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Die Erfindung betrifft ein Schälrad zum Herstellen einer Verzahnung an einem Zahnrad durch Wälzschälen. Das Schälrad weist eine Verzahnung auf, die durch viele um die Drehachse des Schälrades in einer ersten Teilung verteilt angeordnete gleichgestaltete Schneidzähne und mindestens einen abweichenden Schneidzahn gebildet ist.
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Als „abweichende Schneidzähne“ werden hier solche Schneidzähne bezeichnet, deren Gestalt von der Gestalt der anderen Schneidzähne des Schälrads abweicht. Diese anderen Schneidzähne weisen jeweils dieselbe Gestalt auf. Auf diese Weise bilden die abweichenden Schneidzähne andere Formelemente an der mit dem Schälrad zu erzeugenden Verzahnung des zu bearbeitenden Zahnrads ab als die „normalen“ gleichgestalteten Schneidzähne des Schälrades.
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Dabei weisen die Schneidzähne des Schälrades jeweils Schneidkanten auf, mit denen sie bei der Wälzschälbearbeitung spanabhebend mit dem Material des Zahnrads in Eingriff kommen.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Verzahnung an einem Zahnrad durch Wälzschälen. Bei einem solchen Verfahren werden ein zu verzahnender Zahnradrohling um eine Werkstück-Drehachse und ein Schälrad um eine Schälrad-Drehachse rotierend angetrieben, wobei die Werkstück-Drehachse und die Schälrad-Drehachse unter einem Achskreuzwinkel ausgerichtet sind. Das Schälrad wird dabei mit dem Zahnradrohling in Eingriff gebracht, so dass die Schneidzähne des Schälrads mit ihren Schneidkanten Material des Zahnradrohlings abtragen.
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Ein derartiges Werkzeug und ein solches Verfahren sind aus der
EP 2 440 357 B1 bekannt. Die in dieser Patentschrift beschriebene Vorrichtung zum Verzahnen von Zahnrädern durch Wälzschälen umfasst eine durch einen Drehantrieb um eine Werkstück-Drehachse rotierend angetriebene Werkstückspindel zur Aufnahme des zu verzahnenden Zahnrades und eine ebenfalls durch einen Drehantrieb rotierend um eine Werkzeug-Drehachse angetriebene Werkzeugspindel. Diese trägt ein Schälrad, das Schneidezähne mit einer regulären Teilung aufweist, durch welche der Zahnabstand der Verzahnung des Zahnrades festgelegt ist, wobei der Abstand zumindest einiger benachbarter gleichgestalteter Zähne des Schälrades einem Mehrfachen der regulären Zahnteilung entspricht. Dabei werden als „benachbarte gleichgestaltete Zähne“ auch solche Zähne verstanden, die die gleiche Gestalt aufweisen und in Umfangsrichtung des Zahnrads aufeinander folgend angeordnet sind, zwischen denen jedoch ein anders gestalteter Zahn oder ein den Platz eines Zahns einnehmender Leerraum vorhanden sein kann. Mit einem solchen Werkzeug können Zahnräder geformt werden, bei denen zwischen mindestens zwei benachbarten Zähnen eine Zahnlücke vorhanden ist, die größer ist als die Zahnlücken zwischen den anderen Zähnen des Zahnrads.
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Die „erste Teilung“ definiert sich aus dem Abstand zwischen den Mittellinien, die durch die Mitte der benachbarten Zähne der jeweiligen Verzahnung verlaufen: p = π × d / z, wobei mit p die Teilung und d der Durchmesser der Verzahnung des Schälrads bezeichnet sind.
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Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik hat sich die Aufgabe ergeben, ein Schälrad und Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung an einem Zahnrad anzugeben, die eine erhöhte Freiheit bei der Gestaltung von Verzahnungen, bei denen zwischen einzelnen benachbarten Zähnen eine über die erste Teilung hinausgehende Lücke vorgesehen ist, bei gleichzeitig optimaler Effizienz der Herstellung ermöglichen.
