DE1800693A1

DE1800693A1 - Vorrichtung zur elektro-chemischen Herstellung und Bearbeitung von Zahnraedern

Info

Publication number: DE1800693A1
Application number: DE19681800693
Authority: DE
Inventors: Haggerty William Andrew; Foertmeyer Charles Evans
Original assignee: Cincinnati Milling Machine Co
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1967-11-20
Filing date: 1968-10-02
Publication date: 1969-05-08
Also published as: CH503547A; GB1217410A; SE352832B; FR1587261A; US3499830A

Description

D-ΘΟ23 Sen'. PuIIaA München-Pullach, 1. Oktober 1968

The Oincinnaiii Milling ⁿachine Oo., 4701 Marburg Avenue, Cincinnati, Ohio, USA

Torrichtung zur elektro-chemischen Herstellung und Bearbeitung von Zahnrädern.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektro-chemischen Bearbeitung und Herstellung von Zahnrädern aus einem vollen Werkstück vorherbestimmter Stärke in einem einzigen, fortlaufenden Arbeitsgang, bei dem ein Elektrolyt zwischen das Werkstück und ein Werkzeug zugeführt und ein elektrischer Spannungs unterschied zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück derart aufrechterhalten wird, daß das Werkstück in bezug auf das Werkzeug die Anode bildet.

Werkzeugmaschinen zur Durchführung von elektro-chemischen Bearbeitungen an elektrisch leitenden Werkstücken der unterschiedlichsten Gestalt sind bereits bekannt. Das Material des Werkstückes kann hierbd eine mehr oder weniger grosse Härte aufweisen. Bei dieser Art der Bearbeitung von Werkstücken treten jedoch Probleme in bezug auf die abschliessende Bearbeitung des Gegenstandes mit sehr genauen Toleranzen auf. Dies hat zur Folge, daß die Einflußgrössen, wie die Spannung, die Torschubgeschwindigkeit, die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten und die (temperatur sowie die Gestalt der Elektrode oder des Werkzeuges in genauen Toleranzen gehalten werden müssen. Ein Endprodukt mit sehr genauen Toleranzen kann unter bestimmten Umständen durch vorausgehende Bearbeitung des Werkstückes auf die annähernd en^ültig gewünschte Gestalt und daran anschlieseendes elektro-chemisches Bearbeiten durchgeführt werden, wie es in den Patentanmeldungen P 16 90 555*6 und P 16 90 jr54.7> beide angemeldet am 13. Februar 1968 der gleichen Anmelderin, beschrieben wurde. Das-Ausmaß der Abtcagung

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(overcut) wird bei derartigen Elektroden auf einem Minimum gehalten und deshalb ist die durch die Veränderung der Bearbeitungsparameter bedingte Gesamtwirkung entsprechend gering.

Auf der anderen Seite ist es häufig von Torteil, einen Gegenstand aus einem vollen Rohling ohne vorausgehende Bearbeitung desselben herzustellen. Bas eine elektro-chemische Bearbeitung durchführende Werkzeug muß deshalb den Sohling im wesentlichen auf die endgültig gewünschte Gestalt bearbeiten und dann eine abschliessende Bearbeitung durchführen, bei der die genauen Abmessungen erreicht und eingehalten werden. Diese beiden Arbeitsgänge sollen auf einmal durchgeführt werden. Bisher war es nicht möglich, Gegenstände komplizierter Gestalt, wie beispielsweise Zahnräder in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen, da die verschiedenen Oberflächen gleichzeitig hergestellt werden müssen, wobei gleichzeitig sehr genaue Toleranzen eingehalten werden müssen.

Die Schwierigkeiten, die in bezug auf die Anfertigung des Werkstückes auftreten, liegen in der Einhaltung und Aufrechterhaltung einer genauen, entsprechenden Abmessung, wie die entsprechende Abmessung &s endgültigen Werkstückes festlegt. Versuche mit Werkzeugen, die nur eine geneigte, erweiternde Oberfläche zur Bearbeitung verwickelter Formen, wie beispielsweise innen bzw. aussen verzahnte Zahnräder inne&alb entsprechender von der Industrie akzeptierter Toleranzen aufweisen, waren nicht erfolgreich, da es nicht möglich war, die kritische radiale Abmessung des Abschnittes des Werkzeuges -zu steuern, welcher die abschliessende Bearbeitung durchführt» In der Praxis tragen diese Schwierigkeiten bei der Steuerung de^ewünschten radialen Abmessung einer geneigten Oberfläche mit- den erforderliehen genauen Toleranzen auf, da g®d© Abweichung des leigungswinkels in bezug auf die Achse des Werkzeuges oder jede Abweichung der Lage der Achse, Fehler in bezug auf die radiale Abmessung hervorrufen»

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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die vorstehend auf«geführten Probleme und Schwierigkeiten beseitigt.

Das in Verbindung mit der erfindungegemässen Vorrichtung verwendete Werkzeug ist mit drei bearbeitenden Ober- und Wirkflächen versehen, und zwar mit einer vorderen, bearbeitenden Wirkfläche zur Ausbildung einer öffnung in dem vollen, elektris leitenden Rohling, einer geneigten, bearbeitenden Wirkfläche, die zwischen einer weiteren, die abschliessende Bearbeitung durchführenden Wirkfläche und der vorderen, bearbeitenden Wirkfläche verläuft, um die bereits erzeugte öffnung zwischen der vorderen Wirkfläche und der die endgültige Bearbeitung durchführenden und die endgültige Abmessung und Gestalt des Werkstückes festlegenden Wirkfläche zu vergrössern.

