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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen,
insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen eines Bauteils insbesondere
einer Gasturbine, der in den Oberbegriffen der Patentansprüche
1 bzw. 14 angegebenen Art.
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Ein
derartiges Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung sind beispielsweise
bereits aus der
WO 93/20247
A1 als bekannt zu entnehmen. Unter anderem wird das dortige
Verfahren bzw. die dortige Vorrichtung zum Ultraschall-Kugelstrahlen
eines mehrere Zähne einer Verzahnung umfassenden Teilbereichs
der Oberfläche eines Bauteils eingesetzt. Als Strahlgut
dienen Metallkugeln, welche mittels einer eine Ultraschall-Sonotrode
umfassenden Vibrationseinrichtung beschleunigt werden können.
Der zu strahlende Teilbereich der Verzahnung des Bauteils wird durch
eine Strahlkammer begrenzt, welche entsprechende Schieberwände
umfasst.
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Als
nachteilig bei dem bekannten Verfahren bzw. der bekannten Vorrichtung
ist allerdings der Umstand anzusehen, dass beispielsweise die Zähne
der Verzahnung an verschiedenen Teilbereichen der Oberfläche
unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sind. So ist beispielsweise
der jeweilige Zahnlückengrund und die jeweilige Druckflanke
des Zahns völlig anderen Belastungen unterworfen, als dies
beispielsweise bei der Gegenflanke oder der Stirnseite des Zahns
der Fall ist. Bedingt durch seine Form ergibt sich darüber
hinaus die Problematik, dass beispielsweise die Eckbereiche, Radien
oder dergleichen eines Zahns der Verzahnung gegebenenfalls äußerst
schwierig zu verfestigen sind. Ebenfalls ist mit dem bereits bekannten
Verfahren und der hierzu eingesetzten Vorrichtung eine effektive
und belastungsgerechte Verfestigung des jeweiligen Teilsbereichs
der Oberfläche nicht ohne Weiteres möglich.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen
eine effektivere und belastungsgerechtere Verfestigung einzelner
Teilbereiche der Oberfläche des Teilbereichs möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patenansprüche
1 bzw. 14 erreicht, wobei es sich bei dem Bauteil um ein verzahntes
Bauteil, insbesondere um ein Zahnrad oder Ritzel handelt. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßi gen und nicht-trivialen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen
Patentansprüchen angegeben.
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Um
eine äußerst effektive und belastungsgerechte
Verfestigung des jeweiligen, zu strahlenden Teilbereichs der Oberfläche
des Bauteils zu ermöglichen, ist es bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren vorgesehen, dass das Bauteil relativ zu einem Maskenteil
positioniert wird, mittels dessen wenigstens einer zugeordneten
Maskenöffnung der entsprechende, zu strahlende Teilbereich
der Oberfläche des Bauteils begrenzt wird. Mit anderen
Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, einen
mit einer gewünschten Intensität oder einem bestimmten
Strahlgut zu beaufschlagenden Teilbereich der Oberfläche des
Teilbereichs dadurch zumindest teilweise zu begrenzen, dass ein
entsprechendes Maskenteil mit einer zugehörigen Maskenöffnung
an der Oberfläche des Bauteils angeordnet wird. Es ist
klar, dass hierbei wahlweise entweder das Bauteil an dem ortsfesten Maskenteil
positioniert werden kann oder aber dass das Maskenteil – gegebenenfalls
inklusive einer Vibrationseinrichtung und anderer Bauteile – relativ
an dem ortsfesten Bauteil positioniert wird.
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Durch
die Begrenzung des jeweiligen Teilbereichs mittels der korrespondierenden
Maskenöffnung des Maskenteils kann somit eine äußerste
individuelle Verfestigung eines entsprechenden Teilbereichs der
Oberfläche erfolgen, je nachdem, welchen Belastungen dieser
Oberflächenbereich ausgesetzt ist. Beispielsweise ist es
somit denkbar, bei einem jeweiligen Zahn einer Verzahnung die zugeordnete Druckflanke
bzw. den korrespondierenden Zahnlückengrund anders zu bearbeiten,
als beispielsweise die entsprechende Gegenflanke oder Stirnseite. Demzufolge
kann die höher belastete Druckflanke entsprechend unter
anderen Bedingungen bzw. gegebenenfalls mit anderem Strahlgut beaufschlagt werden,
als dies beispielsweise bei der geringer belasteten Gegenflanke
des Zahns der Fall ist.
