CH684249A5

CH684249A5 - Verfahren zur Herstellung eines formgetreuen Negativformkörpers, Anwendung des Verfahrens sowie damit hergestellte Negativformkörper und Werkzeuge.

Info

Publication number: CH684249A5
Application number: CH1657/91A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Thyssen
Original assignee: Reishauer Ag
Priority date: 1991-06-04
Filing date: 1991-06-04
Publication date: 1994-08-15

Description

1

CH 684 249 A5

2

Beschreibung

Zum Abrichten gioboidartiger Schleifschnecken zum Wälzschleifen von Zahnrädern sind mit Hartstoffkörnern, z.B. mit Diamant oder kubischem Bornitrid, beschichtete Abrichtzahnräder erforderlich, die bezüglich der Flankenform samt Korrekturen (z.B. Balligkeit) exakt den zu schleifenden Zahnrädern entsprechen.

Zur Herstellung solcher Abrichtzahnräder ist es bekannt (Bausch, Zahnradfertigung, Teil A und B, Kontakt und Studium, Band 175, Seiten 502-508) ein in den Dimensionen um die Diamantkorngrösse (ca. 120 bis 180 firn) reduziertes Zahnrad herzustellen und mit Diamantkörnern zu belegen. Das erfolgt z.B. galvanisch in einem Elektrolyten, wobei zwischen Anode und Zahnrad eine Gleichspannung angelegt wird, so dass sich Nickel am Zahnrad galvanisch abscheidet. Diese dünne Nickelschicht von 10-20 um Stärke heftet die unmittelbar am Zahnrad anliegenden Diamantkörner an diesem an. Anschliessend werden die restlichen Diamantkörner entfernt und die Nickelschicht galvanisch auf ca. 80 um verdickt, so dass die Diamantkörner im Nickel eingebettet sind.

Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass wegen der zwangsläufig unterschiedlichen Grösse der Diamantkörner die Soilkontur des Abrichtzahnrades nur punktweise erreicht wird und ein genaues Abrichtzahnrad deshalb nur durch nachträgliches Läppen erreicht werden kann, was aufwendig ist und zu angeflächten Diamanten führt, die grössere Normalkräfte beim Abrichten und eine feiner abgerichteie Schleifscheibe verursachen.

Aus diesem Grunde wurde auch schon vorgeschlagen, ein Abrichtzahnrad ausgehend von einem später abzuschleifenden Negativformkörper herzustellen. Dazu wird der Negativformkörper an der Innenverzahnung in der oben beschriebenen Weise mit Diamantkörnern belegt und die Vernickelung solang fortgesetzt, bis die Zahnlücken der Innenverzahnung mit Nickel gefüllt sind. Der Nickelbelag wird anschliessend ausgeschliffen und ein zylindrischer Stahlkern eingeklebt. Schliesslich wird der Negativformkörper abgedreht und abgeschliffen. Die Schneidkanten der Diamantkörner des Abrichtzahnrades liegen bei diesem Verfahren genau in der Kontur des ursprünglichen Negativformkörpers und müssen daher nicht geläppt werden, sofern nicht geometrische Abweichungen des Herstellungsprozesses dieses erfordern.

Schwierigkeiten bereitet bei diesem Verfahren vor allem die Herstellung eines formgetreuen Negativformkörpers, weil er nicht geschliffen werden kann und die zur Herstellung der Innenverzahnung geeigneten Verfahren zuwenig präzis sind.