Die axiale Abmessung der die endgültige Bearbeitung durc-hführenden Wirkfläche wird so klein wie möglich gehalten, um die Gesamtabtragung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück auf einem Minimum zu halten. Diese bearbeitende Wirkfläche dient ausserdem der Gewährleistung, daß die endgültigen radialen Abmessungen der geneigten, bearbeitenden Oberfläche in bezug auf die endgültige radiale Abmessung des Werkstückes genau eingehalten werden. Hieraus geht hervor, daß das Werkzeug eine, eine abschliessende Bearbeitung durchführende Wirkfläche mit sehr genau gesteuerten radialen Abmessungen aufweist, welche die letzte der bearbeitenden Wirkflächen ist, die zur Wirkung kommt. Hierdurch wird in Verbindung mit der geneigten Wirkfläche erreicht, daß die endgültige, kritische Abmessung des Werkstückes eingehalten wird.

Grundsätzlich wird erfindungsgemäss eine Vorrichtung der eingangs genannten Art geschaffen, die ein besonders konstruiertes Werkzeug mit einer Anzahl von bearbeitenden Wirkflächen aufweist, und diese Wirkflächen setzen sich aus einer, die end-

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gültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche, die parallel zu der Bewegungsrichtung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug angeordnet ist, um die endgültige Abmessung und Gestalt des Werkstückes festzulegen, aus einer vorderen, bearbeitenden Wirkfläche, die im wesentlichen normal zu der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche verläuft, um die anfängliche, im we seitlichen der endgültigen Gestalt des herzustellenden Zahnradeβ entsprechende Öffnung in dem Werkstück auszubilden und aus einer geneigten, bearbeitenden Wirkflache zusammen, die zwischen der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche und der vorderen Wirkfläche verläuft, um die bereits hergestellte Öffnung zu erweitern und den bearbeitenden Bereich der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche derart zu begrenzen, daß die Abtragung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück ebenfalls begrenzt wird. Weiterhin ist die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einer Einrichtung zum Zuführen eines Elektrolyten zwischen das Werkzeug und das Werkstück und mit einer weiteren Einrichtung zur Ausübung eines Druckes auf den Elektrolyten, nachdem dieser durch den elektro-chemischen Bearbeitungsbereich geströmt ist, versehen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich, in welcher die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert ist.

Es zeigt:

Figur 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Bearbeitung eines vollen Hohlings aus elektrisch leitendem Material zur Herstellung eines Zahnrades in einem einzigen Arbeitsgang;

Figur 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung der Figur Ij

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Figur 3 einen Schnitt durch das die elektro-chemische Bearbeitung durchführende Werkzeug, das bereits teilweise in das Werkstück eingedrungen ist;

Figur 4 eine Seildraufsicht auf das die elektro-chemisehe Bearbeitung durchführende Werkstück, wobei die vordere und die geneigte, bearbeitende Wirkfläche und die !Trennung oder Abtragung zwischen dem Werkzeug und dem Wakstück veranschaulicht sind;

Figur 5 einen SBeilschnitt des die elektro-chemische Bearbeitung durchführenden Werkzeuges gemäss der Linie 5-5 der Figur 4, wobei die Abmessungen das Werkzeuges im einzelnen veranschaulicht sind}

Figur 6 eine Ansicht eines ein Segment des die elektro-chemische Bearbeitung durchführenden Werkzeuges bildenden Zahnes und zwar als Schnitt gemäss der Linie 6-6 der Figur 4;

Figur 7 eine Ansicht von unten einer abgewandelten Ausführungsform des Werkzeuges zur elektrochemischen Bearbeitung, das mit zusätzlichem Material zwischen den nach innen vorstehenden Abschnitten desselben ausgerüstet ist, um die Strom-führende Kapazität des Werkzeuges zu verbessern;

Figur 8 einen Schnitt gemäss der Linie 8-8 der Figur 7*

Figur 9 einen Schnitt einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung zur elektro-chemischen Bearbeitung der Figuren 1 und 2, bei der das Werkstück gedreht wird, wenn es in das Werkzeug zur Bildung eines schräg verzahnten oder Schraubenrades vorgeschoben wird;

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Figur 10 einen vergrösserten Querstcnnitt des elektrochemischen Werkzeuges zur Herstellung von schräg verzahnten oder Schraubenrädern und zwar in Verbindung mit dem vollständigen Werkstück, das teilweise geschnitten dargestellt ist, nachdem es durch das Werkzeug "bearbeitet wurde j

Figur 11 eine Ansicht zweier, Segmente des die elektrochemische Bearbeitung durchführenden Werkzeuges bildenden Zähne, wobei die Isolierung in Richtung auf die Relativbewegung des Werkzeuges geneigt ist, um einen Zwischenraum zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug zu bilden, durch den der Elektrolyt strömtj und

Figur 12 eine Ansicht zweier, die Elemente des die elektiochemische Bearbeitung durchführenden Werkzeuges der Figur 10 bildenden Zähne , wobei beide Seiten der Isolierung geneigt sind, so daß entweder rechts oder links gerichtete schräg rarζahnte Zahnräder hergestellt werden können.

Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte, die elektro-chemische Bearbeitung durchführende Werkzeug 10 ist an einem Basis-teil befestigt, das einen Hohlraum 12 aufweist. Ein Paar Richtbolzen 13 stehen über die obere Oberfläche des Basisteils 11 vor und werden von entsprechenden Richtlöchern 14 (Figuren 2 und 3) des die elektro-chemische Beaiteitüng durchführenden Werkzeuges 10 aufgenommen, um das Werkzeug an der gewünschten Stelle zu halten und eine Bewegung desselben in bezug auf das Basisteil bei Beginn des Betriebes der Maschine zu verhindern.

