00001 Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Hinterlecrun-
00002 gen an Zahnflanken 00003
00004
00005 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfah-
00006 ren zum Erzeugen von Hinterlegungen oder dergleichen an
00007 Zahnflanken von innen- oder außenverzahnten Werkrädern
00008 durch spanende Bearbeitung des drehangetriebenen Werkra-
00009 des mittels eines ebenfalls drehangetriebenen Schneid-
00010 kanten-Werkzeuges, welches um eine zur Werkradachse
00011 parallelen Werkzeugachse in einem festen, aber in der
00012 Phasenlage veränderbaren Drehzahlverhältnis zum Werkrad
00013 dreht, dessen Schneidkante zufolge einer der Drehbewe-
00014 gung überlagerten Kombination von Variation des Achsab-
00015 Standes und Variation der Phasenlage auf einer der
00016 Hinterlegungsform, entsprechenden Hüllkurve vorgeschoben
00017 wird. 00018
00019 Aus der DE 42 00 418 Cl oder der EP 0 550 877 Bl sind
00020 Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt. Bei den Verfahren
00021 bzw. den Vorrichtungen entspricht die Form der Hinterle-
00022 gung dem spanabhebenden Flugkreisabschnitt des verwende-
00023 ten Einzahnschlagzahnmessers . Dies ist eine Zykloide.
00024 In der Praxis werden aber andere Hinterlegungskonturen
00025 gewünscht. Für ein Mehrzahnwerkzeug schlägt die DE 199
00026 33 137 AI vor, die Zähne unterschiedlich zu gestalten,
00027 so dass sich die Hüllkurven der spanabhebenden Flug-
00028 kreisabschnitte der einzelnen Zähne zu der gewollten
00029 Hinterlegungskontur ergänzen. Bei dem dort gezeigten
00030 Verfahren bzw. mit der dort beschriebenen Vorrichtung
00031 ist aber ein Nachschärfen des Mehrzahnwerkzeuges kaum
00032 möglich. 00033
00034 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungs-
00035 gemäße Verfahren bzw. die gattiingsgemäße Vorrichtung
00036 leistungssteigernd zu verbessern. 00037
00038 Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schneidkante
00039 bei sich vergrößerndem Achsabstand mit zum Vorschub
00040 gegenläufiger Schnittrichtung arbeitet. Der spanabheben-
00041 de Flugkreisabschnitt der Schneidkante durchfährt das
00042 Werkstück somit von außen nach innen. Wird das Verfah-
00043 ren beispielsweise zum Einfräsen von Hinterlegungen an
00044 verzahnten Werkstücken benutzt, so erfolgt der Spanab-
00045 hüb bei jedem Schnitt von außen nach innen. Die Bearbei-
00046 tung selbst erfolgt aber schrittweise von innen nach
00047 außen. Das Werkzeug kann als Einzahn-Schlagmesser ausge-
00048 bildet sein. Es ist aber auch vorgesehen, das Werkzeug
00049 als Mehrzahn-Messer auszubilden. Insbesondere kann das
00050 Mehrzahn-Messer linke und rechte Schneidkanten ausbil-
00051 den, so dass auf beiden Zahnflanken von Zähnen eine
00052 Hinterlegung profiliert werden kann. Bei einem innenver-
00053 zahnten Werkrad wird bei zunächst im Ohrzeigersinn
00054 drehenden Werkrad die linke Flanke und dann durch Dreh-
00055 richtungswechsel die rechte Zahnflanke bearbeitet. Wird
00056 die linke Zahnflanke bearbeitet, so laufen die zur
00057 Bearbeitung der rechten Flanken vorgesehenen Schneidkan-
00058 ten frei durch die Lücken des Werkrades. Zufolge der
00059 erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die Schneiden nach-
00060 schärfbar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der
00061 erfindungsgemäßen Vorrichtung können beliebige Flanken-
00062 konturen bearbeitet werden. 00063
00064 Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
00065 dass die Schneidkante mit einem sehr geringen Winkel
00066 aus der Zahnflahke austaucht. Dieser Winkel liegt unter-
00067 halb eines Winkels, bei welchem sich Grate bilden, so
00068 dass sich allenfalls minimale, tolerierbare Grate bil-
00069 den. Dadurch kann ein Entgraten des gefrästen Werkrades
00070 durch Nachbearbeitung im Bereich der Flanke unterblei-
00071 ben. Allenfalls im Bereich der Protuberanz können Grate
00072 entstehen, die eventuell durch Nachbearbeitung entfernt
00073 werden müssen. Bevorzugt erfolgt der Vorschub stetig.