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Durch
die Begrenzung des jeweils zu bearbeitenden Teilbereichs der Oberfläche
des Bauteils mittels der korrespondierenden Maskenöffnung
des Maskenteils kann darüber hinaus auch auf geometrische
Besonderheiten Rücksicht genommen werden. So kann es beispielsweise
erforderlich sein, dass Eckbereiche, Radien oder dergleichen entsprechend anders
verfestigt werden müssen, als dies beispielsweise bei flächigen
oder ebenen Teilbereichen der Fall ist.
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Insgesamt
ist es jedoch erkennbar, dass durch das verwendete Maskenteil eine
individuelle Strahlung einzelner Teilbereiche der Oberfläche
des Bauteils, insbesondere einer Verzahnung, möglich ist.
Gegebenenfalls kön nen somit höhere oberflächennahe
Eigenspannungen unter Vermeidung von Entfestigungseffekten durch
Herzsche Pressung erreicht werden. Im Ergebnis erfolgt eine verbesserte Oberflächengüte,
wobei die jeweiligen Teilbereiche entsprechend belastungs- bzw.
beanspruchungsgerecht verfestigt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft
gezeigt, wenn das Maskenteil relativ zwischen dem Bauteil und einer
Vibrationseinrichtung zum Beschleunigen des Strahlguts positioniert
wird, wobei die wenigstens eine Maskenöffnung des Maskenteils
als Strahlkammer eingesetzt wird. Demzufolge kann das Bauteil auf
einfache Weise gegenüberliegend relativ zu der Vibrationseinrichtung
positioniert werden, wobei das zwischen dem zu bearbeitenden Teilbereich
der Oberfläche des Bauteils und der Vibrationseinrichtung
angeordnete Maskenteil bzw. dessen Maskenöffnung den Strahlraum
entsprechend begrenzt.
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Als
weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Maskenteil zum
Oberflächenstrahlen eines Teilbereichs einer Verzahnung
eingesetzt wird. Insbesondere bei derartigen Verzahnungen ergibt
sich nämlich die Problematik, dass unterschiedliche Teilbereiche
unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sind. Darüber
hinaus weisen die einzelnen Zähne der Verzahnung üblicherweise
eine komplexe Geometrie auf, so dass es mit dem nunmehr jeweils
eingesetzten Maskenteil möglich ist, unterschiedliche Teilbereiche – beispielsweise
flächige Teilbereiche oder Eckbereiche mit Radien – entsprechend
individuell zu bestrahlen. Im Ergebnis kann mit dem erfindungsgemäß eingesetzten
Maskenteil ein individuelles Strahlungsergebnis über unterschiedliche
Teilbereiche jedes Zahns erreicht werden, so dass sich insgesamt eine äußerst
stabile und verschleißfeste Verzahnung ergibt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft
gezeigt, wenn zum Oberflächenstrahlen des Bauteils wenigstens
eines der durch die Maskenöffnung des Maskenteils gebildeten
Strahlkammer zugeordnetes Reflektionselement, insbesondere Reflektionsblech,
eingesetzt wird. Durch ein derartiges Reflektionselement bzw. Reflektionsblech
können beispielsweise auch seitlich der Strahlkammer liegende
Teilbereiche wie beispielsweise die Stirnseiten oder Zahnkanten
des jeweiligen Zahns ohne Beschädigungen effektiv oberflächengestrahlt
werden.