Es wurde deshalb schon vorgeschlagen, den Negativformkörper galvanisch ausgehend von einem Positiv-Meisterzahnrad herzustellen, das dem herzustellenden Abrichtzahnrad genau entspricht. Dieses Meisterrad kann sehr präzis geschliffen werden. Nachdem das Meisterrad wiederum in eine hohlzylindrische Spenderanode eingebracht ist, kann dessen Verzahnung aussen dick galvanisch belegt werden, so dass die Zahnlücken des Meisterrades ausgefüllt werden. Das Meisterrad kann dann chemisch weggeätzt werden. Allerdings konzentriert sich bei diesem Verfahren der galvanische Auftrag am Meisterrad auf die Zahnköpfe, weil die Feldlinien im Elektrolyten dort dichter sind als im Zahngrund. Wegen dieses uneinheitlichen Materialauftrages entstehen in der Schicht innere Spannungen, die nach Entfernen des Meisterrrades zu einem Verzug der Zähne des Negativformkörpers führen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Herstellung eines Negativformkörper und eines mit Hartstoffkörnern beschichteten zahnradförmigen Werkzeuges anzugeben, welche formgetreue Negativformkörper und Werkzeuge ergeben. Diese Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte gemäss den Ansprüchen 1 und 6 gelöst. Der erfindungsgemässe Negativformkörper und das erfindungsgemässe Werkzeug sind in den Ansprüchen 4 und 7 umschrieben.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Stirnansicht eines Meisterrades und eines Negativrohlings,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 vor dem Ausfüllen des Spaltes,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1 nach dem Ausfüllen des Spaltes,

Fig. 4 eine Stirnansicht einer Negativform und einer Werkzeugnabe,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4 beim Belegen der Negativform mit Diamantkörnern, Fig. 6 einen Schnitt entsprechend Fig. 5 vor dem Ausfüllen des Spaltes, und

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII—VII in Fig. 5 nach dem Ausfüllen des Spaltes.

In Fig. 1 ist ein Meister-Zahnrad 1 und ein Negativrohling 2 dargestellt. Das Meisterrad 1 kann z.B. aus Stahl oder Aluminium bestehen. Seine Verzahnung 3 ist exakt auf die Form des herzustellenden Abrichtzahnrades geschliffen. Es kann aussen mit einer elektrischen Kontaktschicht belegt sein. Der Negativrohling 2 umgibt die Verzahnung 3 allseits mit Spiel (Spalt 4) und hat also eine der Verzahnung 3 entsprechende Negatiwerzahnung 5. Der Spalt 4 ist längs der Mittelebene 6 des Meisterrades 1 über den Umfang gleichmässig und beträgt dort z.B. ca. 0,5 mm. Der Spalt 4 erweitert sich von der Mittelebene 6 aus nach beiden Stirnseiten gleichmässig auf z.B. ca. 1 mm. Er ist also an Kopf und Fuss der Verzahnung konisch, an den Flanken dieser Verzahnung 5 keilförmig, was in Fig. 2 und 3 stark übertrieben dargestellt ist.

Nach dem Ausrichten des Meisterrades 1 und des Negativrohlings 2 wird der Spalt 4 an beiden Stirnseiten mit Spenderanoden 7 z.B. aus Nickel oder Kupfer abgeschlossen und mit einem Elektrolyten gefüllt. Die Anoden 7 sind durch Isolationsschichten 8 von Meisterrad 1 und Negativrohling 2 elektrisch isoliert, die gemeinsam an den Minuspol einer Gleichspannungsquelle 9 angeschlossen werden, deren Pluspol mit den Spenderanoden verbunden ist. Der Spalt 4 wird nun wegen des sich von

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

2

3

CH 684 249 A5

4

der Mitte erweiternden Spaltes von der Mitte her galvanisch mit Nickel oder Kupfer aufgefüllt. Dadurch wird eine absolut spannungsfreie und lunkerfreie Nickelschicht 10 (Fig. 3) auf den Negativrohling 2 aufgebracht, die innen genau die Form des herzustellenden Abrichtzahnrades hat.

Nun wird das Meisterrad 1 weggeätzt. Der aus Negativrohling 2 und Schicht 10 bestehende Negativformkörper 11 wird anschliessend innen mit Diamantkörnern beschichtet. Dazu wird in den Negativformkörper eine Spenderanode 12 aus Nickel (oder z.B. aus Kupfer) eingebracht, die verzahnt sein kann, um eine gleichmässige Feldlinienverteilung zwischen Anode 12 und Negativform 11 zu erreichen. Der Spalt 13 zwischen Anode 12 und Nega-tivformkörper 11 wird mit Diamantkörnern 14 gefüllt und von einem Elektrolyten durchströmt. Nach Anlegen der Spannungsquelle 9 zwischen Anode 12 und Negativformkörper 11 werden die an dem Negativformkörper anliegenden Diamantkörner 14 an den Negativformkörper angenickelt, wobei eine Schichtstärke der Nickelschicht von 10-20 p.m zweckmässig ist.