00074 Dabei wird sowohl die Abstandsvariation als auch die
00075 Phasenlagenvariation stetig geändert, so dass nach
00076 einer Vollumdrehung des Werkrades bzw. nach Vollendung
00077 der geschlossenen Zykloide Span für Span aus der Zahn-
00078 flanke abgetragen wird, wobei der Schnitt in Richtung
00079 der Zahnlücke erfolgt, der Vorschub allerdings in Gegen-
00080 richtung. Die Zykloidenparameter sind so eingestellt,
00081 dass die Wendepunkte der Zykloiden außerhalb des spanab-
00082 hebenden Flugkreisabschnittes liegen. Zur Erzeugung
00083 einer Hinterlegung an einem verzahnten Werkzeug wird
00084 zunächst eine Zahnflanke bearbeitet. Dies erfolgt bevor-
00085 zugt mit einem Mehrzahnwerkzeug. Hierzu wird das Mehr-
00086 zahnwerkzeug bei einem außenverzahnten Werkrad durch
00087 Verringerung des Achsabstandes und bei einem innenver-
00088 zahnten Werkrad durch Vergrößerung des Achsabstandes
00089 dem sich drehenden Werkstück zugestellt. Dabei wird die
00090 Phasenlage so gelegt, dass die Schneidzähne berührungs-
00091 frei in die Zahnlücken des Werkstückes eingreifen.
00092 Nachdem der Achsabstand sein Minimum bzw. sein Maximum
00093 erreicht hat, erfolgt zunächst eine reine Eintauchbewe-
00094 gung, wobei lediglich die Phasenlage verändert wird.
00095 Bei festgehaltenem Achsabstand tritt der spanabhebende
00096 Flugkreisabschnitt der Schneidkanten bis auf Solltiefe
00097 in das Werkstück hinein. Hierbei kann ein Grat entste-
00098 hen. Erst danach erfolgt durch gleichzeitige Vergröße-
00099 rung (außenverzahntes Werkrad) bzw. Verkleinerung (in-
00100 nenverzahntes Werkrad) des Abstandsmaßes und Änderung
00101 der Phasenlage das schrittweise Ausfräsen der Profil-
00102 form bzw. der Hinterlegung. Die Schrittweite, die durch
00103 die Vorschubgeschwindigkeit vorgegeben wird, ist so
00104 gewählt, dass die austauchende Schneidkante im Wesentli-
00105 chen ohne Gratbildung den Span vom Werkstück löst.
00106 Dabei wird eine nahezu frei wählbare Konturlinie abge-
00107 fahren. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorge-
00108 sehen, dass die Phasenlage durch eine Drehung der die
00109 Werkzeugachse und die Werkstückachse schneidenden Ab-
00110 Standsstricke im Raum variiert wird. Dies kann dadurch
00111 erfolgen, dass entweder die Werkstückachse oder die
00112 Werkzeugachse in einer Ebene, die die jeweilige Achse
00113 rechtwinklig schneidet, verlagerbar ist. Dann braucht
00114 zur Phasenlagenveränderung die Drehzahl nicht variiert
00115 zu werden. Werkstückachse und Werkzeugachse drehen
00116 gleichförmig weiter. Vorschub und Zustellung erfolgen
00117 lediglich durch eine Verlagerung einer der beiden Ach-
00118 sen in der besagten Ebene. 00119
00120 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand beige-
00121 fügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen: 00122
00123 Fig. 1 in grobschematisierter Darstellung eine Zahn-
00124 flanke und insgesamt elf Flugkreisabschnitte
00125 einer eine Evolventenflugbahn beschreibenden
00126 Schneidkante als Folge des erfindungsgemäßen
00127 Vorschubs, 00128
00129 Fig. 2 eine Darstellung gemäß Fig. 1 vor dem Eintau-
00130 chen, 00131
00132 Fig. 3 eine Darstellung gemäß Fig. 1 nach dem ersten
00133 Spanabhub, 00134
00135 Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 1 nach dem dritten
00136 Spanabhub, 00137