Der Hohlraum 12 in dem Basisteil 11 ist geringfügig grosser als die innere Öffnung in dem Werkzeug 10, aber kleiner als der aussere Durohmesser des Werkzeuges. Das Basistdl 11, wel-

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ehes aus elektrisch, leitendem Material, wie "beispielsweise Stahl hergestellt ist, ist gegen Korrosion durch eine Auskleidung aus Kunststoff geschützt, die darüberhinaus eine Streuung des elektrischen Stromes und damit eine unerwünschte Bearbeitung des Werkstückes verhindert. Die Kunststoffauskleidung ist in zwei Abschnitte 15 und 16 aufgeteilt, wobei eine Strömungsplatte 17 diese beiden Abschnitte voneinander trennt. Die Strömungsplatte dient unter anderem der Verteilung des Elektrolyten, so daß dieser gleichmässig zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück strömt. Die Strömungsplatte 17 kann ausserdem als Filter dienen, um die innere Fläche zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück vor Fremdteilen zu schützen, und dadurch das Auftreten einer unerwünschten elektrischen Leitung, die die endgültig gewünschte Oberfläche des Werkstükkes zerstören würde, zu verhindern.

Eine Öffnung18 im Inneren des Basisteiles 11 gestattet die Strömung des Elektrolyten in den unteren Hohlraum, durch die Strömungsplatte 17 und einen eventuell vorgesehenen Filter 17 in den oberen Hohlraum, von dem aus die Strömung in den Spalt zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück erfolgt. Das Einlaßrohr 20 für den Elektrolyten steht mit der öffnung 18 in Verbindung und ist ausserdem mit einer Auskleidung 21 aus Kunststoff versehen, um eine elektro-chemische Bearbeitung in diesem Bereich zu verhindern. Das Basisteil 11 ist weiterhin mit einer Klemmnut 19 versehen, die volbtändig um den Umfang desselben verläuft und die der Befestigung an der Maschine dient, die die Bewegung des Werkstückes relativ zu dem Werkzeug 10 durchführt.

Eine JDiut 25, die einen O-Eing 26 enthält, umgibt den Hohlraum 12 an der oberen Oberfläche des Basisteils 11. Dieser O-Ring bildet einen dichten Eingriff mit der unteren oberfläche des die tlektro-chemische bearbeitung durchführenden Werkzeuges 10, um zu verhindern,-daß der Elektrolyt zwischen dem Werk-

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zeug und dem Basisteil 11 nach, dem Zusammenbau der Vorrichtung auftritt.

Oberhalb des Werkzeuges 10 ist ein jxiederdruckkopf 30 angeordnet, der einen Hohlraum 31 iai"b einem Durchmesser aufweist, der grosser ist aLs der maximale Durchmesser des nicht fertiggestellten Werkstückes und des maximalen Durchmessers der öffnung in dem Werkzeug 10, aber kleiner ist als der gesamte maxi male Durchmesser des Werkzeuges. Der Niederdruckkopf 30 ist ausserdem mit einer Isolierung 34 aus Kunststoff versehen, um eine elektro-chemische Bearbeitung desselben zu verhindern. Auch kann der Niedärdruckkopf aus einem isolierenden Kunststoffmaterial hergestellt sein, da der Druck des in ihm vorhandenen Elektrolyten nicht sehr hoch ist. Ein Austrittsrdbc 32 für den Elektrolyten verläuft von einer öffnung 33 in dem oberen Abschnitt des Hohlraumes 31 durch die Wand des Niederdruckkopfes 30.

An 'der unteren Oberfläche des Hiederdruckkopfes 30 ist eine Ringnut 35 mit einem 0-Ring 36 angeordnet, der im dichten Eingriff mit der oberen Oberfläche des die elektro-chemische Bearbeitung durchführenden Werkzeuges 10 steht, um den Elektro· lyten an einem Austritt zwischen diesen beiden Oberfläche zu hindern, wenn die Torrichtung zusammengebaut und in Betrieb ist.

Der Niederdruckkopf 30 ist mit zwei Niederhalteansätssen 40 versehen, die mit Bolzen 41 zusammenwirken, die wiederum in das Basisteil 11 eingeschraubt werden. Hie in Figur 1 dargestellt, sind die Ansätze 40 geschlitzt> so daß der Niederdruckkopf im Uhrzeigeasinn derart gedreht werden, daß die Ansätze unter die Köpfe der Bolzen 41 gelangen, woraufhin eine Befestigung durch Pestschrauben der Bolzen an diesem Platz' erfolgen kann. Wenn der Niederdruokkopf 30 an seinem Platz angeordnet und befestigt ist, ist das Werkzeug 10 an einer Be-

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wegung gehindert, und die beiden O-Ringe 26 und 36 verhindern einen Austritt des Elektrolyten im Bereich des Werkzeuges.

Ein Werkstückhalter 45 ragt in den Hohlraum 31 des Uiederdruckkopfes 30 hinein und trägt das Werkstück 50 &£· dem anderen Ende. Dieser Werkstückhalter 45 ist auch mit einer isolierenden Auskleidung 46 versehen, um eine elektro-chemische Beaiteitung seiner Teile während des Betriebes zu verhindern. Eine Dichtung 5^ ist zwischen dem Werkstück 50 und dem Niederdruckkopf 30 vorgesehen. Diese Dichtung 51 ist von herkömmlicher Konstruktion und besteht aus einem iEingförmigen Gummiteil 62 mit einer Lippe, die im Eingriff mit dem Werkstückhalter 45 gehalten wird und zwar mit Hilfe von Metallfingern oder -federn. Dieser Gummi ring 51 ist derart konstruiert, daß der Druck in dem Hohlraum y\ die Lippe in einen festeren Eingriff mit dem Werkstückhalter 45 drückt.

