DE10229487A1

DE10229487A1 - Verfahren zum Schaben von Zahnrädern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10229487A1
Application number: DE10229487A
Authority: DE
Inventors: Erich Prock
Original assignee: Wera Werk Hermann Werner GmbH and Co KG
Current assignee: Profilator GmbH and Co KG
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-07-02
Also published as: WO2004002666A1; AU2003245946A1; DE10229487B4

Abstract

Die Erfindugn betrifft ein Verfahren zum Schaben von Zahnrädern, bei dem die Flanken der Zähne eines ungehärteten verzahnten Werkrades (8) mit einem drehangetriebenen Schabwerkzeug (9) bearbeitet werden, wobei die Achsen (11, 12) des Werkrades (8) und des Schabwerkzeuges (9) in einem Achskreuzwinkel zueinander stehen, so dass sich mindestens eine Spankante (17, 18) des Schabwerkzeuges (9) mit Andruck und Vorschub entlang der Werkrad-Zahnflanke abwälzt. Zwecks Erzielung eines kostengünstigen Schabens von Zahnrädern unter Einhaltung einer genauen Topographie der Zahnflanken schlägt die Erfindung vor, dass die mindestens eine Spankante (17, 18), von mindestens einem Einzelzahn (15, 20) gebildet, sich auf einer Rollkurve bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schaben von Zahnrädern, bei dem die Flanken der Zähne eines ungehärteten verzahnten Werkrades mit einem drehangetriebenen Schabwerkzeug bearbeitet werden, wobei die Achsen des Werkrades und des Schabwerkzeuges in einem Achskreuzwinkel zueinander stehen, so dass sich mindestens eine Spankante des Schabwerkzeuges mit Andruck und Vorschub entlang der Werkrad-Zahnflanke abwälzt. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, dass beim Schaben von Zahnrädern, welches nur an ungehärteten Werkstücken vorgenommen werden kann, das Schabrad unter Flankendruck mit dem Werkrad wie ein Schraubwälzgetriebe mit gekreuzten Achsen wälzt. Bezüglich des Schabwerkzeuges handelt es sich dabei um ein Zahnrad mit hoher Verzahnungsgenauigkeit, in dessen Zahnflanken über die gesamte Breite nebeneinander mehrere, vom Zahnkopf zum Zahnfuß verlaufende Schneidnuten eingearbeitet sind. Um günstige Arbeitsbedingungen zu erzielen, müssen die Schabräder von Fall zu Fall den Abmessungen und Verzahnungsdaten des Werkrades angepaßt werden. Die Ermittlung der exakten gewünschten Topographie des Zahnrades erfolgt in der Praxis durch aufwändige in Versuche und Wiederholen der Arbeitsschritte wie Probeschaben, Härten, Korrektur-Schabradschleifen, Probeschaden, Härten usw., bis nach dem Härten die gewünschte Verzahnung erzielt wird. Dies ist herstellungstechnisch aufwändig und daher kostspielig. Ferner sind die Schabräder aus HSS hergestellt und lassen eine Beschichtungstechnik nicht zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schaben von Zahnrädern und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaf fen, wodurch kostengünstig Zahnräder unter Einhaltung einer genauen Topographie der Zahnflanken geschabt werden können.