00138 Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 1 nach dem sech00139 sten Spanabhub, 00140 00141 Fig. 6 eine Darstellung gemäß Fig. 1 nach dem achten 00142 Spanabhub, 00143 00144 Fig. 7 die Parametersätze Achsabstand/Phasenwinkel 00145 als Abhängigkeit vom Werkzeugradius, 00146 00147 Fig. 8 ein zahnradförmiges Schneidwerkzeug, 00148 00149 Fig. 9 einen Schnitt gemäß der Linie IX-IX in Fig. 8, 00150 00151 Fig. 10 eine Prinzipdarstellung einer Innenradbearbei- 00152 tung, 00153 00154 Fig. 11 ein Werkzeug eines zweiten Ausführungsbeispie00155 les, 00156 00157 Fig. 12 eine Draufsicht auf einen zwei Schneidkanten 00158 ausbildenden "Zahn" , 00159 00160 Fig. 13 ein Schnitt gemäß der Linie XI-XI in Fig. 11 00161 und 00162 00163 Fig. 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin00164 dung, bei dem die Phasenlage durch Drehung der 00165 Achsabstandsstrecke im Raum variiert wird. 00166 00167 Die Erläuterungen des Ausführungsbeispieles beziehen 00168 sich auf die Verwendung des Verfahrens zum Erzeugen von 00169 Hinterlegungen an zahnradförmigen Werkstücken. Das 00170 Verfahren kann aber auch an andersgestalteten Werkstük- 00171 ken ausgeübt werden. 00172
00173 Elemente einer Vorrichtung zur ---lurchführung des Verfah- 00174 rens zeigen die DE 42 00 418 Cl und die EP 0 550 877 00175 Bl. Das Werkzeug ist dort ein drehangetriebenes Ein- 00176 zahn-Schlagmesser, welches um eine ortsfeste Achse 00177 dreht. Das Werkstück kann ein innen- oder außenverzahn00178 tes Werkrad sein. Das Werkrad dreht ebenfalls auf einer 00179 ortsfesten Achse. Im Ausführungsbeispiel liegen beide 00180 Achsen parallel zueinander. Die beiden Achsen können 00181 aber auch einen Achskreuzwinkel zueinander haben. Die 00182 Bearbeitung folgt im Zahneingriff, das bedeutet, dass 00183 Werkrad- und Werkzeugachse in einem festen Drehzahlver00184 hältnis zueinander drehen. Relativ zum Werkrad be00185 schreibt das Einzahn-Schlagmesser dann eine Zykloideribe- 00186 wegung. 00187 00188 Erfindungsgemäß erfolgt der Vorschub des Werkzeuges 00189 dadurch, dass sich der Achsabstand A zwischen der Werk00190 radachse und der Werkstückachse stetig ändert. Gleich00191 zeitig mit dieser Variation des Achsabstandes wird auch 00192 die Phasenlage P stetig geändert. Die Änderung erfolgt 00193 derart, dass die spanabhebenden Flugkreisabschnitte, 00194 also diejenigen Kurvenabschnitte der Zykloiden, die aus 00195 der Zahnflanke Späne heraustragen, auf einer Hüllkurve 00196 laufen, die der Form der Hinterlegung entspricht. Die 00197 Variation von Achsabstand und Phasenlage erfolgt demzu00198 folge nach einem vorbesti mten Bewegungsgesetz (vgl. 00199 Fig. 7) . 00200 00201 Ferner ist wesentlich, dass der Vorschub gegenläufig 00202 zur Schnittrichtung erfolgt. Der erste Schnitt beginnt 00203 am Zahnfuß 4 und der letzte Schnitt endet im Zahnfirst- 00204 bereich 3, wobei die Schnittrichtung immer vom First 3 00205 zum Fuß geht .
00207 Die Fig. 1 zeigt I - XI aufeinanderfolgende Flugkreise
00208 einer Schneidkante . Jeder dort dargestellte Flugkreis
00209 wird nach Durchlaufen einer Vielzahl geschlossener
00210 Zykloide nach dem Vorhergehenden erreicht. Mit den
00211 Schneidkanten 10, 11 werden aus den Zahnflanken 2 eines
00212 Zahnrades 1 Hinterlegungen 5 herausgefräst. Dies er-
00213 folgt spanweise in Richtung der durch die Variation des
00214 Achsabstandes A und der Variation der Phasenlage P
00215 definierten Richtung des Vorschubes V. Die Richtung des
00216 Vorschubes V hängt von den Parametern der Achsabstands-
00217 Variationsgeschwindigkeit und Änderungsgeschwindigkeit
00218 ab. Die Richtung des Vorschubes ist deshalb nicht kon-
00219 stant, sondern ändert sich im Laufe der Bearbeitung. 00220
00221 Die Fig. 3 zeigt den Flugkreisabschnitt I der Schneid-
00222 kante 10, 11 vor dem Eintauchen in das Werkstück. Die
00223 Zustellung bis in diese Position erfolgt durch Verringe-
00224 rung des Achsabst ndes, wobei das insbesondere fräser-
00225 förmige Werkzeuge 9 mit seinen die Schneidkanten ausbil-
00226 denden Zähnen mit den Zähnen des Werkstückes 1 kämmt.