In den Figuren 4, 5 und 6 ist das die elektro-chemische Bearbeitung durchführende Werkzeug 10 nach der Erfindung im einzelnen dargestellt. Dieses Werkzeug 10 weist drei bearbeitende Wirkflächen auf. Die die endgültige elektro-chemische Bearbeitung durchführende Wirkfläche -5 verläuft parallel zu der Bewegungsrichtung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück und legt die am weitesten innen liegende Ausdehnung der geneigten bearbeitenden Wirkfläche fest. Die axiale Abmessung A der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche ^ ist so klein wie möglich gehalten, um eine Zunahme der Abtragung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück zu verhindern und über die Ausdehnung des Werkzeuges konstant zu halten, so daß die Abtragung über diese Ausdehnung des Werkzeuges gleich ist.

Die axiale Abmessung der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche liegt im Basich zwischen 0,075 und 0,13 buh, wobei die eingehaltene Toleranz ί 0,013 ηωα beträgt. Die in der Zeichnung dargestellte, die endgültige elektro-chemische

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Bearbeitung durchführende Wirkfläche ist zum Zwecke der besseren Darstellung zu gross dargestellt. Bei dem wirklichen, ausgeführten Werkzeug ist diese Wirkfläche 55 praktisch nicht sichtbar.

Bei der Konstruktion und Anfertigung eines eine elekiro-chemische Bearbeitung durchführenden Werkzeuges dieser Art ist es wichtig, daß die Abmessungen dieses Werkzeuges mit sehr genauen Toleranzen eingehalten werden, wenn eine entsprechend genaue endgültige Herstellung eines Gegenstandes gewünscht wird. Die die endgültige Bearbeitung durchführende Wirkfläche 55 legt die endgültigen Abmessungen und die Gestalt des hergestellten Gegenstandes fest. Die geringe axiale Ausdehnung oder Breite der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche 55 vermindert die Gesamtabtragung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück und daher auch die Gesamtabweichung der Abtragung, die durch andere Faktoren, wie beispielsweise Schwankungen der Spannung, der Elektrolyttemjeratur und der Strömungsgeschwindigkeit bedingt sind. Die die endgültige Bearbeitung durchführende Wirkfläche ist zur Bearbeitung des Werkzeuges nicht unbedingt erforderlich, sie ist aber zur genauen Dimensionierung und Gestaltung des Werkstückes, erforderlich, da sie in sehr genauer Weise die nach innen gerichtete Ausmaß der geneigten, bearbeitenden Wirkfläche 55 festlegt.

Die vordere, eine elektro-chemische Bearbeitung durchführende Wirkfläche 60 ist im wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung des Werkzeuges in das Werkstück angeordnet und dient der Ausbildung und Formung eiiEC öffnung in dem vollen Hohling. Die vordere, eine elektro-chemische Bearbeitung durchführende Wirkfläche 60 weist eine Gestalt auf, de getnetrisch der Gestalt des en<$jiltig herzustellenden Werkstückes ähnlich ist, obwohl die Abmessungen und Proportionen nicht unbsLingt identisch sind.

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Die geneigte, "bearbeitende Wirkfläche 65 verläuft zwischen der vorderen, bearbeitenden Wirkfläche 60 und der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche 55· Die die endgültige Bearbeitung durchführende Wirkfläche legt die endgültigen Abmessungen des Werkzeuges und daher die Gestalt und die Abmessung des fertiggestellten Gegenstandes feit. Theoretisch könnte das Werkzeug nur die vordere, bearbeitende Wirkfläche und eine die endgültige Bearbeitung durchführende Wirkfläche aufweist, eine derartige Vorrichtung würde aber nicht in der Lage. · sein, die starken Ströme zu leiten, die zur Durchführung der Baarbeitung notwendig sind. Die geneigte, bearbeitende Wirkfläche dient zusätzlich der Ausweitung der durch die vordere bearbeitende Oberfläche bereits gebildeten Öffnung, wodurch sie zur Zunahme der Stärke des Werkzeuges und damit zur zusätzlichen Vastärkung und Zunahme der elektrischen Leitung beiträgt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Winkel a, der zwischen der geneigten bearbeitenden Wirkfläche 65 und der Bewegungsrichtung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück liegt ca. 45°, da ein Winkel in diesem Bereich eine gute Strömungscharakteristik des Elektrolyten bedingt und keine übermässige Abtragung zwischen der geneigten Wirkfläche und dem Werkstück erzeugt.

Wie in Figur 5 dargestellt geht von der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfiäche ^ ohne Unterbrechung eine Isolierung 70 aus, die eine weiche und nicht gestörte Strömung des Elektrolyten im Bereich dieser bearbeitenden Wirkflächen zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück unterstützt. Diese Isolierung verläuft von der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche zu dem rückwärtigen Abschnitt des Werkzeuges, um einen elektrischen Strom in diesem Bereich und dadurch eine weitere elektro-chemische Bearbeitung des Werkstückes zu verhindern. Die Isolierung, die mit der geneigten bearbeitenden Wirkfläche 65- ausgerüstet ist, legt die Breite A

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der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche fest. Sie Isolierung an dem nach innen gerichteten Abschnitt der die Zähne bildenden Mittel verläuft von der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche 55» beispielsweise über eine Länge B und ist daran anschliessend auf den hinteren Abschnitt des Werkzeuges mit einem Winkel b geneigt. Dieses erleichtert die Strömung des Elektrolyten über die Isolation und zwischen den bearbeitenden Wirkflächen des Werkstückes und des Werkzeuges.