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Die Erfindung hat diese Aufgabe durch ein Schälrad mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren, das die voranstehend genannte Aufgabe löst, ist in Anspruch 7 angegeben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden wie der allgemeine Erfindungsgedanke nachfolgend im Einzelnen erläutert.
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In Übereinstimmung mit dem eingangs erläuterten Stand der Technik weist ein erfindungsgemäßes Schälrad zum Herstellen einer Verzahnung an einem Zahnrad durch Wälzschälen somit eine Verzahnung auf, die durch eine Vielzahl von um die Drehachse des Schälrades in einer ersten Teilung verteilt angeordneten Schneidzähnen gleicher Gestalt und mindestens einem abweichenden Schneidzahn gebildet ist, dessen Gestalt anders ist als die Gestalt der anderen Schneidzähne, und wobei die Schneidzähne Schneidkanten aufweisen, mit denen sie bei der Schälbearbeitung spanabhebend mit dem Material des Zahnrads in Eingriff kommen. Erfindungsgemäß ist nun bei einem solchen Schälrad der abweichende Schneidzahn außerhalb der ersten Teilung angeordnet.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Verzahnung an einem Zahnrad durch Wälzschälen werden ein zu verzahnender Zahnradrohling um eine Werkstück-Drehachse und ein erfindungsgemäßes Schälrad um eine Schälrad-Drehachse rotierend angetrieben, die unter einem Achskreuzwinkel in Bezug auf die Werkstück-Drehachse ausgerichtet sind, und das Schälrad mit dem Zahnradrohling in Eingriff gebracht, so dass die Schneidzähne des Schälrads mit ihren Schneidkanten Material des Zahnradrohlings abtragen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Schälrad definieren also die gleichgestalteten Schneidzähne wie beim eingangs gewürdigten Stand der Technik eine erste Teilung, d.h. den regelmäßigen Abstand, in dem die gleichgestalteten Zähne um die Drehachse des Schälrads herum verteilt angeordnet sind.
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Im Gegensatz zum eingangs beschriebenen Stand der Technik, bei dem die abweichenden Schneidzähne jeweils an die Stelle eines der gleichgestalteten Zähne des Schälrads gesetzt sind, ohne dass dabei die erste Teilung verlassen wird, ist bei einem erfindungsgemäßen Schälrad jedoch der mindestens eine abweichende Schneidzahn gegenüber der ersten Teilung versetzt angeordnet. Diese versetzte, gegenüber der ersten Teilung verschobene Anordnung des abweichenden Schneidzahns erlaubt es, mit größerer Gestaltungsfreiheit an dem herzustellenden Zahnrad ebenfalls Formelemente abzubilden, die sich außerhalb der durch die gleichgestalteten Schneidzähne an dem Zahnrad abgebildeten Teilung befinden oder sich über eine Umfangslänge erstrecken, die größer ist als eine erste Teilung.
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Auf diese Weise lassen sich mit erfindungsgemäßen Schälrädern und Verfahren beispielsweise mit einer Innenverzahnung versehene Zahnräder fertigen, bei denen in regelmäßigen Winkelabständen um die Drehachse des Zahnrads verteilt in der Verzahnung so genannte „Indextaschen“ eingeformt sind. Solche in der Fachsprache auch „Schiebemuffen“ genannten Zahnräder werden in Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge eingesetzt, um die Drehzahl der bei einem Schaltvorgang miteinander in Eingriff kommenden Zahnräder des Getriebes miteinander zu synchronisieren (s. beispielsweise
DE 10 2015 201 708 A1 ).