00227 In der in Fig. 2 dargestellten Lage hat das Abstandsmaß
00228 von Werkstückachse zu Werkzeugachse bei einem zu bear-
00229 beitenden innenverzahnten Werkrad sein Maximum. Durch
00230 Änderung der Phasenlage wird der Flugkreis der Schneid-
00231 kante in Richtung des dort dargestellten Pfeiles E
00232 verlagert, so dass der Flugkreisabschnitt spanend in
00233 die Zahnflanke 2 eintauchen kann. 00234
00235 In der Fig. 3 ist die Wirkung dieses durch das Eintau-
00236 chen erzeugten ersten Schrittes dargestellt. Aus der
00237 Zabnflanke 2 wurde ein bogenförmiger Abschnitt 6 heraus-
00238 gefräst. Die Eintauchtiefe entspricht hier der Solltie-
00239 fe. 00240
00241 Im Weiteren wird jetzt das Achsabstandsmaß gleichzeitig 00242 mit der Phasenlage derart variiert, dass der Achsab00243 stand (bei einem innenverzahnten Werkrad) stetig verrin00244 gert wird. Hierdurch wird der Flugkreisabschnitt auf 00245 einer Hüllkurve verlagert, die der Fertig-Profilform 00246 entspricht. Die Verlagerung des Flugkreises erfolgt in 00247 einer sich ändernden Richtung des Pfeiles V. Die 00248 Schnittrichtung ist hierzu gegenläufig. 00249 00250 Die Fig. 4 zeigt die Wirkung des mit IV bezeichneten 00251 Schnittes. Bei diesem Schnitt taucht die Schneidkante 00252 am Punkt 8 aus dem Boden des zuvor durchgeführten 00253 Schnittes aus. Der Austauchwinkel ist so gering, dass 00254 sich dort kein Grat bildet. Der UtT-kehrp-inkt der Zykloi- 00255 de liegt immer außerhalb des spanabhebenden Flugkreisab00256 schnittes. Der Uι.--keh--^unkt kann aber innerhalb des 00257 bereits profilierten Flankenabschnittes 7 liegen. 00258 00259 Die Kontur der Hinterlegung wird durch die Phasenlage 00260 zu jedem Achsabstand definiert. Der diesbezügliche 00261 Zusammenhang zwischen Phasenlage und Achsabstand zeigt 00262 beispielsweise die in der Fig. 7 wiedergegebene Kurve. 00263 Der Verlauf dieser Kurve definiert die Form der Hinter00264 legungskontur. 00265 00266 Die Fig. 7 zeigt zwei Parametersätze Achsabstand/Phasen00267 winkel jeweils für unterschiedliche Werkzeugradien. Die 00268 mit A bezeichnete Kurve betrifft ein Werkzeug mit einem 00269 größeren Werkzeugradius, als die mit B bezeichnete 00270 Kurve. Der Werkzeugradius ändert sich dadurch, dass das 00271 Werkzeug nachgeschliffen wird. Dadurch verschieben sich 00272 die Kurven zu geringeren Achsabständen. Die Kurven sind 00273 dort keine Geraden, da ihr Verlauf die Profil-Kontur 00274 der Hinterlegung bestimmt. 00275
00276 Ein als Mehrzahnmesser ausgebildetes Werkzeug zeigt die 00277 Fig. 8. Das Messer besitzt sternförmig angeordnete 00278 Schneiden mit gleichgestalteten Schneidkanten 10 bzw. 00279 11. Um auf beiden Zahnflanken Hinterlegungen einfräsen 00280 zu können, besitzt das Werkzeug linke Schneidkanten 10 00281 und rechte Schneidkanten 11. Die zu den Schneidkanten 00282 10, 11 führenden Schneidflanken 12, 13 haben eine 00283 gleichbleibende Querschnittskontur und verlaufen gera00284 de, so dass durch Materialabnahme an den Kopfflanken 14 00285 ein Nachschärfen der Schneidkanten 10, 11 möglich ist. 00286 Im Ausführungsbeispiel wechseln sich linksschneidende 00287 und rechtsschneidene Schneidkanten 10, 11 einander ab. 00288 Es ist aber auch möglich, die linksschneidenden und 00289 rechtsschneiden Schneidkanten -anders anzuordnen. 