DE102008037514A1

DE102008037514A1 - Wälzschälvorrichtung und -verfahren

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Publication number: DE102008037514A1
Application number: DE102008037514A
Authority: DE
Original assignee: Profilator GmbH and Co KG
Current assignee: Profilator GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: US8939687B2; DE102008037514B4; EP2364231A1; US20110268523A1; WO2010060733A1; PL2364231T3; EP2364231B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verzahnen von Werkrädern (6) durch Wälzschälen, mit einer um eine Werkstückdrehachse (13) drehantreibbaren Werkstückspindel zur Aufnahme des Werkrades (6), mit einer um eine Werkzeugdrehachse (13) drehantreibbaren, ein Schneidkanten (5) aufweisendes Schälrad (1) tragenden Werkzeugspindel, wobei die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem festen oder variierbaren Achskreuzwinkel (alpha) zueinander positionierbar sind und zum Zwecke eines Vorschubes und einer Zustellung die Werkzeugspindel relativ zur Werkstückspindel in Radialrichtung und Achsrichtung bezogen auf die Werkstückdrehachse (13) mittels Positionierantrieben verlagerbar ist, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung, um die Positionierantriebe anzusteuern und die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis ggf. mit sich ändernder Phasenlage drehanzutreiben. Um das Fertigungsspektrum zu erweitern, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung so einrichtbar bzw. eingerichtet ist, dass beim Verzahnen eines grob verzahnten oder unverzahnten Rohlings dem axialen Vorschub am Ende des Vorschubes eine radiale Austauschbewegung aus dem Werksrad (6) und/oder zu Beginn des Vorschubs eine radiale Eintauchbewegung in das Werkrad (6) überlagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verzahnen von Werkrädern durch Wälzschälen, mit einer um eine Werkstückdrehachse drehantreibbaren Werkstückspindel zur Aufnahme des Werkrades, mit einer um eine Werkzeugdrehachse drehantreibbaren, ein Schneidkanten aufweisendes Schälrad tragenden Werkzeugspindel, wobei die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem festen oder variablen Achskreuzwinkel zueinander positionierbar sind und zum Zwecke eines Vorschubes und einer Zustellung die Werkzeugspindel relativ zur Werkstückspindel in Radialrichtung und Achsrichtung bezogen auf die Werkstückdrehachse mittels Positionierantrieben verlagerbar ist, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung, um die Positionierantriebe anzusteuern und die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis ggf. mit sich ändernder Phasenlage drehanzutreiben.
Eine Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art wird von der DE 10 2005 049 530 B4 beschrieben. Die dort beschriebene Vorrichtung besitzt Spindelantriebe und Positionierantriebe, die von einer elektronischen Steuereinrichtung angetrieben werden. Dort werden nicht nur die Positionierantriebe sondern auch die Spindelantriebe von sogenannten Torque-Motoren ausgebildet. Derartige Motoren sind sehr steif und unempfindlich gegen Drehmomentstöße.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Verwendung der zuvor beschriebenen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Verzahnen von Werkrädern durch Wälzschälen, mit einem Schneidkanten aufweisenden Schälrad, mit einer um eine Werkstückdrehachse drehangetriebenen Werkstückspindel zur Aufnahme des Werkrades und mit einer um eine Werkzeugdrehachse drehangetriebenen, das Schälrad tragenden Werkzeugspindel, wobei die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem festen oder variablen Achskreuzwinkel zueinander positioniert sind, ein Vorschub bzw. eine Zustellung die Werkzeugspindel rela tiv zur Werkstückspindel in Radialrichtung bzw. Achsrichtung bezogen auf die Werkstückdrehachse erfolgt und die Antriebe von Werkzeugspindel und Werkstückspindel in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis ggf. mit sich ändernder Phasenlage drehangetrieben werden.
Die DE 41 22 460 C1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen von nach innen tiefer werdenden Hinterlegungen an geraden Innenverzahnungen, insbesondere an Schiebemuffen. Die Innenverzahnung soll durch Wälzschälen mit einem Schälrad erzeugt werden, das einem gleichzeitigen Axial- und Radialvorschub bis zum Erreichen der geforderten Hinterlegungstiefe unterliegt. Wegen des zusätzlichen Vorschubs in Umfangsrichtung werden mit diesem Verfahren schrägverlaufende Vertiefungen in vorverzahnte Werkräder eingearbeitet.
