DE102009059201A1

DE102009059201A1 - Vollprofilrolle zum Abrichten mehrgängiger zylindrischer Schleifschnecken

Info

Publication number: DE102009059201A1
Application number: DE102009059201A
Authority: DE
Inventors: Christoph Rudolf
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: DE102009059201B4; KR101445546B1; JP5554224B2; IT1402765B1; KR20110069711A; US8597085B2; US20110151756A1; JP2011126006A; CN102114612B; FR2954203B1; FR2954203A1; ITMI20102203A1; CN102114612A

Abstract

Vollprofilabrichtrolle (1) zum Abrichten mehrgängiger Schleifschnecken für das Wälzschleifen kleinmoduliger Zahnräder mit einem rillenförmigen Achsschnittprofil der mit Hartstoffkörnern belegten äusseren Hüllfläche (2) und in diese Hüllfläche eingebetteten profilgeschnittenen Profilkämmen (3) aus Hartstoff mit einem mehrrippigen Planverzahnungsprofil, deren Profil die äussere Hüllfläche (2) der Abrichtrolle (1) ausschliesslich in Teilabschnitten des Achsschnittprofils der Abrichtrolle (1) berührt, die an der Erzeugung der Schleifschneckenflanken nicht beteiligt sind. Hierdurch werden die beim Abrichten hoch beanspruchten Profilabschnitte am Kopf und Fuss der Profilrillen (4) vor hohem Verschleiss und vorzeitigem Kornverlust geschützt und die Lebensdauer der Abrichtrolle wirksam erhöht, ohne dass die Homogenität der Flankenoberfläche der Abrichtrolle (1) durch die Profilkämme (3) gestört wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abrichtrolle zum Abrichten einer vielgängigen zylindrischen Schleifschnecke zum Schleifen kleinmoduliger Zahnräder im kontinuierlichen Wälzschleifverfahren. Das Gangprofil der Schleifschnecke wird durch die Abbildung des Rillenprofils der Abrichtrolle auf dem Umfang der Schleifschnecke erzeugt.
Stand der Technik
Insbesondere bei der Hartendbearbeitung von Zahnflanken im Modulbereich von unter 2 mm nach dem kontinuierlichen Wälzschleifverfahren kommen abrichtbare zylindrische Schleifschnecken mit keramischer Bindung zum Einsatz, die je nach Modul und Zähnezahl des zu schleifenden Werkstücks acht oder noch mehr Gänge aufweisen. Das Abrichten. derartiger Schleifschnecken erfolgt vielfach mittels so genannter Vollprofilrollen mit Profilrillen, die an ihrer beim Abrichten aktiven äusseren Hüllfläche mit Hartstoffkörnern belegt sind und das abzurichtende Schleifschneckengangprofil einiger oder vorzugsweise aller Gänge umschliessen. Hierdurch lassen sich eine hohe Genauigkeit, kurze Abrichtzeiten und somit ein effizienter Abrichtprozess erreichen.
Ein solches Werkzeug ist z. B. aus der DE 10 2004 020 947 A1 bekannt, wobei in 1 eine mit Hartstoffkörnern ummantelte Vollprofilrolle im Eingriff mit einer zweigängigen Schleifschnecke schematisch dargestellt ist. Gestaltung und Einsatzweise von Vollprofilrollen für das Abrichten bzw. Kalibrieren von zylindrischen Schleifschnecken zum Schleifen der Zahnflanken kleinmoduliger Zahnräder werden im Detail beschrieben, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss.
Wie in DE 10 2004 020 947 A1 erwähnt, besitzen diese Vollprofilrollen den Nachteil, dass eine Nachbearbeitung des Hartstoffbelags zur Korrektur der Flankengeometrie und zur Sicherung einer ausreichenden Oberflächenqualität der geschliffenen Zahnräder bis heute technisch nicht realisierbar ist. Darum müssen diese nach dem bekannten zeitaufwändigen Negativverfahren hergestellt werden. Das Prinzip des Negativ- bzw. Umkehrverfahrens ist z. B. aus DE 33 08 107 und CH 684249 bekannt.