Bei der Herstellung des Werkzeuges sind die anfangs vorliegenden Abmessungen etwas grosser als die endgültigen Abmessungen des Werkzeuges. Eine flache Oberfläche 71 wird im wesentlichen parallel zu der vorderen bearbeitenden Wirkfläche 60 ausgebildet, woraufhin die Isolierung 70 durch Giessen eines entsprechenden Kunstharzes hergestellt wird, so daß diese Isolierung in die flache Oberfläche 71 Vergeht. Die endgültige Bearbeitung durchführende Wirkfläche ^ wird dann auf das gewünschte Maß geschliffen, wobei nicht nur ein Teil des Metalls, welches schliesslich die die endgültige Bearbeitung durchführende Wirkfläche bildet, sondern auch ein entsprechender Teil* der Isolierung 70 entfernt wird, so daß diese ohne Absatz in die die endgültige Bearbeitung durchführende Wirkfläche übergeht. Danach wird die geneigte Bearbeitende Oberfläche 65 durch eine entsprechende Bearbeitung der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche unter einem bestimmten Winkel ausgebildet- . . ; .

Bei dem zur Herstellung der Isolation 70 verwendeten Material handelt es sich um ein Material, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Material des Werkzeuges Ausserdem ist das Material der Isolation nicht porös₈ widerstandsfähig gegen die Aufnahme von Feuchtigkeit, um auf diese Weise eine Leitung des elektrischen Stromea durch di® Isolierung zu dem Wei(Btück zu verhindern £ind in bezug auf d©a Elektroly-

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ten, der durch, den Baum zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück strömt ι verhältnismässig chemisch neutral. Ein Material, welches zur Isolierung verwendet wurde, ist ein Gießharz mit der Bezeichnung "5^-326O" der Firma Renn Plastics,Jnc., Lansing, Michigan oder ein Gießharz unter der Bezeichnung "SiDY-CASOJ", 2651 MM der Firma Emerson und Ouming, Canton, Massachusetts.

Im Betrieb wird ein Werkstück 50» dessen entsprechende Abmessung grosser ist als die ausseren Abmessungender geneigten bearbeitenden Wirkfläche 65 Kit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit zur Durchführung der Bearbeitung in Zusammenarbeit mit dem die elektrochemische Bearbeitung durchführenden Werkzeug 10 nach unten bewegt. In Figur 4 ist mit Hilfe der strichpunktierten Linie 50a das Ausmaß des nicht bearbeiteten Werkstückes 50 angezeigt. Sie Grössenverhältnisse zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück sind ausserdem aus Figur 3 zu erkennen.

Bei einer besondere vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Zahnräder mit Aussenversahnung aus einem Rohling aus Stahl oder einem anderen elektrisch leitenden Material hergestellt. Hierbei wird die Form des ZaTmrades im wesentlichen durch die vordere bearbeitende Wirkfläohe 60 des Werkzeugs 10 hergestellt. Diese vordere bearbeitende Wirkflache besteht aus einer Anzahl nach innen verlaufender Abschnitte 75 (Figur 4), die die zwischen den Zähnen liegenden Abschnitte des Zahnrades in dem Werkstück 50 ausbilden. Da die vordere bearbeitende Wirkfläche 50 senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Werkstückes in bezug auf das Werkstück verläuft und da verschiedene bearbeitende Bereiche vorgesehen sind, durch die eine unterschiedliche Mengenströmung des Elektrolyten über die verschiedenen vorderen Wirkf lachen bedingt ist, ist die Vorschubgesohwindigkeit des Werkzeuges in das Werkstück zwangsläufig begrenzt. Weiterhin ist die

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Vorsohubgeschwindigkeit geringer als die mögliche Vorschubgeschwindigkeit bei Werkzeugan, die Gegenstände der beiden vorstehend erwähnten Patentanmeldungen sind und bei denen das Werkstück bereits vorausgehend bearbeitet wurde und daher nur noch durch die geneigte, eine elektro-chemische Bearbeitung durchführende Wirkfläche bearbeitet wird«, Die vordere bearbeitende Wirkfläche 60 bildet jedoch die Öffnung oder ©ine Anzahl von Öffnungen in dem vollen Rohling 50 aus«

Da-nach vergrößert, die geneigte bearbeitende Wirkfläche 65 die Öffnung auf die gewünschte, endgültige Form und Gestalt. Wie bereits vorstehend erwähnt, wird die geneigte bearbeitende Wirkfläche so kurz wie möglich gehalten, um eine angemessene und gleichmässige Strömung des Elektrolyten zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück sicherzustellen. Die die endgültige Bearbeitung durchführende Wirkfläche 55 legt die endgültige Gestalt und Abmessung des Werkstückes fest.

In den Figuren 7 und 8 ist eine andere Ausführunfesform der Erfindung veranschaulicht. Figur 7 zeigt eine Ansicht eines eine elektro-chemische Bearbeitung durchführenden Werkzeuges von unten, wobei die Isolierung zur Darstellung der verbesserten Konstruktionsmerkmale des Werkzeuges teilweise weggelassen wurde. Figur δ zeigt einen Querschnitt einer einzelnen, nach innen verlaufenden Hippe. Jede der nach innen verlaufenden oder vorstehenden Bippen 75 ist mit einem Steg 76 versehen, der eine Verlängerung des Körpers das Werkzeuges bildete Hierdurch wird ein grösserer Bereich zur.Verfügung gestellt, durch dencbr elektrische Strom fliessen kann, damit das Werkzeug bedingt durch den verminderten IB Abfallkühler bleibt, da der Widerstand des Werkzeuges geringer wird» Die Stege 76 verbessern ausserdem die mechanische Stabilität des Werkzeuges,

Der Elektrolyt wird dem Hohlraum 12 in dem Basisteil 11 durch, eine Einlaßleitung 20 unter Druck im Bereich von 17,5 kg/cm