Die DE 10 2005 049 528 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von innenverzahnten Werkstücken, wobei die Zähne durch Wälzschälen auf Fertigkontur gebracht werden. Zuvor wurde der Rohling durch Räumen oder durch ein Rollverfahren vorbearbeitet.
Es ist bekannt, das Wälzschälen als Weichbearbeitungsverfahren zum Fertigen von Innenverzahnungen und Außenverzahnungen anzuwenden. Das Wälzschälen ist ein kontinuierliches Verzahnverfahren. Kinematisch liegt es zwischen dem Wälzfräsen und dem Wälzstoßen. Während das Wälzstoßen der Getriebekinematik eines Stirnantriebes ähnelt, ähnelt das Wälzschälgetriebe kinematisch einem Schraubradgetriebe. Mit Wälzschälen lässt sich eine Vielzahl von unterschiedlichen Verzahnungen herstellen. Mit einer windschiefen Anordnung von Werkstückachse und Werkzeugachse können auf einer Maschine sowohl Außen- als auch Innenverzahnungen hergestellt werden. Mit dem Wälzschälen können sowohl geradverzahnte als auch schrägverzahnte Werkstücke hergestellt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Fertigungsspektrum der gattungsbildenden Vorrichtung bzw. des gattungsbildenden Verfahrens zu erweitern.
Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Vorrichtung, die im Anspruch 2 angegebene Verwendung sowie durch das im Anspruch 3 angegebene Verfahren, wobei die Unteransprüche bevorzugte Weiterbildungen der Vorrichtung, der Verwendung oder des Verfahrens sind. Die fakultativ nebengeordneten Ansprüche bilden aber ebenfalls unabhängige Lösungen der Aufgabe.
Das gattungsgemäße Verfahren bzw. die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Bearbeiten verzahnter oder unverzahnter Werkräder wird erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass dem axialen Vorschub eine radiale Austauch- oder Eintauchbewegung aus dem oder in das Werkrad überlagert ist. Das Austauchen erfolgt in einer Zone, die dem Ende des Vorschubs, also dem Ende der Verzahnung zugeordnet ist. Das Eintauchen erfolgt in einer Zone, die dem Beginn des Vorschubs, also dem Beginn der Verzahnung zugeordnet ist. Der Vorschub kann zwischen Eintauchen und Austauchen des Werkzeuges aus dem Werkrad im Wesentlichen rein axial gerichtet sein. Mit der überlagerten Radialbewegung in Form einer Eintauch- bzw. Austauchbewegung lassen sich Verzahnungen erzeugen, deren Zahnnuten am jeweiligen Ende radial und axial in die Oberfläche des unverzahnten Werkrades auslaufen. Es wird zunächst eine Geradverzahnung bzw. eine Schrägverzahnung gefertigt. Das Ende der Verzahnung bzw. des Konturverlaufs der Zahnnuten wird durch Radialkomponente der Austauchbewegung definiert. Mit dieser Art des Verfahrens ist es möglich, Innen- oder Außenverzahnungen zu fertigen, die kurz vor einer Kollisionsflanke, also beispielsweise einer Stufe enden. Anders als beim herkömmlichen Wälzstoßen ist ein endseitiger Freistich oder beim Wälzstoßen ist ein endseitiger Freistich vor der Kollisionsflanke ent behrlich. Jede Zahnnut besitzt dann eine Abschlussfläche, so dass die Zahnnut zumindest einseitig geschlossen ist. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Scheitellinien der Rippen bzw. der Stollen des Schälrades in einer von einer Kegelmantelfläche gebildeten Hüllfläche liegen. Bei dieser Ausgestaltung des Schälrades benötigt die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung nur eine Schwenkachse zum Einstellen des Achskreuzwinkels zwischen Werkstückspindel und Werkzeugspindel. Bezogen auf ein Koordinatensystem, in welchem die Werkstückspindelachse in der Z-Achse liegt und die X-Achse durch die Schneidkantenangriffszone geht, liegt dann die Werkzeugachse in einer Parallelebene zur Y-Z-Ebene. Die Schwenkachse zum Einstellen des Achskreuzwinkels α liegt dann in der X-Richtung, so dass die Werkzeugspindel in der Y-Z-Ebene zur Z-Achse geneigt ist. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verzahnung eines unverzahnten Rohlings im Wege mehrerer aufeinander folgenden Schnitte erfolgt. Mit jedem Schnitt erreicht die Schneidkante eine größere Eintrittstiefe. Die jeweilige Schnitttiefe kann dabei konstant bleiben, so dass schrittweise die Nut zwischen den Zahnflanken vertieft wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die eigenständigen Charakter hat, ist vorgesehen, dass die aufeinanderfolgenden Schnitte jeweils eine verminderte Schnittlänge besitzen. Der erste Schnitt, welcher in den bevorzugt unverzahnten Rohling vorgenommen wird, besitzt dabei die längste Schnittlänge. Der darauf folgende Schnitt ist kürzer. Das Schälrad taucht beim zweiten Schnitt in Achsrichtung vor dem Ende der mit dem ersten Schnitt gefertigten Teilnut aus. Die radiale Austauchbewegung erfolgt somit am Ende des Vorschubs eines jeden Folgeschnitts in Achsrichtung vor der radialen Austauchbewegung eines jeweiligen vorangegangenen Schnittes. Bei dieser Art des Verfahrens ist die radiale Austauchbewegung derart der Axialbewegung überlagert, dass der Grund der gefrästen Nut zu Beginn bzw. am Ende in Form mehrerer in Achsrichtung hintereinanderliegenden Teilrundungen ausläuft. Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren ist es möglich, zu mindest einseitig sackähnlich endende, also geschlossene Zahnnuten einer Innen- oder Außenverzahnung zu fertigen. Es ist sogar möglich, beidseitig sackähnlich endende, also geschlossene Verzahnungen zu fertigen. Das zuvor beschriebene Verfahren erlaubt auch die Fertigung balliger Verzahnungen und insbesondere die Fertigung von Zahnnuten, deren Nutgrund auf einer Kreisbogenlinie bezogen auf die Querschnittsebene liegt. Bei dieser Art des Verfahrens erfolgt die radiale Austauchbewegung als überlagerte Bewegung zur Axialbewegung zu Beginn des Vorschubs und die Eintauchbewegung als Überlagerung zur Axialbewegung zum Ende des Vorschubs. Dem radialen Vorschub kann ein Vorschub in Umfangsrichtung überlagert werden, um schräg verzahnte Zahnräder herzustellen. Der Vorschub wird dabei durch eine Phasenvariation der Drehantriebe für die Werkstückspindel und die Werkzeugspindel realisiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 schematisch die Anordnung von Werkzeug 1 und Werkrad 6 in Richtung auf die X-Y-Ebene,
2 den Schnitt gemäß der Linie II-II in 1 durch die Y-Z-Ebene,
3 vergrößert die Querschnittsfläche im Schnitt gemäß 2,
4 vergrößert den Ausschnitt IV in 3,
5 eine Darstellung gemäß 3 eines komplexeren, mit drei Verzahnungen ausgestatteten Werkstücks und
6 eine Darstellung gemäß 4 einer Außenverzahnung mit beidseitig sackförmigem Ende.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt einen Aufbau, wie er in den Zeichnungen der DE 10 2005 049 530 B4 dargestellt ist. Die Vorrichtung besitzt ein Maschinenbett, welches eine Werkstückspindel trägt. Die Werkstückspindel kann ortsfest am Maschinenbett befestigt sein. Die Werkzeugspindel ist dann relativ gegenüber dem Maschinenbett beweglich. Bevorzugt ist jedoch die Werkzeugspindel ortsfest am Maschinenbett befestigt und die Werkstückspindel wird zum Zwecke der Zustellung und des Vorschubs verlagert. Die Werkstückspindel besitzt einen Torque-Motor, der von einer elektrischen Steuereinrichtung getrieben wird. Das Werkrad sitzt auf der Spindelachse, also auf dem Rotor des Torque-Motors. Der Antrieb der Werkstückspindel kann aber auch über einen Synchron-Motor, ein Untersetzungsgetriebe und/oder einen Riemenantrieb erfolgen.