Ein weiterer bekannter Nachteil dieser Vollprofilrollen besteht dar in, dass die umfangseitig am Kopf und im Fuss des Rillenprofils befindlichen Hartstoffkörner bei der Erzeugung der Schleifschneckengänge mittels radialem Vorschub der Abrichtrolle höher belastet werden und somit einem stärkerem Verschleiss unterliegen als die Körner an den Flanken des Rillenprofils. Zudem sind die am Kopf der Rillen befindlichen Hartstoffkörner aus geometrischen Gründen in geringerem Masse in der Metallbindung verankert. Beide Effekte haben zur Folge, dass die am Kopf der Profilrillen befindlichen Hartstoffkörner höher gegen Kornausbruch gefährdet sind und die Lebensdauer des Abrichtwerkzeugs durch Kornausbruch zu einem Zeitpunkt beendet wird, zu dem sich die übrigen Körner des Abrichtbelags noch in schneidfähigem Zustand befinden. Hierdurch geht ein grosser Anteil der Leistungskapazität des kostspieligen Werkzeugs ungenutzt verloren.
Um die vorzeitige Abstumpfung und Kornausbrüche in den höher beanspruchten Bereichen, insbesondere im Kopfbereich derartiger Abrichtwerkzeuge zu vermeiden, ist man bestrebt, diese Bereiche durch besondere Massnahmen zu verstärken. In der DE 198 49 259 geschieht dies z. B. bei einer Abrichtscheibe mittels in der äusseren Umfangszone gezielt gesetzter und speziell befestigter länglich geformter Diamanten. Diese Massnahme ist jedoch wegen des hohen Arbeitsaufwands und der beschränkten Zugänglichkeit für vielrillige Abrichtrollen ungeeignet.
In der DE 3503914 A1 wird ein profiliertes Abrichtwerkzeug für rotierende Schleifkörper vorgeschlagen, dessen aktive Oberfläche aus Hartstoffkörnern gebildet ist und bei welchem profilierte harte Segmente aus profilgeschnittenem synthetischem Diamant in die aktive Oberfläche eingebettet sind, die mit ihrem Profil in der Hüllfläche der äussersten Schneidkanten der Hartstoffkörner liegen und mit Teilbereichen ihres Profils über die Hüllfläche der äussersten Kanten der Hartstoffkörner hinausreichen. Es sind zwei oder mehr Segmente in ihrer Längsrichtung mit Zwischenabstand nebeneinander und in Bewegungsrichtung davor und dahinter liegende Segmente überlappend versetzt angeordnet.