00290 00291 Der Spanwinkel ist je nach Werkstoff bzw. nach Bearbei00292 tungsaufgabe frei wählbar. 00293 00294 Bei einem innenverzahnten Werkrad, welches beispielswei00295 se zunächst im Uhrzeigersinn dreht, wird mittels des 00296 Werkzeuges zunächst die linke Zahnflanke bearbeitet. 00297 Nach Drehwechsel des Werkrades erfolgt dann die Bearbei00298 tung der rechten Zahnflanke. Die die jeweils andere 00299 Zahnflanke bearbeitenden Schneiden laufen dann frei 00300 durch die Lücken der Zähne. Im allgemeinen ist das 00301 Verhältnis der Drehzahl von Werkrad und Werkstück so 00302 gewählt, dass es ein echter Primzahlquotient ist. Für 00303 Bearbeitung von Werkrädern mit einem Blockzahn ist es 00304 aber erforderlich, ein ganzzahliges Drehzahlverhältnis 00305 zu wählen. Das zubehörige Werkzeug besitzt dann die in 00306 den Figuren 11 bis 13 dargestellte Form, bei dem ein 00307 Schneidkantenpaar an der mit 15 markierten Stelle 00308 fehlt. Dieser Stelle entspricht dem Blockzahn beim 00309 Werkrad. 00310
00311 Bei dem in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel
00312 handelt es sich um ein innenverzahntes Werkstück. Der
00313 Durchmesser des Werkzeuges ist geringer als der Radius
00314 des Werkrades. Das Werkstück dreht im Ausfüh-rungsbei-
00315 spiel um die ortsfeste Drehachse 16. Beabstandet zur
00316 ortsfesten Drehachse 16 liegt die in der Zeichnungsebe-
00317 ne verlagerbare Achse 17 des Werkzeuges 9. Die Achse 17
00318 kann entlang der Achsabstandsstrecke 18 verlagert wer-
00319 den. Dies dient zur Variation des Achsabstandes. Die
00320 Achse 17 kann aber auch in eine Richtung quer dazu
00321 verlagert werden. Durch eine Überlagerung dieser beiden
00322 Bewegungen lässt sich die Achsabstandsstrecke 18 im
00323 Raum drehen. Eine derartige Drehung ist durch die Achs-
00324 läge 17' bzw. die verlagerte Achsabstandsstrecke 18"
00325 angedeutet . Alle Vorschubbewegungen können lediglich
00326 durch eine Verlagerung der Werkzeugachse 17 in der
00327 Ebene durchgeführt werden, wobei das Werkstück 1 und
00328 das Werkzeug 9 kontinuierlich drehangetrieben werden.
00329 Die Phasenlagenvariation wird also bei dieser Lösung
00330 nicht durch eine Phasenverschiebung der beiden Drehun-
00331 gen erzielt, sondern durch eine Variation der räumli-
00332 chen Zuordnung der beiden Achsen 16, 17. Die Motoren,
00333 die das Werkzeug 9 bzw. das Werkstück 1 antreiben,
00334 können bei dieser Lösung mit konstanter Phase laufen.
00335 Dies ist von Vorteil, da lineare Bewegungen erheblich
00336 genauer einstellbar sind, als dynamische Phasenänderun-
00337 gen. Je genauer dort die Phasenverschiebung eingestellt
00338 wird, desto langsamer können die Achsen drehen. Die in
00339 der Ebene verlagerbare Achse 17 kann beispielsweise
00340 einem Kreuztisch zugeordnet sein. Es ist aber auch
00341 möglich, dass diese Achse 17 auf einer Bogenschlitzfüh-
00342 rung geführt ist, die um das Zentrum der Achse 16 ver-
00343 läuft. 00344
00345 Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswe-
00346 sentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit
00347 auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten
00348 Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) voll-
00349 inhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale
00350 dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung
00351 mit aufzunehmen. 00352