspanning varieert tussen nul volt en een bepaalde instelbare waarde.

Een dergelijke bewerking wordt uitgevoerd gedurende een vooraf bepaalde 10 tijdsduur in de orde grootte van een aantal seconden, waarna de delen 12 en 13 middels een eveneens niet weergegeven en automatisch bediende positionering-middelen axiaal van elkaar af worden bewogen zodat het ringelement 1 voordelig met behulp van eveneens automatisch bediende uitneemmiddelen kan worden verwijderd, en op overeenkomstige wijze een ander werkstuk voor bewerking kan worden ingezet. 15 Het ringelement 1 en de beide kathoden 5 worden tijdens de bewerking op hun oorspronkelijke positie gehouden zodat de afstand van de kathode 5 tot het ringelement 1 gaandeweg de bewerking groter wordt en het oplossen van materiaal van het werkstuk 1 automatisch vertraagt indien het beheerssysteem het spanningsverschil tussen de kathoden 5 en de anode 1 afregelt, dat wil zeggen, in 20 geval van de genoemde blokspanning, een constant maximaal niveau afregelt tijdens de bewerking.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot het voren beschrevene, doch heeft bij eveneens betrekking op de voor de vakman onmiddellijk en ondubbelzinnig herkenbare informatie en betekenis van de tekening, alsmede en bij uitstek op de 25 inhoud van de navolgende conclusies.

1 is o ;: f- : &

Claims

1. Werkwijze voor het ontbramen dan wel afronöen van een zijvlak van een dunbladig en ringvormig metalen element (1), zoals een ringelement (1) voor 5 toepassing in een duwband voor continu variabele transmissie, welk ringelement (1) mogelijk in een eerdere bewerkingsstap is uitgesneden uit een groter plaatdeel, en mogelijk in een daarvoor gaande, dan wel in een daarop volgende bewerkingstap, is gevormd tot een ringvormig element (1), met het kenmerk dat het ringelement (1) in een volgende bewerkingsstap is opgenomen in een inrichting (10) voor 10 elektrochemische bewerking van het ringelement (1), waarbij in de inrichting (10), tegenover een axiaal georiënteerd zijvlak (3) van het ringelement (1) een elektrode (5, 20) is gepositioneerd, welke elektrode (5, 20) gezien in een dikte- ofwel radiale richting van het ringelement (1) een afmeting (B) heeft wélke tenminste twee maal groter is dan een afmeting (D) van het ringelement (1) in die dikterichting. i

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde afmeting (B) van de elektrode (5, 20) tussen de twee en vijftig maal groter is dan de genoemde afmeting (D) in dikterichting van het ringelement (1), bij voorkeur ongeveer zes maal.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het werkvlak van een kathode (5) zich tweedimensionaal althans wezenlijk haaks op een hoofdvlak (4) 20 van het ringelement (1) uitstrekt.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de afstand (A) tussen de elektrode (5, 20) en het ringelement (1) zich bevindt in het bereik van één tot vier keer de genoemde afmeting (D) in dikterichting van het ringelement (1), bijvoorkeur ongeveer 2,5 keer.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, 2, 3 of 4 met het kenmerk, dat tijdens het elektrochemisch proces aan een vastgestelde eerste radiale zijde van het ringelement (1) een elektrolyt wordt aangevoerd en aan een tegenover de eerste zijde gelegen tweede zijde wordt afgevoerd.

6. Werkwijze volgens de voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat het 30 elektrolyt met een overdruk wordt toegevoerd, bij voorkeur met een overdruk van tenminste 1 Bar.

7. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het elektrochemisch proces met een pulserend aan en uit geschakelde elektrische ··"! Γ: " · elektrische stroom of spanning tussen de elektrode (5, 20) en het ringelement (1) wordt uitgevoerd.

8. Elektrochemische bewerkingsinrichting (10), voorzien van een afsluitbare kamer (11) voor het in een voorgedefinieerde positie opnemen van een dunbladig 5 ringvormig element (1) zoals een ringelement (1) voor toepassing in een duwband voor een continue variabele overbrenging, waarbij in de kamer (11), de voorgedefinieerde positie in aanmerking nemend, tegenover een axiaal georiënteerde zijde (3) van het ringelement (1), een elektrode (5, 20) is aangebracht waarvan de afmeting (B) een veelvoud bedraagt van een afmeting in radiale richting (D) van de 10 genoemde korte zijde (3) van het ringelement (1), tenminste gezien in die radiale richting.

9. Inrichting (10) volgens de voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat de kamer (11) is voorzien van aanvoeropeningen (14) voor aanvoer van elektrolyt, en afvoeropeningen (15) voor afvoer van elektrolyt, zodanig dat zich de aanvoer van 15 elektrolyt aan een radiale zijde van het ringelement bevindt, en de afvoer aan de andere radiale zijde.

10. Inrichting volgens de voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat de kamer (11) cirkelvormig is uitgevoerd, en dat ten minste twee aanvoer en ten minste twee afvoeropeningen (14, 15) zijn voorzien, bij voorkeur gelijkmatig verdeelt over de 20 cirkelvorm.

11. Ringelement (1) vervaardigt onder toepassing van een werkwijze en/of inrichting volgens een of meer der voorgaande conclusies.

12. Duwband voor een continu variabele transmissie, voorzien van een ringelement (1) volgens conclusie 11.