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Zum
Oberflächenstrahlen von mehreren Teilbereichen der Oberfläche
nacheinander ist es denkbar, dass das Bauteil relativ zu der Maskenöffnung des
ersten Teils bewegt wird. So ist es beispielsweise denkbar, das
Bauteil schrittweise mit dem jeweiligen Teilbereich in Überdeckung
mit der Maskenöffnung zu bewegen, um die Oberflächenstrahlung
durchzuführen. Gleichfalls ist es jedoch auch denkbar,
dass zum Oberflächenstrahlen von mehreren Teilbereichen
eine Mehrzahl von Maskenöffnungen eines oder mehrerer Maskenteile
eingesetzt wird, so dass eine Mehrzahl von Teilbereichen der Oberfläche gleichzeitig
gestrahlt werden können. Es ist ersichtlich, dass bei einem
solchen Oberflächenstrahlen ein Bewegen des Bauteils relativ
zur Maskenöffnung des Maskenteils nicht erforderlich sein
muss.
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Weiterhin
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn zum Oberflächenstrahlen
ein Strahlgut verwendet wird, dessen Strahlteilchen zumindest zwei
unterschiedliche Teilchengrößen aufweisen und/oder
aus zumindest zwei unterschiedlichen Materialien bestehen. Mit anderen
Worten ist es hierbei vorgesehen, das Oberflächenstrahlen
mit einem Strahlgut durchzuführen, dessen Strahlteilchen
nicht lediglich eine im Wesentlichen einheitliche Größe
aufweisen bzw. aus einem einheitlichen Material bestehen, sondern welche
zumindest zwei unterschiedliche Teilchengrößen
haben und/oder aus unterschiedlichen Werkstoffen beschaffen sind.
Durch den Einsatz unterschiedlicher Teilchengrößen
kann insbesondere erreicht werden, dass mittels der größeren
Strahlteilchen die ebenen bzw. flächen Teilbereiche der
Oberfläche des Bauteils äußerst homogen
und gleichmäßig gestrahlt und verfestigt werden,
während die Strahlteilchen mit geringerer Teilchengröße
insbesondere dazu dienen, dass beispielsweise auch Ecken mit Innenradien oder
dergleichen mit entsprechend kleinem Durchmesser hinreichend gut
verfestigt werden können. Durch eine gezielte Strahlmittelmischung
mit zwei vorzugsweise deutlich voneinander abweichenden Strahlmittelgrößen
bzw. Teilchengrößen wird somit erreicht, dass
zum einen mit den großen Strahlteilchen die gewünschte
Intensität und Verfestigung erreicht wird und zum anderen
mit den kleinen Strahlteilchen die Innenradien bzw. Ecken des gegebenenfalls
komplexen Bauteils vollständig in einem Strahlgang verfestigt
bzw. gestrahlt werden können.
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Werden
darüber hinaus Strahlteilchen aus unterschiedlichen Materialien
eingesetzt, so ist es beispielsweise denkbar, dass die kinetische
Energie der kleineren Strahlteilchen durch ein entsprechendes Material
mit gegenüber den größeren Strahlteilchen
höherer Dichte gesteigert wird, so dass eine homogene Intensitätsverteilung
beispielsweise auch in den Innenradien oder Ecken des Teilsbereichs
der Oberfläche des Bauteils gewährleistet werden
kann. Mit anderen Worten kann durch eine geeignete Mischung beispielsweise
von größeren Strahlteilchen mit relativ geringerer
Dichte und kleineren Strahlteilchen mit relativ höhere
Dichte sowohl über die ebenen bzw. flächen Teilbereiche
wie auch über die Ecken bzw. Innenradien des Bauteils eine
homogene Intensitätsverteilung der Oberflächenstrahlung und somit
eine gleichmäßige Verfestigung des jeweiligen Teilbereichs
erzielt werden.
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Als
zudem vorteilhaft kann es sein, wenn das Strahlgut aus Strahlkugeln
besteht, welche zumindest zwei unterschiedliche Durchmesser und/oder aus
zumindest zwei unterschiedlichen Materialien besteht. Durch den
Einsatz von Strahlkugeln mit einem relativ gleichmäßigen
Durchmesser kann somit ein äußerst reproduzierbares
Strahlergebnis bzw. eine einheitliche Oberflächenverfestigung
des jeweiligen Teilbereichs der Oberfläche des Bauteils
gewährleistet werden.