Ein in dieser Weise mit harten Segmenten versehenes Abrichtwerkzeug besitzt eine höhere Lebensdauer als ein nur mit Hartstoffkörnern belegtes Abrichtwerkzeug. Die die aktive Oberfläche des Abrichtwerkzeugs bildenden Hartstoffkörner werden vor Verschleiss und Ausbruch geschützt. Ein bekannter Nachteil ist jedoch, dass die abzurichtende Schleifscheibenoberfläche zugleich oder sogar vorwiegend von den profilierten Segmenten aus profilgeschnittenem synthetischen Diamant abgerichtet wird. Dadurch, dass die Schneidkanten der harten Segmente in der Hüllfläche der äussersten Kanten der Hartstoffkörner liegen, entsteht eine Inhomogenität auf der Arbeitsfläche des Abrichtwerkzeugs, die sich als Inhomogenität auf der abgerichteten Oberfläche des Schleifwerkzeugs abbildet, durch welche die Qualität des geschliffenen Werkstücks beeinträchtigt werden kann. Dies gilt besonders beim Schleifen von Zahnflanken, bei denen schon kleinste periodisch auftretende Form- und Strukturänderungen auf der geschliffenen Zahnflankenoberfläche zu Geräuschproblemen führen können und deshalb vermieden werden müssen. Zudem würde bei der Erzeugung des Gangprofils einer vielgängigen Schleifschnecke die Teilungsgenauigkeit des erzeugten Schleifschneckenprofils durch Ungenauigkeiten bei der Positionierung mehrerer axial aneinander gereihter, zueinander versetzter profilierter Hartstoffsegmente gefährdet. Aus diesen Gründen ist ein Abrichtwerkzeug gemäss DE 3503914 A1 für das Abrichten vielgängiger Schleifschnecken, wie sie zum Schleifen kleinmoduliger Zahnräder verwendet werden, nicht geeignet.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vollprofilabrichtrolle zum Abrichten mehrgängiger Schleifschnecken für das Wälzschleifen von kleinmoduligen Zahnrädern mit einem rillenförmigen Achsschnittprofil der mit Hartstoffkörnern belegten äusseren Hüllfläche und in diese Hüllfläche eingebetteten profilgeschnittenen Hartstoffsegmenten vorzuschlagen, bei welcher die Nachteile der bekannten Lösungen zur Verstärkung hoch beanspruchter Profilbereiche vermieden werden. Diese Aufgabe löst ein Abrichtwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung sind die in die äussere Hüllfläche der Vollprofilrolle eingebetteten Hartstoffsegmente mit hoher Präzision profilgeschnittene 0,15 bis 3 mm dicke Profilkämme aus synthetischem Diamant oder einem anderen geeigneten, mit hoher Präzision bearbeitbarem Hartstoff oder einem geeigneten mit Hartstoff beschichteten Trägermaterial mit einem mehrrippigen Planverzahnungsprofil, deren Länge sich in Richtung der Rotationsachse der Abrichtrolle über deren gesamte Breite erstreckt und deren Zahnteilung mit der der Vollprofilrolle exakt übereinstimmt.
Wie bereits erwähnt, darf die Belegung der Flanken des Rillenprofils der Profilrolle mit Hartstoffkörnern nicht durch die äussere Hüllfläche des Rillenprofils berührende profilierte Hartstoffsegmente unterbrochen werden, weil hierdurch die Homogenität der Schleifschneckenflanken und damit die Qualität des Schliffbildes auf den Zahnflanken des zu schleifenden Zahnrades gefährdet würden. Darum ist das Profil der Zahnkämme vorzugsweise so ausgebildet, dass die in die äussere Hüllfläche der Profilrolle eingebetteten Profilkämme diese ausschliesslich in Profilbereichen berühren, die an der Erzeugung der Werkstückzahnflanken nicht beteiligt sind. Dies sind der beim Abrichten besonders hoch beanspruchte und somit verschleiss- und kornausbruchgefährdete Kopfbereich und bei Bedarf auch der weniger gefährdete Fussbereich des Rillenprofils der Abrichtrolle, wobei das Profil des Profilkammes in keinem Profilabschnitt aus der äusseren Hüllfläche des Rillenprofils der Abrichtrolle hervorsteht.