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zugeführt. Dieser Druck stellt sicher, daß ein entsprechendes Volumen des Elektrolyten zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück hindurchströmt und daß eine einheitliche Bearbeitung des Werkstückes erfolgt. Diese hohe Strömungsgeschwindigkeit wird vorgezogen, da die anodischen Produkte der elektro-chemischen Bearbeitung entfernt und das Werkzeug und das Werkstück auf einer entsprechenden, angemessenen ^temperatur gehalten werdea Hierdurch wird das Verwerfen und Verziehen des Werkstückes und des Werkzeuges während der Bearbeitung so niedrig wie möglich gehalten, wodurch wiederum eine grosse Maßgenauigkeit erreicht wird. Obwohl die unterschfedlichsten Elektrolyten verwendet werden können, hat sich besonders eine Lösung von 1,8 kg Natronsalpeter und 0,34· kg Natriumchlorid in 30 1 Wasser als vorteilhaft herausgestellt. Während der elektrochemischen Bearbeitung neigt die Temperatur des Elektrolyten bedingt durch die Energieübertragung mit Hilfe des elektrischen Stromes von dem Werkstück auf das Äerkzeug dazu anzusteigen. Deshalb ist ein Wärmetauscher vorgesehen, durch den der Elektrolyt beispielsweise mit einer ^temperatur im Bereich von 50 0 vor dem Wiedereintreten in dem Raum zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück strömt. Im allgemeinen wird der Elektrolyt auch vor Beginn der elektrochemischen Bearbeitung erwärmt und dann auf dieser einmal eingestellten !Temperatur gehalten.

Um eine Kavitation des Elektrolyten in dem Bereich zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück zu verhindern, kann ein Gegendruck in der Auetrittsleitung 32 eingestellt werden, und bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung beträgt dieser Gegendruck 3,5 kg/cm². Bedingt durch diesen verhältnismässig geringen Druck kann der Druckkopf 30 aus leichterem Material hergestellt sein als das Basisteil 11. Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um Kunststoff oder dergleichen, aber auch um Stahl oder anderes Metall handeln.

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Die in den Figuren 7 uncL 8 dargestellte Ausführungsform weist weiterhin eine Anzahl von Öffnungen in der vorderen bearbeitenden Wirkfläche des Werkzeuges auf, und jede dieser öffnungen steht mit dem äusseren Bereich des Werkzeuges in Verbindung, um einen Weg für den Elektrolyten zu bilden, so daß dieser Abschnitt.der vorderen bearbeitenden Wirkfläch© den grössten Bearbeitungsbereich aufweist. Hierdurch ist bedingt, daß grössere Vorschubgeschwindigkeiten möglich sind, da die Strömungscharakteristiken des Elektrolyten verbessert und die Möglichkeit von Kavitation vermindert sind. In Figur 8 sind diese Öffnungen durch Bohren einer Anzahl verhältnisrteaäs&g kleiner Löcher 77 gö^ildet, die serisrecht zu der vorderen bearbeitenden Wirkfläche verlaufen, wobei ein Loch in jedem radial verlaufenden, einen Zahn bildenden Mittel ausgebildet ist. Eine entsprechende Anzahl von Löchern 78, die radial durch den Körper des Werkzeuges zu dem aussen gelegenen Umfangsbereich verlaufen, stehen mit den Löchern 77 in dem Inneren des Werkzeuges in Verbindung. Es ist auch möglich, die Löcher derart diagonal verlaufend anzuordnen, daß sie von der vorderen bearbeitenden Wirkfläche zu dem Aussenbereich des Körpers des Werkzeuges verlaufen.

Wann ein derartiges Werkzeug in Verbindung mit der Vorrichtung der Figur 1 verwendet wird, strö.mt ein Teil des Elektrolyten durch die Löcher 78 nach aussen und nicht in den Hohlraum 31. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß das Volumen des Elektrolyten, das durch diese Löcher strömt, nicht gross .genug ist, die Verengung in dem Rohr 32 zur Bildung des Gegendruckes merklich hez&zus-bzen. Die Verwendung derartiger Löcher bringt den Vorteil mit sich, daß die Anforderungen in bezug auf die Höhe des Gegendruckes herabgesetzt werden, da der Elektrolyt leichter über die bearbeitenden Oberflächen mit einer höheren und gleichmässigeren Geschwindigkeit strömen kann.

Bei einer bestimmten Ausführuoggform wurde eine verhältnismäs- ~ 9098 1 97 07 7 2

sig geringe Potentialdifferenz zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, beispielsweise 8 "bis 15 Volt aufrechterhalten und dementsprechend mit einer Tor Schubgeschwindigkeit von 3,8 mm /min. gearbeitet. Dies hatte eine Abtragung im Bereich von 0,15 mm und eine Oberfläche hoher Güte des fertiggestellten Gegenstandes (Zahnrades) zurFolge. Die Oberflächengüte lag im Bereich von 20 Mikrozoll arithmetischen Durchschnitts.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in den Figuren 9 bis 12 dargestellt ist und bei der die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Teile wie in den Figuren 1 und 2 verwendet wurden handelt es sich um eine Maschine zur Herstellung schräg verzahnter oder schraubenförmiger Zahnräder mit Hilfe der elektro-chemischen Bearbeitung ausgehend von einem vollen Rohling in einem einzigen Arbeitsgang, wobei das Werkstück während des Vorschubes in das Werkzeug gedreht wird.

Aus Figur 9 ist zu entnehmen, daß der Werkstückhalter 45 an einer Abstützung 80 drefcar befestigt ist, die das Werkstück 50 im wesentlichen mit konstafcer Geschwindigkeit in und durch das die elektro-chemische Bearbeitung durchführende Werkzeug 10 vorschiebt. Der Werkstückhalter 45 ist an einer Lagereinheit 85 mit Hilfe von Schrauben 86 über einen Flansch 87 befestigt. Die Einzelheiten dieser Lagereinheit 85 bilden nicht Teil der vorliegenden Erfindung, die Lagereinheit ist aber derart konstruiert, daß der Werkstückhalter 45 nur um seine Achse drehbar und nicht axial oder seitlich mit dem Werkstückhalter 45 relativ zu derÄSärtützung 80 während des Betrieb» drehbar ist.