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Zudem
vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Teilchengröße
bzw. der Durchmesser des wenigstens einen Teils des Strahlguts – beispielsweise der
kleineren Strahlteilchen bzw. Strahlkugeln – an die jeweiligen
Radien, Ecken oder dergleichen des Bauteils angepasst werden. Durch
eine derartige Anpassung der jeweiligen Strahlteilchen bzw. Strahlkugeln
kann somit erreicht werden, dass auch die Radien, Ecken oder dergleichen
vollständig verfestigt werden.
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Die
vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren beschriebenen Vorteile geltend in ebensolcher Weise auch
für die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Oberflächenstrahlen gemäß Patentanspruch
14. Diese zeichnet sich insbesondere durch ein relativ zu dem Bauteil
positionierbares Maskenteil aus, mittels deren Maskenöffnung
der entsprechende, zu strahlende Teilbereich der Oberfläche
des Bauteils begrenzbar ist. Durch das Maskenteil kann somit eine äußerst
einfache Vorrichtung geschaffen werden, bei welcher das Bauteil
beispielsweise einerseits einer Vibrationseinrichtung zur Beschleunigung
des Strahlguts und andererseits des Maskenteils liegt.
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Dabei
kann eine besonders vorteilhafte und einfache Vorrichtung zudem
geschaffen werden, wenn durch die Maskenöffnung innerhalb
des Maskenteils eine Strahlkammer gebildet ist, in welcher das Strahlgut
vorzugsweise verliersicher aufgenommen ist. Da die Strahlkammer
vorzugsweise durch die ohnehin vorhandene Maskenöffnung
innerhalb des Maskenteils gebildet wird, ergibt sich somit eine äußerst
einfach aufgebaute Vorrichtung, mittels welcher der jeweilige Teilbereich
der Oberfläche des Bauteils zu strahlen ist.
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Es
ist klar, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung – und
insbesondere das Maskenteil – relativ an einem ortsfest
angeordnetem Bauteil angeordnet werden könnte. Umgekehrt
ist es selbstverständlich auch denkbar, dass das bewegliche
Bauteil an einer ortsfesten Vorrichtung, insbesondere einem ortsfesten
Maskenteil, positioniert wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
schematische Perspektivansicht auf ein als rechteckförmige
Platte ausgebildetes Maskenteil mit einer etwa viertelkreisringförmigen Ausnehmung,
in deren Bereich eine Maskenöffnung zum Oberflächenstrahlen
eines korrespondierenden Teilbereichs einer Oberfläche
eines Bauteils angeordnet ist, wobei sich die Maskenöffnung
von der Ausnehmung bis zur gegenüberliegenden Seite des Maskenteils
durchgängig erstreckt;
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2 eine
schematische Perspektivansicht auf das Maskenteil gemäß 1,
wobei relativ zu diesem ein ausschnittsweise erkennbares Bauteil
mit einer Stirnverzahnung positioniert ist, welche im Bereich der
viertelkreisringförmigen Ausnehmung in das Maskenteil eintaucht,
wodurch ein entsprechender Teilbereich der Verzahnung des Bauteils
in Überdeckung mit der in 1 erkennbaren
Maskenöffnung angeordnet ist, wobei das Bauteil mittels
einer teilweise erkennbaren Halteeinrichtung relativ zu dem Maskenteil
positioniert ist;
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3 eine
schematische Schnittansicht durch das relativ zu dem Maskenteil
positionierte Bauteil, wobei auf der dem Bauteil abgewandten Seite
des Maskenteils im Bereich der Maskenöffnung eine Vibrationseinrichtung
zur Beaufschlagung von Strahlgut positioniert ist, wodurch mittels
der Maskenöffnung eine Strahlkammer gebildet ist, welche den
Austritt von Strahlgut im Wesentlichen begrenzt; und in
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4 eine
schematische Schnittansicht durch die Vorrichtung mit dem Maskenteil
und der Vibrationseinrichtung zum Oberflächenstrahlen des Bauteils
nach einer alternativen Ausführungsform.
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In 1 ist
in einer schematischen Perspektivansicht ein Maskenteil 10 einer
im Weiteren noch näher erläuterten Vorrichtung
zum Oberflächenstrahlen, insbesondere zum Ultraschall-Kugelstrahlen
eines Bauteils (20, 2) insbesondere
einer Gastrubine dargestellt. Bei dem Bauteil handelt es sich um ein
Zahnrad oder Ritzel, insbesondere für ein Getriebe.