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Eine zu diesem Zweck besonders geeignete Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die in Umfangsrichtung des Schälrads gemessene Dicke der abweichenden Schneidzähne größer ist als eine erste Teilung. Derart dicke Schneidzähne werden in der Fachsprache auch als „Blockzähne“ bezeichnet und können bei einem erfindungsgemäßen Schälrad so gestaltet sein, dass die jeweils abweichenden Schneidzähne des Schälrads gemeinsam die an dem herzustellenden Zahnrad abzubildenden Indextaschen über die geforderte Umfangslänge erzeugen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Position von einem abweichenden Schneidzahn eines erfindungsgemäßen Schälrads in der Drehrichtung, in der das Schälrad bei der Bearbeitung um seine Schälrad-Drehachse rotiert, gegenüber der ersten Teilung verschoben ist.
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Genauso kann die Position von einem abweichenden Schneidzahn eines erfindungsgemäßen Schälrads entgegen der Drehrichtung, in der das Schälrad bei der Bearbeitung um seine Schälrad-Drehachse rotiert, gegenüber der ersten Teilung verschoben ist.
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Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Schälrad mindestens zwei abweichende Schneidzähne auf.
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Im Fall einer solchen mindestens zwei abweichende Schneidzähne umfassenden Ausgestaltung können Indextaschen, die sich über eine besonders große Umfangslänge des herzustellenden Zahnrads erstrecken, insbesondere dadurch erzeugt werden, dass die Position von einem abweichenden Schneidzahn in der Drehrichtung, in der das Schälrad bei der Bearbeitung um seine Schälrad-Drehachse rotiert, gegenüber der ersten Teilung verschoben ist, während die Position des anderen abweichenden Schneidzahns eines erfindungsgemäßen Schälrads entgegen der Drehrichtung, in der das Schälrad bei der Bearbeitung um seine Schälrad-Drehachse rotiert, gegenüber der ersten Teilung verschoben ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird von dem einen abweichenden Schneidzahn die Zahnflanke des in Drehrichtung des zu verzahnenden Zahnrads gesehen hinteren, die jeweils am Zahnrad zu formende Zahnlücke bzw. Rastnut begrenzenden Zahns erzeugt, wogegen mit dem anderen abweichenden Schneidzahn die Flanke des in Drehrichtung des zu verzahnenden Zahnrads gesehen vorderen, die jeweils am Zahnrad zu formende Zahnlücke bzw. Rastnut begrenzenden Zahns erzeugt wird.
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Die durch ein erfindungsgemäß gestaltetes Schälrad ermöglichte Art der getrennten Erzeugung der Zahnflanken, die die jeweils durch die abweichenden Schneidzähne abzubildenden bezogen auf die Umfangsrichtung langen Lücken des zu bearbeitenden Zahnrads begrenzen, hat fertigungstechnisch den Vorteil, dass der Materialabtrag an dem zu bearbeitenden Zahnradrohling mit kürzeren Spänen und nur an zwei Flächen der Zähne entsteht, die jeweils die an dem Zahnrad abzubildende große Lücke oder Rastnut begrenzen. Dreiflankenspäne, die sich bei konventionellem Wälzschälen zusammenhängend aus dem an der einlaufenden Flanke, dem Fuß und der auslaufenden Flanke der eine Zahnlücke begrenzenden Zähne der herzustellenden Verzahnung bilden, können so umgangen werden.