Diese Aufgabe ist zunächst und im Wesentlichen bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, dass die mindestens eine Spankante, von mindestens einem Einzelzahn gebildet, sich auf einer offenen Hypozykloiden bewegt. Die sich auf die Vorrichtung beziehende Ausgestaltung ist im Anspruch 6 angegeben, wobei die mindestens eine Spankante von mindestens einem Einzelzahn gebildet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, mittels mindestens eines Einzelzahnes die Schabbearbeitung der Werkrad-Zahnflanken vorzunehmen. Damit jede Zahnflanke von der Spankante des Einzelzahns im Wege eines Abwälzens überstrichen werden kann, bewegt sich die Spankante des Einzelzahnes auf einer offenen Hypozykloiden. Aufgrund der Schabbearbeitung mit Andruck und Vorschub entlang der Werkrad-Zahnflanke ist eine Drehumkehr von Werkrad und Einzelzahn gegeben, so dass zunächst die einen Zahnflanken und dann die gegenüberliegenden Zahnflanken bearbeitbar sind. Aufgrund der Reduzierung der Zähne eines an sich bekannten Zahnrads nun auf einen Einzelzahn ist erreicht, dass die Topographie der Zahnradflanke am Werkrad durch programmierbare und damit korrigierbare Maschinenachsen erzeugt werden kann. Das Resultat sind exakte Zahnflankenbearbeitungen am Werkrad. Die mindestens eine Spankante des Einzelzahnes kann schleiftechnisch mit optimaler Schneidengeometrie geschliffen werden. Trotz des Einsatzes mindestens eines Einzelzahnes gleicht die Abwälzkinematik wie beim Schaberad gemäß Stand der Technik. Das bedeutet, dass die Schabwerkzeug- und Werkradachse sich kreuzen und den Achskreuzwinkel bilden. Durch diesen ergibt sich eine Relativgeschwindigkeit der Spankante in Flankenlinienrichtung, und aufgrund der Durchdringung von Spankante und Werkrad-Zahnflanke bildet sich ein Span. Zwecks Erzielung optimaler Zerspanungsverhältnisse wird die Höhe des An druckes durch eine Momentenregelung eingestellt. Die Spanabnahme über die gesamte Werkradbreite erfolgt dadurch, dass das Schabwerkzeug (Einzelzahn) und Werkrad mit geringer Kraft radial miteinander verspannt werden und gleichzeitig aufeinander abwälzen. Dabei wird das Schabwerkzeug und das Werkrad angetrieben und elektronisch gekoppelt. Die radiale Verspannkraft läßt sich dabei durch eine Interpolation von X- und Z-Achse überlagern, wodurch jede Zahnflanke einzeln mit einer berechenbaren Topographie erzeugbar ist. Das bedeutet, dass die Flankenform der Werkrad-Zahnflanken durch eine Variation der Drehmomente beeinflußt wird. Zwecks Erzielung einer hohen Zerspanungsleistung ist die Drehzahl des aus Hartmetall bestehenden mindestens einen Einzalzahnes größer als 200 RpM. Weiterhin zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Trockenbearbeitung des Werkrades durch den mindestens einen Einzelzahn aus. Eine Naßkühlung ist demgemäß nicht erforderlich. Die Vorrichtung zum Schaben von Zahnrädern ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spankante von mindestens einem Einzelzahn gebildet ist. Das Schabwerkzeug kann demgemäß in Art eines Messerkopfes gestaltet werden. Dieser ist mit mindestens einem Einzelzahn bestückt, welcher insbesondere auswechselbar einem Schabzahnträger zugeordnet ist. Sobald die Zerspanungsleistung nachläßt, kann der Einzelzahn gegen einen neuen ausgewechselt werden. Die betreffenden Arbeitsschritte sind dabei kurzfristig durchführbar, so dass nur kurze Stillstandzeiten der entsprechenden Vorrichtung bzw. Werkzeugmaschine entstehen. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass der mindestens eine Einzelzahn aus Hartmetall besteht und zwei sich im Wesentlichen gegenüberliegende Spankanten ausbildet. Hohe Standzeiten unter einhergehender Realisierung hoher Zerspanleistungen sind daher garantiert. Weiterhin ist der mindestens eine Einzelzahn beschichtbar. Es ergeben sich daher alle Möglichkeiten der Beschichtungstechnik verbunden mit einer optimalen Zerspanleistung. Hinsichtlich einer optimalen Zerspanung erweist sich der negative Span- oder Freiwinkel als günstig. Lezterer kann dabei im Wege des Schleifens hergestellt werden. Schließlich ist noch hervorzuheben, dass der mindestens eine Einzelzahn von einer evolventisch geschliffenen Wendeplatte insbesondere aus Hartmetall gebildet ist. Eventuell wäre auch anstelle der evolventisch geschliffenen Wendeplatte eine zykloidisch geschliffene Platte möglich. Grundsätzlich ist festzuhalten, dass die Einstellung der Geometrie jetzt nicht durch den Schliff des Werkzeuges, sondern im Wesentlichen durch die Einstellung der Maschinenparameter erfolgt. Dies mit dem Vorteil einer erheblich erhöhten Schnittgeschwindigkeit und die Möglichkeit einer Trockenbearbeitung beim Schabprozeß.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und das mittels dieser durchführbare Verfahren erläutert. Es zeigen
1 in schematischer Darstellung eine Ansicht einer erfindungsgemäß gestalteten Vorrichtung,
2 in Einzeldarstellung eine Ansicht eines verzahnten Werkrades mit Schabwerkzeug, wobei die Achsen des Werkrades und des Schabwerkzeuges in einem Achskreuzwinkel zueinander stehen,
3 eine Ausschnittsdarstellung der 2 im Bereich der Zerspanstelle,
4 eine klappfigürliche Ansicht der 3,
5 den Schnitt nach der Linie V–V in 3 und
6 in Einzeldarstellung einen als Wendeplatte gestalteten Einzelzahn, welcher an seinen gegenüberliegenden Enden die evolventisch geschliffenen Spankanten ausbildet.