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Das
Maskenteil 10 ist vorliegend als im Wesentlichen rechteckförmige
Metallplatte gestaltet. In einer oberen Breitseite 12 ist
in das Maskenteil 10 eine Ausnehmung 14 eingebracht,
welche – in Draufsicht betrachtet – eine etwa
viertelkreisringförmige Grundkontur aufweist. Es ist erkennbar,
dass die Ausnehmung 14 in einem zentralen bzw. mittleren Bereich
tiefer in das Maskenteil 10 eingebracht ist, als an den
Randseiten. Des Weiteren ist in 1 im mittleren
bzw. tiefsten Bereich der Ausnehmung 14 eine Maskenöffnung 16 erkennbar,
welche – wie im Weiteren insbesondere in Zusammenschau
mit 3 und 4 erkennbar wird – als
Durchgangsöffnung gestaltet ist. Demzufolge tritt die Maskenöffnung 16 auf
der der Breitseite 12 gegenüberliegenden Breitseite 18 des
Maskenteils 10 wieder aus.
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In
Zusammenschau mit 2, welche das Maskenteil 10 gemäß 1 in
einer schematischen Perspektivansicht aus einer anderen Richtung
zeigt, wird erkennbar, in welcher Art und Weise ein Bauteil 20 relativ
zu dem Maskenteil 10 positioniert ist. Das Bauteil 20 ist
vorliegend als Teil einer Gasturbine gestaltet und weist im Wesentlichen
eine kreisringförmige Grundkontur auf. In 2 ist
von diesem Bauteil 20 jedoch nur etwa ein Viertel dargestellt.
In Zusammenschau mit 1 erklärt sich dabei
auch die etwa viertelkreisringförmige Kontur der Ausnehmung 14. Diese
ist nämlich so angepasst, dass das Bauteil 20 etwa
im Bereich eines Viertelkreisrings – nämlich der Ausnehmung 14 – schräg
in das Maskenteil 10 eintaucht. Mit anderen Worten erstreckt
sich vorliegend eine gedachte, nicht erkennbare Mittelachse des Bauteils 20 nicht
senkrecht, sondern vielmehr schräg zur korrespondierenden
Breitseite 12 des Maskenteils 10. Das Bauteil 20 wird
dabei mittels eines Teils 22 einer ansonsten nicht weiter
erkennbaren Halteeinrichtung 24 an der Vorrichtung zum
Oberflächenstrahlen bzw. an dem Maskenteil 10 gehalten.
Mit anderen Worten wird durch den Teil 22 der Halteeinrichtung 24 sichergestellt,
dass das kreisringförmige Bauteil 20 entsprechend
gegenüber dem Maskenteil 10 bzw. der Maskenöffnung 16 positioniert
ist.
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Das
Bauteil 20 ist vorliegend auf seiner in die Ausnehmung 14 des
Maskenteils 10 eintauchenden Stirnseite mit einer Verzahnung 26 versehen,
welche in Zusammenschau mit 3 lediglich
schematisch erkennbar ist. Demzufolge bildet die Verzahnung 26 vorliegend
eine Stirnverzahnung des Bauteils 20.
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Anhand
der 3 und 4, welche zwei alternative Ausführungsformen
der Vorrichtung zum Oberflächenstrahlen eines jeweiligen
Bauteils 20 in einer schematischen Schnittansicht zeigen,
soll nun die prinzipielle Funktions weise bzw. das Oberflächenstrahlen
erläutert werden. Zunächst ist aus 3 das
Maskenteil 10 in einer gegenüber 1 etwas
andersartigen Ausführung gezeigt, da nämlich die
Ausnehmung 14 vorliegend der Einfachheit halber nicht schräg
zur Breitseite 12, sondern vielmehr senkrecht hierzu eingebracht
ist. Das Maskenteil 10 ist vorliegend auf einem Arbeitstisch 28 einer
entsprechenden Bearbeitungsmaschine angeordnet, wobei hiervon lediglich
zwei Befestigungsleisten 30 erkennbar sind.