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Typischerweise werden erfindungsgemäße Schälräder und Verfahren zur Erzeugung von Innenverzahnungen an ring- oder rohrförmigen Zahnradrohlingen genutzt, insbesondere zur Herstellung von Schiebemuffen oder desgleichen für Getriebe von Kraftfahrzeugen. Für die Erzeugung von derartigen innenverzahnten Zahnrädern mittels Wälzschälen eignet sich ein Schälrad, das mit einer erfindungsgemäß gestalteten Außenverzahnung versehen ist, in besonderer Weise. So ermöglicht die Erfindung die hocheffiziente Erzeugung von Zahnrädern, deren Maß- und Formhaltigkeit höchsten Anforderungen genügt, ohne dass dazu über die Erfindung hinausgehende besondere Maßnahmen erforderlich sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1a ein Schälrad bei der Erzeugung einer Innenverzahnung an einem Zahnradrohling in einer ersten perspektivischen Ansicht;
- 1b das Schälrad gemäß 1a bei der Erzeugung einer Innenverzahnung an dem Zahnradrohling in einer zweiten perspektivischen Ansicht;
- 2 das Schälrad gemäß 1a, 1b in einer frontalen Ansicht auf seine eine Stirnfläche;
- 3 das Schälrad gemäß 1a,1b im Eingriff mit der am Zahnradrohling zu erzeugenden Verzahnung in einer ersten Betriebsstellung;
- 4 das Schälrad gemäß 1a, 1b im Eingriff mit der am Zahnradrohling zu erzeugenden Verzahnung in einer zweiten Betriebsstellung.
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Das Schälrad 1 ist in konventioneller Weise auf einer Werkzeug-Spindel einer hier nicht dargestellten, konventionell aufgebauten Wälzschälmaschine gehalten und um eine Schälrad-Drehachse DS rotierend angetrieben.
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Dabei weist das Schälrad 1 eine Außenverzahnung auf, die aus einer Vielzahl von gleichgestalteten Schneidzähnen 2,2a,2b,2c,2d gebildet ist. Die gleichgestalteten Schneidzähne 2,2a,2b,2c,2d sind in einer regelmäßigen Teilung p um die Drehachse DS verteilt am Außenumfang des Schälrads angeordnet. Durch die so gewählte Anordnung der Schneidzähne 2 - 2d festgelegte Teilung p definiert die „erste Teilung p des Schälrads 1“.
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Im Bereich jeweils des halben Umfangs des Schälrads 1 erstreckt sich an gegenüberliegenden Seiten des Schälrads 1 in Bereichen, deren in Umfangsrichtung U des Schälrads 1 gemessene Länge über eine Teilung p hinausgeht, jeweils ein abweichender Schneidzahn 3,4. Die Dicke der abweichenden Schneidzähne 3,4 nimmt jeweils eine Umfangslänge ein, die größer als eine Teilung p ist. Als solche bilden die abweichenden Schneidzähne 3,4 so genannte „Blockzähne“.
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Dabei ist der eine abweichende Schneidzahn 3 entgegen der Drehrichtung D des Schälrads 1 in Richtung des zu ihm nächstbenachbarten gleichgestalteten Schneidzahns 2a aus der Teilung p verschoben positioniert, so dass die Lücke 5a zwischen der dem abweichenden Schneidzahn 3 zugeordneten Zahnflanke des gleichgestalteten Schneidzahns 2a und der ihm zugewandten Zahnflanke des abweichenden Schneidzahns 3 kleiner ist als die Lücken 6, die zwischen den zueinander jeweils nächstbenachbarten gleichgestalteten Schneidzähnen 2,2a,2b,2c,2d vorhanden ist.
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In entsprechender Weise ist der andere abweichende Schneidzahn 4 in der Drehrichtung D des Schälrads 1 in Richtung des zu ihm nächstbenachbarten gleichgestalteten Schneidzahns 2b aus der Teilung p verschoben angeordnet, so dass die Lücke 5b zwischen der diesem abweichenden Schneidzahn 4 zugeordneten Zahnflanke des gleichgestalteten Schneidzahns 2b und der ihm zugewandten Zahnflanke des abweichenden Schneidzahns 4 kleiner ist als die Lücken 6, die zwischen den zueinander jeweils nächstbenachbarten gleichgestalteten Schneidzähnen 2,2a,2b,2c,2d vorhanden ist.