Die in Form einer Zahnrad-Schabemaschine ausgebildete, mit der Ziffer 1 bezeichnete Vorrichtung besitzt ein Maschinengestell 2. Dieses ist Träger zweier parallel zueinander angeordneter Längsführungen 3, auf welchen ein Werkradschlitten 4 in einer X-Achse verlagerbar ist. Der Werkradschlitten 4 ist als Kreuzschlitten gestaltet und mit Querführungen 5 versehen, auf welchen ein Schlitten 6 in Richtung der Z-Achse verlagerbar ist. Dem Schlitten 6 ist ein nicht veranschaulichter Antrieb einverleibt, mittels welchem ein Spannfutter 7 antreibbar ist. Letzteres dient zur Aufnahme eines ungehärteten verzahnten Werkrades 8. Der nicht veranschaulichte Drehantrieb ist drehrichtungsumkehrbar, was durch den Buchstaben C veranschaulicht ist.
Auf Höhe des Werkrades 8 erstreckt sich ein Schabwerkzeug 9. Letzteres ist einem Antriebsblock 10 zugeordnet, welcher einen nicht näher veranschaulichten Antriebsmotor enthält. Mit dem Buchstaben A und zugehöriger Pfeilrichtung ist veranschaulicht, dass das Schabwerkzeug 9 sowohl in der einen als auch in der anderen Drehrichtung umlaufen kann. Die Drehzahl ist dabei größer als 200 RpM.
Mit dem Buchstaben B und zugehöriger Doppelpfeilrichtung ist angegeben, dass die Achse 11 des Schabwerkzeugs 9 in ihrer Ausrichtung zur Achse 12 des Werkrades 8 einstellbar ist. 2 veranschaulicht, dass die Achse 11 des Schabwerkzeuges 9 und die Achse 12 des Werkrades 8 in einem Achskreuzwinkel δ zueinander stehen. Der Kreuzungspunkt liegt dabei gemäß 2 in der Quermittelebene des Werkrades 8. Wie 1 zeigt, sind die Achsen 11,12 jedoch raumparallel zueinander angeordnet.
Das Schabwerkzeug 9 beinhaltet einen Schabzahnträger 13 mit einer Einstecköffnung 14 für einen Einzelzahn 15. Letzterer sitzt auswechselbar in der Einstecköffnung 14 und ist, wie dies 5 andeutet, mittels einer Spannschraube 16 in seiner Position gefesselt. Bei Bedarf könnte jedoch auch der Schabzahnträ ger 13 in entsprechender Umfangsverteilung mehrere Einzelzähne aufnehmen. An seinem freien Ende bildet der Einzelzahn 2 sich im Wesentlichen gegenüberliegende Spankanten 17,18 aus. Jede Spankante folgt dabei dem Verlauf einer Evolvente. Wie insbesondere 3 veranschaulicht, sind den Spankanten 17,18 negative Span- oder Freiwinkel α zugeordnet. Die Zahnform des Einzelzahns 15 entspricht dabei der Zahnform des verzahnten Werkrades 8.