Dies wird gemäss einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht, dass das Profil der Profilkämme zwar im Kopf- und gegebenenfalls Fussbereich mit dem Rillenprofil der Abrichtrolle exakt übereinstimmt, im Bereich der Flanken der Profilrillen der Abrichtrolle jedoch um einen Prozentanteil von 10 bis 40% der Grösse der Hartstoffkörner zurückgesetzt ist. Dies wird z. B. durch einen gegenüber dem Flankenwinkel des Rillenprofils der Abrichtrolle leicht verminderten Flankenwinkel der Profilkämme oder eine andersartige Zurücksetzung der Schneidkanten der Profilkämme in Form einer verringerten Profilbreite im Bereich der Flanken bewirkt.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Profilkämme in gleichmässigen oder ungleichmässigen Abständen über den Umfang der Abrichtrolle verteilt angeordnet. Die Herstellung der Vollprofilrolle erfolgt vorzugsweise nach dem bekannten Negativverfahren durch Metallabscheidung als Bindungsmasse der Hartstoffkörner und Profilkämme in einer Negativform, welche eine zur äusseren Hüllfläche der Abrichtrolle komplementär geformte Innenfläche besitzt. Die Profilkämme sind mittels genau gefertigter Auflageflächen in der Negativform exakt positioniert.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch einen Achsschnitt einer erfindungsgemässen Vollprofilabrichtrolle im Stadium der Herstellung vor der Entfernung der Negativform,
2a schematisch den Achsschnitt der erfindungsgemässen Vollprofilabrichtrolle gemäss 1, wobei die Negativform entfernt ist, und
2b einen Achsschnitt der Vollprofilrolle in einer Achsschnittebene ohne Profilkamm, in welcher die Hartstoffkörner sichtbar sind.
In dem hier ausgewählten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Fall, in welchem der in die Negativform 11 eingesetzte im Längsschnitt dargestellte Profilkamm 3 die durch die Negativform 11 vorgegebene äussere Hüllfläche 2 der Abrichtrolle 1 nur in der Kopfrundung 5 berührt. An den Rillenflanken und im Fussbereich der Abrichtrolle 1 ist der Profilverlauf des Abrichtkammes 3 gegenüber dem der äusseren Hüllfläche 2 der Abrichtrolle nach innen zurückgesetzt, um deren Kontakt mit den Flanken und dem Kopfbereich der Schleifschnecke beim Abrichten und Kalibrieren der Schleifschneckengänge zu unterbinden. Dies wird im hier dargestellten Fall durch einen gegenüber dem Flankenwinkel δ des Rillenprofils 2 der Abrichtrolle 1 leicht verminderten Flankenwinkel δ' der Profilkämme 2 bewirkt.
Die Rillenteilung 7 der Profilkämme 3 stimmt mit der Profilteilung der aus Hartstoffkörnern 16 bestehenden äusseren Hüllfläche 2 der Abrichtrolle 1 exakt überein. Mittels mit hoher Genauigkeit gefertigter Auflageflächen 12, 12' an den äusseren Enden der Profilkämme 3 werden diese vor ihrer Einbindung in die galvanisch abgeschiedene Metallbindung 13 radial und axial exakt positioniert und mittels eines Klebers fixiert. Die in bekannter Weise an der Innenfläche der Negativform anliegenden Hartstoffkörner 16 sind in 1 nicht sichtbar. Nach dem Innenrunddrehen der Metallbindung 13 konzentrisch zur Rotationsachse 15 der Abrichtrolle 1 und dem Einsetzen und Innenrundschleifen des Grundkörpers 14 wird die Negativform 11 entfernt. 2a zeigt die Vollprofilabrichtrolle 1 nach dem Entfernen der Negativform 11 in der selben Achsschnittebene wie in 1. In 2b ist der Achsschnitt der Vollprofilabrichtrolle 1 in einer Achsschnittebene dargestellt, in welcher sich kein Profilkamm 3 befindet. Hier ist der aus Hartstoffkörnern 16 gebildete Belag der Profilrillen 4 der Vollprofilabrichtrolle 1 erkennbar.
Die Vollprofilabrichtrolle 1 besitzt profilgeschnittene Hartstoffsegmente. Diese bilden die Profilkämme 3, die ein mehrrippiges Planverzahnungsprofil besitzen. Das Profil der Profilkämme 3 berührt die äussere Hüllfläche 2 der Abrichtrolle 1 ausschliesslich in ausgewählten Teilabschnitten des Achsschnittprofils der Abrichtrolle 1. In keinem Profilabschnitt steht das Profil hieraus hervor.