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Von
einem jeweiligen Zahn 32 der Verzahnung 26 an
der Stirnseite des Bauteils 20 ist eine der beiden Zahnflanken 34 erkennbar,
welche sich zwischen einer zugeordneten Zahnoberseite 36 und
einem jeweiligen Zahnlückengrund 38 erstreckt.
Zwischen der Zahnflanke 34 und dem Zahnlückengrund 38 verläuft
dabei ein Innradius 40, welcher auf im Weiteren noch näher
erläuterte Weise neben der Zahnflanke 34 bzw.
dem Zahnlückengrund 38 ebenfalls mittels Oberflächenstrahlen
verfestigt werden soll. Zwei Stirnseiten 42, 44 des
jeweiligen Zahns 32 verlaufen im vorliegenden Fall etwa
senkrecht zur Zahnoberseite 36 bzw. zur Zahnflanke 34.
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Aus 3 ist
weiter erkennbar, dass das Bauteil 20 bzw. die Verzahnung 26 soweit
in die Ausnehmung 14 des Maskenteils 10 hineinragt,
dass die jeweilige Zahnoberseite 36 etwa auf Höhe
einer korrespondierenden unteren Fläche 46 (1)
der Ausnehmung 14 zugeordnet ist. Zudem ist aus 3 erkennbar,
dass ausgehend von dieser unteren Fläche 46 die
Maskenöffnung 16 in das Maskenteil 10 eingebracht
ist. Die Maskenöffnung 16 ist vorliegend in ihrer
Breite etwa an die Breite der Verzahnung bzw. des jeweiligen Zahns 32 angepasst.
Natürlich kann die Maskenöffnung auch andere Konturen
bzw. Ausmaße aufweisen.
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Auf
der dem Bauteil 20 gegenüberliegenden Seite des
Maskenteils 10 ist vorliegend eine Vibrationseinrichtung 48 angeordnet,
welche insbesondere eine Ultraschall-Sonotorde umfasst. Mittels
dieser Vibrationseinrichtung 48 ist eine der Maskenöffnung 16 zugewandte
Oberfläche 50 in Schwingung zu versetzen, so dass
mittels dieser ein Strahlgut zum Oberflächenstrahlen des
jeweiligen Zahns 32 der Verzahnung 26 beaufschlagt
werden kann. Als Strahlgut werden vorliegend Strahlkugeln 52,
insbesondere hochfeste Stahlkugeln eingesetzt. Wird demzufolge die
Oberfläche 50 der Vibrationseinrichtung 48 in
entsprechende Schwingungen versetzt, so kann ein entsprechender
Teilbereich des jeweiligen Zahns 32 der Verzahnung 26 auf
der der Oberfläche 50 der Vibrationseinrichtung 48 gegenüberliegenden Seite
der Maskenöffnung 16 beaufschlagt bzw. verfestigt
werden.
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In
Zusammenschau der 1 und 3 ist erkennbar,
dass somit durch die Maskenöffnung 16 ein Teilbereich – beispielsweise
die jeweilige eine Zahnflanke 34 und der jeweilige Zahnlückengrund 38,
oder aber die jeweils andere Zahnflanke 34, die Zahnoberseite 36 oder
eine der Stirnseiten 42, 44 – oberflächengestrahlt
werden. Mit anderen Worten wird durch die Größe
der Maskenöffnung 16 ein korrespondierender Teilbereich
auf der Oberfläche des Bauteils 20 bestimmt bzw.
begrenzt, welcher mittels der auf der gegenüberliegenden
Seite des Bauteils 20 angeordneten Vibrationseinrichtung 48 entsprechend
oberflächengestrahlt werden soll.
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Aus 3 ist
dabei erkennbar, dass die Maskenöffnung 16 innerhalb
des Maskenteils 10 im Wesentlichen als Strahlkammer 54 dient,
so dass die Strahlkugeln 52 nicht entweichen können.