Eine Werkzeugspindel ist in drei Raumrichtungen als Folge einer Lagerung auf Schlitten linear in Bezug auf das Maschinenbett verlagerbar. Die Verlagerung der Werkzeugspindel erfolgt mittels Positionierantrieben. Letztere können ebenfalls von Torque-Motoren ausgebildet sein. Die Positionierantriebe werden ebenso wie die beiden Spindelantriebe von der Steuereinrichtung angetrieben. Die Werkzeugspindel ist zudem um mindestens eine Achse schwenkbar, um die Werkzeugspindelachse in einen Achskreuzwinkel zur Werkstückspindelachse zu bringen. Die Werkzeugspindel, die ebenfalls bevorzugt von einem Torque-Motor ausgebildet ist, trägt das Schälrad 1. Das Schälrad 1 sitzt unmittelbar auf dem Rotor des Torque-Motors. Alternativ dazu ist es möglich, das Werkzeug von einem Synchron-Motor anzutreiben. Dabei kann das Schälrad auch von einem Untersetzungsgetriebe angetrieben werden. Bevorzugt sitzt das Schälrad 1 unmittelbar auf der Werkzeugspindel.
Mit der elektronischen Steuereinrichtung können programmgesteuert die Positionierantriebe betätigt werden. Dies erfolgt zunächst zur Zustellung der Werk zeugspindel in Bezug auf das Werkstück und nachdem Werkstückspindel und Werkzeugspindel in Synchronlauf zueinander gebracht werden zum Zwecke des Vorschubs. Beim Verzahnen erfolgt der Vorschub in Richtung der Erstreckungsrichtung der Werkstückachse. Bei der Fertigung einer Schrägverzahnung erfolgt der Vorschub ebenfalls in dieser Richtung. Im Zuge der Vorschubs ändert sich jedoch die Phasenlage zwischen Werkstückspindel und Werkzeugspindel. Bei dem Werkzeug handelt es sich um ein Schälrad 1.
Das Schälrad 1 besitzt eine Vielzahl von im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Schälraddrehachse 2 angeordnete Rippen. Diese Rippen verlaufen schräg zur Richtung der Schälraddrehachse 2. Es handelt sich um ein schrägverzahntes Schälrad 2. Der Winkel, um den die Rippen 3 gegenüber der Drehachse 2 versetzt angeordnet sind, entspricht dem Achskreuzwinkel α, auf den nachfolgend noch eingegangen wird. Der Achskreuzwinkel α kann bei etwa 20° liegen. Die Rippen 3 sind an der Umfangsfläche des Schälrades 1 angeordnet. Die Scheitellinien der Rippen 3 können in einer Hüllfläche 4 liegen, die einer Zylinderfläche entspricht. Bevorzugt wird die Hüllfläche 4, in welcher die Scheitellinien der Rippen 3 liegen, aber von einer Kegelmantelfläche gebildet, wobei die gedachte Kegelspitze entfernt von der freien Stirnseite des Schälrades 1 liegt.
Die freie Stirnseite des Schälrades 1 bildet Schneidkanten 5 aus. Die Schneidkanten 5 werden von treppenartig angeschliffenen Stirnseiten der Rippen 3 ausgebildet. Der Treppenschliff ist so ausgelegt, dass die am Werkstück angreifenden Schneidkanten 5 quer zur Vorschubsrichtung liegen.
Zufolge dieser Anordnung ergibt sich ein positiver Spanwinkel. Die Stirnfläche eines jeden Schneidzahnes, welcher mit seinen Rändern die Schneidkante 5 ausbildet, verläuft in einer Ebene, die um den Winkel α, also dem Achskreuzwinkel geneigt zur Drehebene der Werkzeugspindeldrehachse 2 geneigt ist.