Nach Entfernen der Anode 12 und der überschüssigen Diamantkörner 14 wird in den Negativformkörper 11 ein an die Verzahnung 5 angepass-ter Werkzeugkern 15 aus Stahl eingebracht. Der Spalt 16 zwischen Kern 15 und Negativformkörper 11 ist in gleicher Weise wie der Spalt 4 in der Mittelebene 17 des Kerns 15 über den Umfang gleichmässig und beträgt dort z.B. ca. 0,5 mm. Der Spalt 16 erweitert sich wiederum gegen die Stirnflächen 18 des Kerns 15 gleichmässig auf z.B. ca. 1 mm, was in Fig. 6 stark übertrieben dargestellt ist. In analoger Weise wie beim Verfahrensschritt nach Fig. 2 wird wiederum der Spalt 16 durch Nickel aus den Spenderanoden 7 von der Mittelebene 17 her aufgefüllt, so dass sich eine lunker- und spannungsfreie zweite Nickelschicht 19 bildet, in der die Diamantkörner 14 vollständig eingebettet sind.

Zur Fertigstellung des Abrichtzahnrades wird in bekannter Weise zunächst der Negativformkörper 11 bis nahezu auf den Aussendurchmesser der Schicht 19 abgedreht und der Kern 15 auf die Werkstückspindel einer Wälzschleifmaschine eingespannt. Im Tauchverfahren wird nun bei synchron drehender Werkstückspindel und Schleifspindel mit einer anfänglich zylindrischen Schleifscheibe der Rest des Negativformkörpers 11 weggeschliffen, wobei gleichzeitig die Schleifscheibe zu einer glo-boidförmigen Schleifschnecke abgerichtet wird.

Das nach diesem Verfahren hergestellte Abrichtzahnrad 20 bestehend aus dem Kern 15, der Nikkeischicht 19 und den darin eingebetteten Diamantkörnern 14 ist hervorragend formtreu zum ursprünglich hergestellten Meisterrad 1. Die Arbeitskanten der Diamantkörner 14 liegen exakt in dessen Aus-senkontur, so dass kein Nachläppen erforderlich ist. Die Diamantkörner 14 können in der Grösse relativ stark streuen, ohne dass dies einen Einfluss auf die Formtreue hat. Sie sind sehr gut in der Nickelschicht 19 eingebettet. Diese Schicht 19 ist relativ dünn, so dass das Abrichtzahnrad hauptsächlich aus Stahl besteht und deshalb eine hohe Festigkeit und Starrheit hat.

Abweichend vom beschriebenen Herstellverfahren kann die Schicht 10 auch aus einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt (z.B. Woodsches Metall) oder aus Kunstharz gegossen werden. Auch in diesem Fall ist der von der Mittelebene 6 erweiterte Spalt 4 sinnvoll zur Vermeidung von Lunkern. Wird die Schicht 10 aus Metall gegossen, so kann sie zum Entfernen des Negativformkörpers aufgeschmolzen werden. Der Negativrohling 2 ist in diesem Falle wiederverwendbar. Für den Negativrohling 2 können auch Nichtmetalle, z.B. Keramik, verwendet werden, die eine hohe Formstabilität garantieren. Beim Ausgiessen des Spaltes 4 können grössere als die beschriebenen Spaltbreiten und grössere Konus bzw. Keilwinkel des Spaltes 4 zweckmässig sein.

Abweichend vom beschriebenen Verfahren kann die Fläche 6, 17 der engsten Stellen des Spaltes 4 bzw. 16 mit der einen Stirnfläche des Negativrohlings 2 bzw. des Kerns 15 zusammenfallen, sodass der Spalt 6, 17 nur nach einer Seite erweitert ist.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines formtreuen Negativformkörpers, umfassend folgende Schritte:

a) ein Positivformkörper (1) wird mit Spiel in einen entsprechend geformten Negativrohling (2) eingebracht, wobei der Spalt (4) zwischen Positivformkörper (1) und Negativrohling (2) ausgehend von einer Schnittfläche (6) mindestens einseitig kontinuierlich erweitert ist;

b) der Spalt (4) zwischen Positivformkörper (1) und Negativrohling (2) wird mit einem Material aufgefüllt, das eine Schicht (10) auf dem Negativrohling (2) bildet;

c) der Positivformkörper wird durch chemisches Auflösen oder Schmelzen entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schicht (10) durch galvanisches Auftragen hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schicht (10) gegossen wird.