Eine an dem Niederdruckkopf 50 befestigte Büchse 90 umgibt den Werkstückhalter 45 und ist mit einem schraubenförmigen Schlitz 91 versehen, in dem ein Bolzen 92 verschiebbar angeordnet ist, der wiederum über den Werkstückhalter 45 nach aussen vorsteht. Bei Bewegung des Werkstückhalters 45 nach unten wirkt der Bolzen 92 zusammen mit dem Schlitz 91 derart, daß

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-leWerkstückhalter und damit das Merkstück 50 in bezug auf das Werkzeug 10 gedrsht

Das Werkzeug 10 ist im Querschnitt in Figur 10 dargestellt" und entspricht im wesentlichen dem Werkzeug der JPigur 3«, Das fertiggestellte Zahnrad weist eine Schrägverzahnung auf, deren Winkel durch den Winkel des Schlitzes 91 in der Büchse 90 fest gel@gt ist» Die bearbeitenden Wirkflachen des Werkzeuges 10 entsprechen denjenigen₉ di© bereits "beschrieben wurden« Um jedoch die relative Drehbewegung zwischen den bearbeitenden Zähnen an dem Werkstück und dem Werkzeug zu berücksichtigen, ist die Isolierung 70 von der Brehrichtung unter einem Winkel t weggeneigt, der wenig geringer ist als der SchrägverzahnuiigS' winkel des hergestellten Saüxnrades νωά. zwar um eine Strömung des Elektrolyten zwischen dem Merkstück und dem Werkzeug, über sämtliche bearbeitenden WiÄfläehen su erlauben

Wie in Uigur 11 veranschaulicht ist die Isolierung 70 nur an der Seite des innen verlauf ©sielen Zahn bildenden Abschnittes des Werkzeuges ₉ die sonst das Merkzsug beim Drehen abfangen würde. Di® !©igung der isolierten Oberfläche beginnt nicht unmittelbar angrenzend an die die endgültige Bearbeitung durchführende Wirkfläche 55, dgdie Isolierung 70 dazu dient, die axiale Abmessung der di© endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche 55 festzulegen. Bern zu Folge geht ein kleiner axialer Abschnitt J) der Isolierung von der die endgültige Bearbeitung durchfahrenden Wirkfläche 55 aus und zwar bevor die Isolierung 70 zur Anpassung an -das Werkstück zurückgesebzt ist» Die Isolierung ist dann auf eine Tiefe W weggeschnitten und daran anschliessend unter dem Winkel t geneigt, der wie gesagt grosser ist als der die Sehrägverzahnnng bedingende Winkel. In ligur 12 sind zwei Zähne herstellen* Elemente eines eine elektro-dmisehe Bearbeitung durchführenden Werkzeuges dargestellt, das grundsätzlich demjenigen der Figur 11 entspricht, bei dem aber beide Seiten der Isolierung

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an dem nach innen -verlaufenden Abschnitt des zahnformenden Mittels des Werkzeuges 10 geneigt sind, so daß entweder nach links oder nach rechts schräg verzahnte. Zahnräder mit ein und demselben Werkzeug hergestellt werden können. Wiederum sind die bearbeitenden Oberflächen den vorausgehend beschriebenen identisch, wobei aber der Winkel unter dem die Isolierung geneigt ist, eingeschränkt ist, da Isolierung in dem hintersten Bereich des Werkzeuges verbleiben muss. Wenn also eine Schrägverzahnung mit grossem Neigungswinkel hergestellt wecLen muss, ist die Ausführungsform nach Figur 11 vorzuziehen.

Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur elektro-chemischen Herstellung und Bearbeitung von Zahnrädern aus einem einzigen Werkstück vorherbestimmter Stärke -in einem einsigen, fortlaufenden Arbeitsgang) bei dem ein Elektrolyt .zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug hindurchgeleitet und eine Spannung zwischen diesen (Beilen derart angelegt wird, daß das Werkstück die Anode in bezug auf das Werkzeug bildet, gekennzeichnet durch

ein Werkzeug (10) mit einer Anzahl vorstehender, zahnformender Mittel, die folgende Wirkflächen aufweisens

eine, eine endgültige elektro-clsaische Bearbeitung durchführenden Wirkfläche (55)» die im wesentlichen parallel zu der Längsrichtung der Relativbewegung zwischen dem Werkzeug (10) und dem Werkstück (50) verläuft und eine Abmessung und Gestalt aufweist, die die endgültige Abmessung und Gestalt des fertiggestellten Werkstückes festlegt\

eine vorderen eine elektro-chemische Bearbeitung durchführende Wirkfläche (60), die im wesentlichen senkrecht zu der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche (33) verläuft, um Anfangsöffnungen in dem Werkstück (50) auszubilden, die bereits grundätzlich der Gestalt der herzustellenden Zähne entsprechen} und

eine geneigten, eine elektro-chemische Bearbeitung durchführenden Wirkfläche (65), die zwischen der die endgültige Bearbeitung durchführenden Wirkfläche {33) und der vorderen Wirkfläche (6ö) verläuft,