Die nicht dargestellte Werkstückspindel besitzt eine Werkstückspindeldrehachse 13, die die Z-Achse eines Koordinatensystems definiert. Die X-Achse dieses Koordinatensystems schneidet die Werkstückdrehachse 13 auf Höhe der Zahneingriffszone, also dem Punkt, an dem die Schneidkante 5 die tiefste Eingriffsstellung in das Werkrad 6 besitzt. Die rechtwinklig dazu verlaufende Achse bildet die Y-Achse. Eine durch die Schälraddrehachse 2 gelegte Parallelebene E zur Y-Z-Ebene besitzt einen Abstand A zur Y-Z-Ebene bzw. zur Werkstückdrehachse 13. Die Schälraddrehachse 2 ist innerhalb dieser um den Achsabstand A von der Y-Z-Ebene beabstandeten Parallelebene E schwenkbar um den Achskreuzwinkel α. Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung benötigt somit lediglich eine Schwenkachse, um den Achskreuzwinkel α einzustellen. Darüber hinaus muss der Achsabstand A variierbar sein. Dies kann entweder durch Verlagerung der Werkstückspindel oder der Werkzeugspindel gegenüber dem Maschinenbett ermöglicht werden.
Bei der Verzahnung wird das Werkrad 6 in Achsrichtung der Werkstückdrehachse 13, also in Z-Richtung vorgeschoben. Auch hier kann alternativ dazu die Werkzeugspindel in entsprechender Weise verlagert werden. Dem axialen Vorschub ist ein radialer Vorschub überlagerbar. Hierdurch lassen sich Verzahnungen erzeugen, bei denen die Zahnnuten in Achsrichtung verschiedene Nuttiefen aufweisen.
Bei der in den 3 und 4 gezeigten Variante wird eine Innenverzahnung 7 gefertigt. Die Innenverzahnung 7 besitzt ein links dargestelltes offenes Ende und ein rechts dargestelltes sackförmiges, geschlossenes Ende. Im Bereich des sackförmigen Endes läuft der Nutgrund 8 unter Ausbildung einer in mehreren Stufen gefrästen Quasi-Rundung in die Außenwandung 9 des Rohlings 6 aus. Zur Fertigung dieser Innenverzahnung wird in einer ersten Abstandsstellung A zunächst mit einem rein axialen Vorschub 10.1 mit einer voreingestellten Schnitttiefe bearbeitet. Zum Ende des axialen Vorschubs wird der Axialkomponente eine Radialkomponente überlagert. Der Achsabstand A wird dabei vermindert, so dass die Schnittlinie 10.1 auf einem Bogen verläuft und eine Rundung 11.1 fertigt, die in die Außenwandung 9 ausläuft.
In einem zweiten Schnitt 10.2, der mit vergrößertem Achsabstand A durchgeführt ist und ebenfalls zunächst rein axial erfolgt, wird der Nutgrund des ersten Schnittes 10.1 um dieselbe Schnitttiefe vertieft. Auch der zweite Schnitt 10.2 geht zum Ende des axialen Vorschubs in einen Rundverlauf über, die radiale Überlagerung erfolgt hier aber in Achsrichtung vorher, so dass die mit dem zweiten Schnitt 10.2 gefertigte Rundung 11.2 in die mit dem ersten Schnitt 10.1 gefertigte Rundung 11.1 ausläuft.
Der dritte Schnitt 10.2 erfolgt bei wiederum vergrößertem Achsabstand A zunächst rein axial bis in den Bereich des Endes der Nut. Auch diesmal erfolgt die Überlagerung der radialen Vorschubskomponente gegenüber dem zuvor getätigten Schnitt 10.2 vorher, so dass die vom dritten Schnitt 10.3 gefertigte Endverrundung 11.3 in die vom zweiten Schnitt 10.2 gefertigte Endverrundung 11.2 ausläuft.
Die diesen Schnitten folgenden Schnitte sind ebenfalls jeweils derartig verkürzt, dass die Endrundungen in die zuvor gefertigten Endrundungen übergehen. In der 4 ist der letzte Schnitt mit 10.4 bezeichnet. Die vom letzten Schnitt gefertigte Endverrundung 11.4 gibt erkennbar in die von dem zuvor gefertigten Schnitt erzeugte Endrundung über.
Das mit dem Verfahren gefertigte Nutende besteht somit aus einer Vielzahl hintereinander liegenden Teilrundungen 11.1, 11.2, 11.3 und 11.4.