4. Negativformkörper hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1, umfassend einen Negativrohling (2) und eine auf den Negativrohling (2) aufgebrachte Schicht (10) die ausgehend von einer Schnittfläche (6) gegen mindestens eine Stirnseite des Negativrohling (2) kontinuierlich verdickt ist.

5. Negativformkörper nach Anspruch 4, wobei die Schicht (10) aus Nickel, Kupfer oder einem niedrig schmelzenden Metall besteht.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung eines mit Hartstoffkörnern beschichteten, zahnradförmigen Werkzeuges, insbesondere eines Abrichtzahnrades oder eines Honzahnrades, umfassend folgende Schritte:

a) ein dem herzustellenden Werkzeug (20) formgetreu entsprechendes Meisterrad (1 ) wird mit Spiel in einen der Verzahnung (3) des Meisterrades (1) entsprechenden Negativrohling (2) eingebracht, wobei der Spalt (4) zwischen den Verzahnungen (3, 5) von Meisterrad (1) und Negativrohling (2) ausgehend von einer Schnittebene (6) des Meisterrades (1) mindestens einseitig kontinuierlich erweitert ist;

b) der Spalt (4) zwischen Meisterrad (1) und Ne-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 684 249 A5

gativrohling (2) wird mit einem Material aufgefüllt, das eine erste Schicht (10) auf dem Negativrohling (2) bildet.

c) das Meisterrad wird durch Wegätzen oder Schmelzen entfernt;

d) die erste Schicht (10) in der Verzahnung (5) des Negativrohlings (2) wird mit Hartstoffkörnern

(14) belegt;

e) in die erste Schicht (10) wird eine entsprechend verzahnte Werkzeugnabe (15) mit Spiel eingebracht, wobei der zweite Spalte (16) zwischen den Verzahnungen von Werkzeugnabe (15) und erster Schicht (10) ausgehend von einer Schnittebene (17) der Werkzeugnabe (15) mindestens einseitig erweitert ist;

f) der zweite Spalt (16) zwischen Werkzeugnabe und erster Schicht (10) wird mit Spenderanoden (7) abgeschlossen, die gegenüber Werkzeugnabe (15) und Negativrohling (2) elektrisch isoliert sind, und der zweite Spalt (16) wird von einem Elektrolyten durchströmt;

g) der zweite Spalt (16) zwischen Werkzeugnabe

(15) und erster Schicht (10) wird galvanisch durch Material der Spenderanoden (7) ausgefüllt, so dass sich eine galvanische, zweite Schicht bildet, in der die Hartstoffkörner (14) eingebettet sind;

h) der Negativrohling (2) wird bis annähernd zum Aussendurchmesser der ersten Schicht (10) abgedreht und an schliessend der Rest des Negativrohlings (2) und die erste Schicht (10) mit einer Schleifscheibe im kontinuierlichen Wälzeingriff im Tauchverfahren abgeschliffen.

7. Nach der Anwendung gemäss Anspruch 6 hergestelltes, zahnradförmiges, mit Hartstoffkörnern beschichtetes Werkzeug (20) umfassend eine verzahnte Werkzeugnabe (15) und eine galvanische Beschichtung (19), in welcher die Hartstoffkörner (14) eingebettet sind, wobei die Beschichtung (19) ausgehend von einer Schnittebene (17) des Werkzeuges (20) in Achsrichtung mindestens gegen die eine Stirnfläche (18) des Werkzeuges (20) kontinuierlich verdickt ist.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, wobei die Beschichtung (19) am zylindrischen Zahngrund und am zylindrischen Zahnkopf ausgehend von der Schnittebene (17) konisch und an den Zahnflanken keilförmig verdickt ist.

9. Werkzeug nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Werkzeugnabe (15) aus Stahl und die Beschichtung (19) aus Nickel oder Kupfer besteht.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Hartstoffkörner (14) aus Diamant oder kubischem Bornitrid bestehen.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

4