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Für die Herstellung eines innenverzahnten, mit Indextaschen versehenen Zahnrads wird ein in konventioneller Weise vorverzahnter Zahnradrohling 10 bereitgestellt und auf eine hier ebenfalls nicht gezeigte Werkstückspindel der nicht dargestellten Wälzschälmaschine gespannt. Die Werkstückspindel treibt den Zahnradrohling um eine Werkstück-Drehachse DW drehend an. Dabei sind Werkstück-Drehachse DW und Schälrad-Drehachse DS in für das Wälzschälen an sich bekannter Weise im Raum so ausgerichtet, dass sie sich unter einem Achskreuzwinkel Σ schneiden. Darüber hinaus ist in ebenfalls an sich bekannter Weise ein Antrieb vorgesehen, mit dem das Schälrad 1 und der Zahnradrohling 10 relativ zueinander verstellt werden können.
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Während der Wälzschälbearbeitung wälzt das Schälrad 1 mit seinen Schneidzähnen 2 - 2d, 3, 4 ab, so dass mit den an den Schneidzähnen 2 - 2d, 3, 4 vorhandenen Schneiden Material von den Flanken der Zähne 12, 12a, 12b der Innenverzahnung 11 des Zahnradrohlings 10 spanabhebend abgetragen wird.
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Wie in 3 dargestellt, trägt dabei der entgegen der Drehrichtung D gegenüber der Teilung p verschobene erste abweichende Schneidzahn 3 aufgrund seiner gegenüber der Teilung versetzten Anordnung nur Material an der Zahnflanke desjenigen Zahns 12a der Innenverzahnung 11 ab, der bezogen auf die Drehrichtung D die jeweils an dem Zahnradrohling 11 herzustellenden, nach Art einer hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung U über eine Teilung p hinausgehende Lücke ausgebildete Rastnut 13 an ihrer hinteren Seite begrenzt.
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Der in Richtung der Drehrichtung D aus der Teilung p hinausgeschobene abweichende Schneidzahn 4 trägt dagegen, wie in 4 gezeigt, ausschließlich Material von der der jeweiligen Rastnut 13 zugeordneten Zahnflanke des Zahns 12b ab, der bezogen auf die Drehrichtung D die jeweilige Rastnut 13 an ihrer vorderen Seite begrenzt.
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Aufgrund der versetzten Anordnung der abweichenden Schneidzähne 3,4 und der damit einhergehend gegenüber den Lücken 6 zwischen den gleichgestalteten Schneidzähnen schmaleren Lücken 5a,5b des Schälrads 1 weisen die die Indextaschen 13 jeweils begrenzenden Zähne 12a,12b des aus dem Zahnradrohling 10 fertig erzeugten Zahnrads eine geringere Dicke d auf als die Zähne 12, die durch die gleichgestalteten Schneidzähne 2 - 2d des Schälrads 1 am fertigen Zahnrad geformt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schälrad
- 2, 2a - 2d
- gleichgestaltete Schneidzähne des Schälrads 1
- 3,4
- abweichende Schneidzähne des Schälrads 1
- 5a,5b
- Lücke zwischen der den abweichenden Schneidzähnen 3,4 zugeordneten Zahnflanke und dem jeweils nächstbenachbarten gleichgestalteten Schneidzahns 2a,2b
- 6
- Lücken zwischen den zueinander jeweils nächstbenachbarten gleichgestalteten Schneidzähnen 2,2a,2b,2c,2d
- 10
- Zahnradrohling
- 11
- vorverzahnte Innenverzahnung des Zahnradrohlings 10
- 12,12a,12b
- Zähne der Innenverzahnung des Zahnradrohlings 10
- 13
- Indextaschen (breite Lücke)
- d
- Dicke der Zähne 12a, 12b am aus dem Zahnradrohling 10 fertig geformten Zahnrad
- D
- Drehrichtung des Schälrads 1
- DS
- Schälrad-Drehachse
- DW
- Werkstück-Drehachse
- p
- erste Teilung des Schälrads 1
- U
- Umfangsrichtung des Schälrads 1
- Σ
- Achskreuzwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2440357 B1 [0005]
- DE 102015201708 A1 [0015]