Der Strahlkammer 54 können darüber hinaus
nicht dargestellte Reflexionselemente bzw. Reflektionsbleche zugeordnet
sein, um die Strahlkugeln 52 an einen gewünschten
Teilbereich, beispielsweise die Stirnseiten 42, 44 der
Verzahnung 26 zu leiten. Darüber hinaus können auch
zusätzliche, bewegbare Begrenzungselemente bzw. Begrenzungswände
vorgesehen sein, um einen Austritt von Strahlgut aus der Strahlkammer 54 zu vermeiden.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Maskenöffnung 16 in
bestimmten Abschnitten den korrespondierenden, zu strahlenden Teilbereich
des Bauteils 20 überragt.
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Aus
den 1 bis 3 ist somit erkennbar, dass
durch die entsprechende Maskenöffnung 16 bestimmte
Teilbereiche des Bauteils 20 zum Oberflächenstrahlen
freigegeben werden, während andere Teilbereiche entsprechend
abgedeckt sind.
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Um
darüber hinaus beispielsweise zu erreichen, dass von der
Verzahnung 26 bzw. vom jeweiligen Zahn 32 sowohl
die entsprechend gewünschte Zahnflanke 34 – beispielsweise
die Druckflanke – und der Zahnlückengrund 38 wie
auch der Innenradius 40 gleichermaßen gut und
homogen verfestigt werden, kann beim vorliegenden Oberflächenstrahlen
darüber hinaus ein Strahlgut in Form von Strahlteilchen bzw.
Strahlkugeln 52 eingesetzt werden, welche zumindest zwei
unterschiedliche Teilchengrößen aufweisen. Mit
anderen Worten sind innerhalb der Strahlkammer 54 kleinere
und größere Strahlkugeln 52 angeordnet,
welche eine vorzugsweise erheblich unterschiedliche Teilchengröße
bzw. einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Die Teilchengröße
bzw. der Durchmesser der größeren Strahlkugeln 52 kann
beispielsweise im Bereich von etwa 1,0 mm bis 4,0 mm liegen, wobei
diese insbesondere eine Größe von etwa 1,2 mm
bis 1,8 mm aufweisen. Bei einer speziellen Ausführungsform
liegt die Teilchengröße bzw. der Durchmesser der
größeren Strahlkugeln 52 im Bereiche
von etwa 1,5 mm. Werden die grö ßeren Strahlkugeln 52 wie
vorliegend aus einer vorzugsweise höherfesten Stahllegierung
hergestellt, so ergibt sich eine besonders vorteilhafte und homogene
Verfestigung insbesondere der ebenen bzw. der flächigen
Teilbereiche der Oberfläche des Bauteils 20.
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Die
kleinen Strahlteilchen bzw. Strahlkugeln 52, welche beispielsweise
ebenfalls aus einer höherfesten Stahllegierung hergestellt
sein können, weisen ebenfalls eine Teilchengröße
bzw. einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 0,3 mm und 1,3 mm
auf, wobei im Besonderen kleinere Strahlkugeln 52 in einem
Bereich zwischen 0,5 mm und 1,0 mm eingesetzt werden. In einer speziellen
Ausführungsform beträgt die Teilchengröße
bzw. der Durchmesser der kleineren Strahlkugeln 52 etwa
0,8 mm. Durch die angegebenen Bereiche der kleineren Strahlkugeln 52 kann
dabei insbesondere erreicht werden, dass die entsprechenden kleineren
Innenradien 40 oder andere Ecken verfestigt werden können. Mit
anderen Worten sind die kleineren Strahlkugeln 52 in ihrer
Teilchengröße so an die jeweiligen Innenradien 50 oder
dergleichen angepasst, dass diese entsprechend verfestigt werden
können. Es ist klar, dass hierzu die Teilchengröße
der kleinen Strahlteilchen 52 entsprechend kleiner oder
gleich gemessen sein muss wie der korrespondierende Innenradius 40.
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Damit
sich eine homogene Verfestigung sowohl über die ebenen
Teilbereiche der Oberfläche des Bauteils 20 wie
auch der Ecken oder des jeweiligen Innenradiusses 40 realisieren
lässt, sind die größeren bzw. kleineren
Strahlkugeln 52 vorzugsweise aus unterschiedlichen Materialien
gestaltet bzw. haben diese eine unterschiedliche Dichte. Im Besonderen
können die kleineren Strahlkugeln 52 eine verhältnismäßig
zu den größeren Strahlkugeln 52 höhere
Dichte aufweisen, so dass diese nach einer entsprechenden Beschleunigung
mittels der Vibrationseinrichtung 48 eine höhere
kinetische Energie aufweisen als die größeren
Strahlkugeln 52. Hierdurch wird erreicht, dass sowohl die
flächigen wie auch die eckigen Teilbereiche der Oberfläche
des Bauteils 20 einheitlich bzw. homogen verfestigt werden
bzw. dass sich eine homogene Intensitätsverteilung über
den gesamten, jeweils zu strahlenden Teilbereich realisieren lässt.