Jede Schnittlinie schneidet somit alle vorangegangenen Schnittlinien innerhalb der Querschnittsfläche der Zahnnut.
Bei der zuvor beschriebenen Variante erfolgten die Schnitte 10.1 bis 10.4 jeweils versetzt um denselben Betrag. Es ist jedoch auch möglich, diese Schnitte mit unterschiedlichen Schnitttiefen, beispielsweise mit sich stetig vermindernder Schnitttiefe oder mit stetig vergrößernder Schnitttiefe vorzunehmen.
Die 5 zeigt einen Querschnitt gemäß der 3 eines komplexeren Werkstücks. Dieses Werkstück besitzt eine erste Innenverzahnung 7, die mit dem zuvor Beschriebenen gefertigt werden kann. Das Werkstück besitzt eine weitere Innenverzahnung 14, die an beiden Seiten offen ist. Diese Innenverzahnung 14 besitzt ballige Zähne und insbesondere einen auf einer Bogenlinie verlaufenden Grund der Verzahnung 14. Hier ist die Eintauchtiefe an den beiden Enden der Verzahnung 14 größer als im Bereich der Mitte der Verzahnung 14. Auch hier wird der Achsabstand 8 während des axialen Vorschubs variiert, so dass der Vorschub jeweils zu Beginn und zum Ende eine Radialkomponente erhält. Anders als bei der zuvor beschriebenen Variante wird die Zahnnut aber jeweils zu Beginn und zum Endes des axialen Vorschubs tiefer gefräst. Die Austauchbewegung erfolgt somit zu Beginn des Axialvorschubes und die Eintauchbewegung zum Ende des Axialvorschubs.
Mit der Bezugsziffer 12 ist eine Außenverzahnung bezeichnet, die entsprechend der oben beschriebenen Weise mit einem Schälrad gefertigt werden kann, wobei hier anstelle einer Abstandsvergrößerung zwischen den beiden Achsen eine Abstandsverminderung bzw. umgekehrt stattfindet. Die drei Verzahnungen können in einer Aufspannung gefertigt werden. Das Werkstück 6 kann an der Spannzone 15 von einem Spannfutter gehalten werden.
Die 5 zeigt eine Stufe 16, die hinter dem Ende der Verzahnung 7 liegt. Diese radial einwärts gerichtete Stufe 16 bildet eine Kollisionszone. Das Ende 7' der Nut 7 liegt unmittelbar vor der Stufe 16. Der Abstand kann geringer als der Abstand zweier benachbarter Zähne der Verzahnung sein. Zwischen dem Ende 7' der Nut 7 und der Stufe 16 ist kein Freistich oder dergleichen erforderlich, welches zu einer Materialschwächung führen könnte. Die Scheitellinie der Verzahnung 7 liegt auf der Innenwandung 9 des Rohlings 6, welche sich bis in die Rundung 17 fortsetzt, die in die Stufe 16 übergeht. Der Nutgrund 7 geht im Endbereich 7' gekrümmt in die Wandung 9 des Rohlings über.
Um das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen, besitzt die zuvor beschriebene Vorrichtung die dort erwähnte programmgesteuerte elektronische Steuereinrichtung. Letztere ist so eingerichtet, dass bei Verzahnen eines grob vorverzahnten oder unverzahnten Rohlings dem axialen Vorschub am Ende des Vorschubes eine radiale Austauchbewegung dem Werkrad überlagert ist.
Das zuvor beschriebene Verfahren kann nicht nur an einer Vorrichtung durchgeführt werden, die wie oben ausgeführt voreingestellt ist. Es lässt sich auch die aus der DE 10 2005 049 530 B4 her bekannte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verwenden.
Die 6 zeigt die schrittweise Fertigung einer beidseitig mit einem Sackende versehenen Nut. Der Vorschub erfolgt in Achsrichtung von links nach rechts, entlang der Schnittlinien 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4, wobei sich das Werkzeug jeweils entlang der mit den Pfeilen versehenen Linie bewegt. Die Eintauchkurven sind in der 6 links steiler gezeichnet als es in der Realität möglich ist. Der Eintauchwinkel hängt nämlich vom Freiwinkel des Werkzeuges ab, also vom Kegelwinkel des kegelförmigen Schälrades.