Bezugszeichenliste

1: Abrichtrolle
2: äussere Hüllfläche der Abrichtrolle
3: Profilkamm
4: Profilrillen
5: Kopfrundung
6: Fussausrundung
7: Rillenteilung
8: Profilhöhe der Profilkämme
9: Profilhöhe der Abrichtrolle
10: Breite der Abrichtrolle
11: Negativform
12, 12': Auflageflächen
13: Metallbindung
14: Grundkörper
15: Rotationsachse der Abrichtrolle
16: Hartstoffkörner Flankenwinkel des Rillenprofils
δ': Flankenwinkel der Profilkämme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004020947 A1 [0003, 0004]
DE 3308107 [0004]
CH 684249 [0004]
DE 19849259 [0006]
DE 3503914 A1 [0007, 0008]

Claims

Vollprofilabrichtrolle zum Abrichten mehrgängiger Schleifschnecken für das Wälzschleifen von kleinmoduligen Zahnrädern mit einem rillenförmigen Achsschnittprofil der mit Hartstoffkörnern (16) belegten äusseren Hüllfläche (2) und in diese Hüllfläche eingebetteten profilgeschnittenen Hartstoffsegmenten, dadurch gekennzeichnet, dass die profilgeschnittenen Hartstoffsegmente Profilkämme (3) mit einem mehrrippigen Planverzahnungsprofil sind, deren Profil die äussere Hüllfläche (2) der Abrichtrolle (1) ausschliesslich in ausgewählten Teilabschnitten des Achsschnittprofils der Abrichtrolle (1) berührt und in keinem Profilabschnitt hieraus hervorsteht.
Abrichtrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Profilkämme (3) in den die äussere Hüllfläche (2) der Vollprofilrolle berührenden ausgewählten Profilabschnitten mit dem Rillenprofil der Abrichtrolle (1) exakt übereinstimmt.
Abrichtrolle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Profilabschnitte, in denen die Profilkämme (3) die äussere Hüllfläche (2) der Abrichtrolle (1) berühren, die Kopfrundungen (5) der Profilrillen (4) der Abrichtrolle (1) sind.
Abrichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Profilabschnitte, in denen die Profilkämme (3) die äussere Hüllfläche (2) der Abrichtrolle (1) berühren, die Kopfrundungen (5) und die Fussausrundungen (6) der Profilrillen (4) der Abrichtrolle (1) sind.
Abrichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillenteilung (7) der Profilkämme (3) mit der Rillenteilung der Abrichtrolle (1) exakt übereinstimmt.
Abrichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilhöhe (8) der Profilkämme (3) gleich gross oder grösser ist als die Profilhöhe (9) der Abrichtrolle.
Abtichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Profilkämme im Bereich der Flanken der Profilrillen der Abrichtrolle um einen Prozentanteil von 10 bis 40% der Grösse der den Hartstoffbelag bildenden Hartstoffkörner zurückgesetzt ist.
Abrichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (δ') der Profilkämme (3) kleiner ist als der Flankenwinkel (δ) der Profilrillen (4) der Abrichtrolle (1).
Abrichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Profilkämme (3) in zur Rotationsachse (15) der Abrichtrolle (1) paralleler Richtung über die gesamte Breite (10) der Abrichtrolle (1) erstrecken.
Abrichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Profilkämme (3) in gleichmässigen oder ungleichmässigen Abständen über den Umfang der Abrichtrolle (1) verteilt angeordnet sind.
Abrichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkämme (3) aus profilgeschnittenem synthetischem Diamant bestehen.
Abrichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrichtrolle (1) nach dem an sich bekannten Negativverfahren durch Metellabscheidung in einer Negativform (11) hergestellt ist, welche eine zur äusseren Hüllfläche (2) der Abrichtrolle komplementär geformte Innenfläche besitzt.
Abrichtrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkämme (3) an ihren Enden Anlageflächen (12, 12') aufweisen, die deren exakte radiale und axiale Positionierung in der Negativform (11) sicherstellen.