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Bei
der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen
der Vorrichtung bzw. dem entsprechenden Verfahren wird das Bauteil 20 schrittweise
weiterbewegt, um den entsprechenden Teilbereiche – beispielsweise
die jeweiligen Zahnflanke 34 und den zugehörigen
Zahnlückengrund 38 – in Überdeckung
mit der Maskenöffnung 16 zu bringen. Mit anderen
Worten wird das Bauteil 20 zum Oberflächenstrahlen
von mehreren Teilbereichen relativ zu der Maskenöffnung 16 des
Maskenteils 10 bewegt. In einer alternativen Ausführungsform
wäre es jedoch auch denkbar, dass mehrere Teilbereiche
der Oberfläche des Bauteils 20 dadurch gleichzeitig
oberflächengestrahlt werden, dass eine Mehrzahl von Maskenöffnungen 16 innerhalb
einer oder mehrer Maskenteile 10 verwendet werden, welche
entsprechend zueinander positioniert sind. In diesem Fall wäre
es natürlich auch denkbar, pro Maskenöffnung 16 jeweils
eine Vibrationseinrichtung 48 vorzusehen.
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Es
ist ersichtlich, dass sich die dargestellte Vorrichtung ohne Weiteres
in eine Fertigungslinie, oder beispielsweise in eine Entgratmaschine
mit geringem Platzbedarf und kostengünstig integrierten lässt.
Dabei können auch mehrere derartige Vorrichtungen hintereinander
angeordnet werden, um beispielsweise zunächst jeweils einen
Teilbereich des Bauteils oberflächenzustrahlen, und in
der anderen Vorrichtung dann andere Teilbereiche. Gleichfalls wäre
es dann auch denkbar, das Maskenteil 10 von der entsprechenden
Vorrichtung zu lösen und zu wechseln, um gegebenenfalls
andere Teilbereiche mit andersartig geformten Maskenöffnungen 16 zu begrenzen.
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Die
bereits erwähnten Reflexionselemente seitlich in der jeweiligen
Strahlkammer 52 ermöglichen das effektive Strahlen
beispielsweise der Sandkanten bzw. der Stirnseiten 42, 44,
ohne dass es in diesem Bereich zu Schädigungen kommt. Mit
anderen Worten kann durch die Reflexionselemente in der jeweiligen
Strahlkammer 52 gewährleistet werden, dass die
Kugeln zur Vermeidung von Anrissen an den Übergängen
bzw. Kanten entsprechend zentral auf die Zahnkante bzw. Stirnseite 42, 44 geleitet
werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
dabei hohe oberflächennahe Eigenspannungen und die Vermeidung
von Entfestigungseffekten durch Herzsche Pressung. Durch die Wahl
des geeigneten Teilbereichs bzw. des geeigneten Strahlguts ist es
darüber hinaus möglich, dass auf ein Handentgraten
insbesondere der Zahnkanten verzichtet werden kann, da diese beim
Oberflächenstrahlen mitverrundet werden. Durch den Einsatz
des Ultraschallstrahlens werden die jeweiligen Zahnkanten und der
Zahnlückengrund 38 ebenso wie die Zahnflanken 34 sehr
effektiv verfestigt sowie die Oberflächenrauhigkeit deutlich vergrößert,
ohne die Kanten – trotz geringem Verrundungsaufwand – unzulässig
zu verformen.
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In 4 ist
schließlich eine alternative Ausführungsform der
Vorrichtung gemäß 3 dargestellt,
wiederum das Bauteil 20 relativ zu dem ortsfesten, am Arbeitstisch 28 befestigten
Maskenteil 10 positioniert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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