wobei das Werkzeug (10) WQ& aas Werkstück (50) in bezug aufeinander mit einer im wesentlichen konstanten ■Vorschubgeschwindigkeit bewegbar sind, so daß die vordere die elektrochemische Bearbeitung durchführende Wirkfläche (60) die Öffnungen in dem Werkstück (50) bilden, die grundsätzlich der Gestalt des endgültigen gewünschten Zahnrades entsprachen» woran anschliessend die geneigte, eine elektro-chemische Bearbeitung durchführendeWirkfläche (65) die Öffnungen erweitert, und schliesslich die endgültige Abmessung und Gestalt des Zahnrades wie festgelegt durch die die endgültige elektro-chemische Bearbeitung durchführende Wirkfläche (55? ausgebildet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch'gekennzeichnet, daß an dem Werkzeug (10) eine Isolierung (70) angeordnet ist, die sich glatt und ohne Unterbrechung an die die endgültige elektro-chemische Bearbeitung durchführende Wirkfläche (55) anschliesst, um mit der geneigten Wirkfläche (65) die Breite der die endgültige elektro-chemische Bearbeitung durchführenden Wirkflache i33) festzulegen, wobei die Isolierung )70) von dem hintersten Bereich des Werkzeuges (10) ausgeht, um für eine glatte und nicht unterbrochene Strömung des Elektrolyten über jede Wirkfläche zu sorgeai und gleichzeitig eine weitere elektro-chemische Bearbeitung des Werkstückes durch Unterbrechung der elektrischen Leitung in dem Bereich zu verhindern, in dem sie angeodnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die endgültige Bearbeitung durchführende elektro-chemische Wirkfläche (^3) eine Breite im Bereich Zwischen 0,075 und 0,13 mm aufweist. -

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4k Vorrichtung nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet „ daß der zwischen dem Werkzeug (10) und dem Werkstück (50) strömende Elektrolyt unter Gegendruck steht₉ um die Strömung desselben zwischen sämtlichen einander gegenüberliegenden wirksamen Abschnitten des Werkzeuges und des Merkstückes zn unterstützen.

5ο Vorrichtung naeii inspruch 1₈ dadurch gekennzeichnet daß das Werkzeug (10) an seiner äusseren Peripherie Elemente zur Herstellung von Zähnen aufweist.

6_O Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch getemzeichnet^ daS das Werkzeug (10) an seiner inneren Peripherie Elemente zur Herstellung Ton Zürnen aufweist,

7 - Vorrichtung nach Anspruch 6₉ dadurch gekennzeichnet _% daß die endgültige Abmessung cfer Zähne durch die die endgültige Bearbeitisng durchführend® Wirkfläche (55) steuerbar ist, deren axiale Abmessung im Bereich von O₉075 inid 0_s13 mm liegt»

8. Vorrichtung nach Anspruch 1,. zur Herstellung schräg" verzahnter oder Schraubenräder aus einem vollen, lohling mit Hilfe einer relativen Drehbewegung zwischen dem Werkstück (50) und dem Werkzeug (10) während der Vorschubbewegung des Werkstückes in das Werkzeug^ gekennzeichnet durch drehbar befestigte Mittel (4-5) zum Halten 'des in das Merkzeug ζ,1Ο) vorzuschiebenden Werkstückes (50) und durch

Mittel φ f 91 s 92) zum Drehen des Werkstückhalt ers (45) und damit des Werkstückes (50) beim Vorschieben desselben in das Werkzeug (10).

9» Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,, daß das Werkstück (50) im Uhrzeigersinn dreSoar ist«

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10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sieh eine Isolierung Cö) ohne Unterbrechung glatt an die die endgültige elektrochemische Bearbeitung durchführende Wirkfäche (55) anschliesst, um mit der geneigten Wirkfläche (65) die Breite der die endgültige elektro-chemische Bearbeitung durchführenden ¥irkfläche (55) festzulegen, wobei die Isolierung (70) ausgehend von der die endgültige Bearbeitung durchführenden ¥irkflache (55) mit einem Neigungswinkel zu dem hintersten Bereich des Werkzeuges (10) verläuft, der grosser ist als der Sohrägverzahnungs- oder Schraubenwinkel, um eine relative Drehbewegung zwischen dem Werkzeug (10) und dem WerksSick (50) zu gewährleisten und gleichzeitig einen Eaum zwischen diesen !eilen aufrechtzuerhalten, damit eine gleichmässige und nicht unterbrochene Strömung des Elektrolyten zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück über sämtlichen eine elektrochemische Bearbeitung durchführenden Oberflächen sichergestellt ist·

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Körper, der einstückig mit dem radial vorstehenden, zahnformenden Mittel ausgebildet ist und

durch einen Steg (76), der ebenfalls einstückig mit dem Körper und dem zahnformenden Mittel ausgebildet ist und ausgehend von ^eder vorderen bearbeitenden Wirkfläche (60) nach hinten und in bezug auf den Körper radial verläuft, um einen vergrösserten Bereich zu schaffen, durch den der elektrische Strom strömt, damit der elektrische Widerstand des Werkzeuges (10) herabgesetzt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Körper, der einstückig mit dem zähne formenden Mittel ausgebildet ist,

durch Öffnungen (77) in der vorderen bearbeitenden Wirk- ~~ 9 0 9819/0772 ~~

fläche (60) in jedem radial vorstehenden zahnformenden Mittel und

durch entsprechende öffnungen (78), die radial durch den Körper verlaufen und mit den öffnungen (77) in der vorderen "bearbeitenden Wirkfläche (60) verbunden sind, um einen zusätzlichen Weg für die Elektrolytenströmung zu schaffen, damit die Strömungscharakteristiken des Elektrolyten zwischen dem Werkzeug (10) und dem Werkstück (50) verbessert und der Kavitation engegengewirkt werden.

1$. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Körper, der einstückig mit dem die Zähne formenden Mittel ausgebildet ist und durch eine Anzahl von öffnungen in der vorderen bearbeitenden Wirkfläche (60), wobei jede öffnung mit dem äusseren Bereich des Werkzeuges (10) in Verbindung steht, um einen zusätzlichen Weg für die Elektrolytenströmung zu schaffen, damit die Strömungscharakteristiken des Elektj©· lyten zwischen dem Werkzeug (10) und dem Werkstück (50) ver-■», besser t werden.