Auch hier erfolgt die schälende Bearbeitung des unverzahnten Rohlings 6 schrittweise. Lediglich beispielhaft werden hier vier Schnitte dargestellt, wobei der erste Schnitt, der entlang der Schnittlinie 10.1 verläuft, der längste Schnitt ist. Der zweite Schnitt 10.2 beginnt in Achsrichtung nach dem Beginn des ersten Schnittes 10.2, so dass die Schneidkanten 5 des Schälrades 1 in die Endrundungen 11.1 eintauchen, die vom ersten Schnitt 10.1 gefertigt worden sind. Nach Fertigung der Endrundung 11.2 erfolgt eine im Wesentlichen rein axiale Vorschubbewegung bis zum Ende der Nut 7. Hier tauchen die Schneidkanten 5 des Schneidrades 1 derart aus der zu fertigenden Innenverzahnung 7 aus, dass die dabei gefertigte Rundung 11.2 in die zuvor gefertigte Rundung 11.1 austritt. Es entsteht hier wie auch eintrittsseitig ein geringfügiger Knick in der Konturlinie. Die Austauchbewegung erfolgt auch hier in Achsrichtung vor der Austauchbewegung des vorangegangenen Schnittes 10.1.
Zu Beginn des dritten Schnittes 10.3 taucht das Schälrad 1 in der Darstellung nach rechts versetzt zur Schnittlinie 10.2 des vorangegangenen Schnittes in das Werkstück 6 ein, so dass sich eine Rundung 11.3 ergibt, die die zuvor gefertigte Rundung 11.2 unter Ausbildung eines Knicks schneidet. Die auslaufende Rundung 11.3 des dritten Schnittes 10.3 schneidet wiederum die auslaufende Rundung 11.2 des zuvor gefertigten Schnitts. Dasselbe gilt für den zuletzt gefertigten Schnitt 10.4, der von allen Schnitten der kürzeste ist. Auch hier werden die aufeinanderfolgenden Schnitte 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 so geführt, dass eine Schnittlinie des Schälrades von allen folgenden Schnittlinien des Schalrades gekreuzt wird, wobei die Kreuzungspunkte innerhalb der Querschnittsebene der Verzahnung liegen.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005049530 B4 [0002, 0017, 0036]
- DE 4122460 C1 [0004]
- DE 102005049528 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Verzahnen von Werkrädern (6) durch Wälzschälen, mit einer um eine Werkstückdrehachse (13) drehantreibbaren Werkstückspindel zur Aufnahme des Werkrades (6), mit einer um eine Werkzeugdrehachse (13) drehantreibbaren, ein Schneidkanten (5) aufweisendes Schälrad (1) tragenden Werkzeugspindel, wobei die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem festen oder variierbaren Achskreuzwinkel (α) zueinander positionierbar sind und zum Zwecke eines Vorschubes und einer Zustellung die Werkzeugspindel relativ zur Werkstückspindel in Radialrichtung und Achsrichtung bezogen auf die Werkstückdrehachse (13) mittels Positionierantrieben verlagerbar ist, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung, um die Positionierantriebe anzusteuern und die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis ggf. mit sich ändernder Phasenlage drehanzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung so einrichtbar bzw. eingerichtet ist, dass beim Verzahnen eines grob vorverzahnten oder unverzahnten Rohlings dem axialen Vorschub am Ende des Vorschubes eine radiale Austauchbewegung aus dem Werkrad (6) und/oder zu Beginn des Vorschubs eine radiale Eintauchbewegung in das Werkrad (6) überlagert ist.
Verwendung einer Vorrichtung zum Verzahnen von Werkrädern (6) durch Wälzschälen mit einer um eine Werkstückdrehachse (13) drehantreibbaren Werkstückspindel zur Aufnahme eines grob vorverzahnten oder unverzahnten Werkrades (6) und einer um eine Werkzeugdrehachse (13) drehantreibbaren, ein Schneidkanten (5) aufweisendes Schälrad (1) tragenden Werkzeugspindel, wobei die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem festen oder variierbaren Achskreuzwinkel (α) zueinander positionierbar sind, zum Zwecke eines Vorschubes und einer Zustellung die Werkzeugspindel relativ zur Werkstückspindel in Radialrichtung und Achsrichtung bezogen auf die Werkstückdrehachse (13) verlagerbar ist und wobei die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis ggf. mit sich ändernder Phasenlage dreh-antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem axialen Vorschub am Ende des Vorschubes eine radiale Austauchbewegung aus dem Werkrad (6) und/oder zu Beginn des Vorschubs eine radiale Eintauchbewegung in das Werkrad (6) überlagert ist.
Verfahren zum Verzahnen von Werkrädern (6) durch Wälzschälen, mit einem Schneidkanten (5) aufweisenden Schälrad (1), mit einer um eine Werkstückdrehachse (13) drehangetriebenen Werkstückspindel zur Aufnahme des Werkrades (6) und mit einer um eine Werkzeugdrehachse (13) drehangetriebenen, das Schälrad (1) tragenden Werkzeugspindel, wobei die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel in einem festen oder variierbaren Achskreuzwinkel (α) zueinander positioniert sind, ein Vorschub bzw. eine Zustellung die Werkzeugspindel relativ zur Werkstückspindel in Radialrichtung bzw. Achsrichtung bezogen auf die Werkstückdrehachse (13) erfolgt und die Antriebe von Werkzeugspindel und Werkstückspindel in einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis ggf. mit sich ändernder Phasenlage drehangetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verzahnen eines grob vorverzahnten oder unverzahnten Rohlings dem axialen Vorschub am Ende des Vorschubes eine radiale Austauchbewegung aus dem Werkrad (6) und/oder zu Beginn des Vorschubs eine radiale Eintauchbewegung in das Werkrad (6) überlagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, Verwendung nach Anspruch 2 oder Verfahren nach Anspruch 3 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung in mehreren aufeinanderfolgenden Schrit ten erfolgt, indem die Zahnnuten der Verzahnung schrittweise vertieft werden.
Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Schritte jeweils eine verminderte axiale Schnittlänge besitzen.
Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Austauchbewegung am Ende des Vorschubes eines jeden Folgeschnitts in Achsrichtung vor der radialen Austauchbewegung des jeweils vorangegangenen Schnittes erfolgt.
Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (5) des eine Schälraddrehachse (2), eine Stirnseite und Umfangsfläche aufweisenden Schälrades (1) von in der Stirnseite angeordneten Rändern von in der Umfangsfläche angeordneten Rippen (3) ausgebildet sind.
Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitellinien der Rippen (3) in einer von einer Kegelmantelfläche gebildeten Hüllfläche (4) liegen.
Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf ein Koordinatensystem, in welchem die Werkstückspindel in der Z-Achse liegt und die X-Achse durch die Schneidkan tenangriffszone geht, die Schälraddrehachse (2) in einer Parallelachse zur Y-Z-Ebene um den Winkel (α) zur Z-Richtung geneigt ist.
Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schnittlinie (10.1, 10.2, 10.3) eines Schnitts von den Schnittlinien (10.2, 10.3, 10.4) aller Folgeschnitte gekreuzt wird, wobei die Kreuzungspunkte der Schnittlinien (10.1, 10.2, 10.3, 10.4) innerhalb einer durch die Scheitellinie (9) der Verzahnung (7) und den Nutgrund (8) der Verzahnung (7) gebildeten Querschnittsfläche der Verzahnung (7) liegt.
Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Austauchbewegung derart der Axialbewegung überlagert ist, dass der Grund (8) der gefertigten Zahnnut (7) in Form mehrerer in Achsrichtung hintereinander liegenden Teilrundungen (11.1, 11.2, 11.3, 11.4) ausläuft.
Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauchbewegung derart der axialen Vorschubbewegung überlagert ist, dass die gefertigte Zahnnut (14) Abschnitte einen gerundeten Verlauf besitzt.
Vorrichtung, Verwendung oder Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (3) des Schälrades (1) einen derartigen Konturverlauf besitzen, dass auch nach mehrmaligem Nachschleifen der Schneidkante (5) sich die Konturlinien der gefertigten Zahnflanken nur geringfügig ändern.