Der Einzelzahn 15 besteht aus Hartmetall. Hieraus resultiert eine besonders hohe Zerspanleistung und Standzeit. Dieses Einzahn-Werkzeug kann sodann schleiftechnisch mit optimaler Schneidengeometrie unter Einhaltung der entsprechenden Frei- und Schneidwinkel geschliffen werden. Ferner besteht die Möglichkeit, den Einzelzahn beschichtbar zu gestalten. Mit der entsprechenden Beschichtungstechnik lassen sich die Zerspanleistungen und Standzeiten weiterhin optimieren.
Während des Schabprozesses, welcher bei bei dem ungehärteten Werkrad 8 vorgenommen wird, wälzt sich das Schabwerkzeug 9 je nach Drehrichtung der Antriebe mit Andruck und Vorschub in Pfeilrichtung z entlang der betreffenden Werkrad-Zahnflanke 19 ab. Es liegen dabei derartige Übersetzungsverhältnisse hinsichtlich der Drehzahlen vor, dass sich die Spankante 17 bzw. 18 auf einer offenen Hypozykloiden bewegt. Dies gewährleistet, dass jede Zahnflanke 19 während des Schabprozesses überstrichen wird.
Nachdem die einen Zahnflanken des Werkrades 8 die Schabbearbeitung erfahren haben, erfolgt eine Drehrichtungsumkehr oder eine Momentenumkehr, so dass dann die gegenüberliegenden Zahnflanken ihrer Schabbearbeitung unterliegen. Die Höhe des Andruckes während des Schabprozesses zwischen der betreffenden Spankante 17 bzw.18 und der Zahnflanke 19 kann durch eine Momentenregelung der Antriebe für das Werkrad 8 und Schabwerkzeug 9 eingestellt werden. Dabei ist die Flankenform der Werkrad-Zahnflanken 19 durch eine Variation der Drehmomente beeinflußbar. Die Durchführung des Schabprozesses läßt sich dabei im Wege der Trockenbearbeitung bewerkstelligen. Das Zubringen der unbearbeiteten Werkräder 8 erfolgt mittels der Förderstrekke 21. Für den Abtransport fertig bearbeiteter Werkräder 8 sorgt die Transportstrecke 22.
In 6 ist ein abgeänderter Einzelzahn 20 veranschaulicht. Gebildet ist dieser von einer evolventisch geschliffenen Wendeplatte, welche aus Hartmetall besteht. An beiden Enden bildet die Wendeplatte 20 die Spankanten 17,18 aus. Sollten die einen Spankanten 17,18 nicht mehr ihre volle Wirkung bringen, so kann durch Wenden der Wendeplatte 20 um 180° der gegenüberliegende, die beiden Spankanten 17,18 ausbildende Zahn zur Wirkung gelangen.
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.

Claims

Verfahren zum Schaben von Zahnrädern, bei dem die Flanken (19) der Zähne eines ungehärteten verzahnten Werkrades (8) mit einem drehangetriebenen Schabwerkzeug (9) bearbeitet werden, wobei die Achsen (11,12) des Werkrades (8) und des Schabwerkzeuges (9) in einem Achskreuzwinkel (6) zueinander stehen, so dass sich mindestens eine Spankante (17,18) des Schabwerkzeuges (9) mit Andruck und Vorschub entlang der Werkrad-Zahnflanke (19) abwälzt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spankante (17, 18,) von mindestens einem Einzelzahn (15, 20) gebildet, sich auf einer offenen Hypozykloiden bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Andruckes durch eine Momentenregelung eingestellt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankenform der Werkrad-Zahnflanken (19) durch eine Variation der Drehmomente beeinflußt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des aus Hartmetall bestehenden mindestens einen Einzelzahnes (15, 20) größer ist als 200 RpM.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine Trockenbearbeitung des Werkrades (8) durch den mindestens einen Einzelzahn (15, 20).
Vorrichtung zum Schaben von Zahnrädern, mit einem drehangetriebenen Schabwerkzeug (9) zum Bearbeiten der Flanken (19) eines ungehärteten verzahnten Werkrades (8), wobei die Achsen (11,12) des Werkrades (8) und des Schabwerkzeuges (9) in einem Achskreuzwinkel (6) zueinander stehen, so dass sich mindestens eine Spankante (17,18) des Schabwerkzeuges (9) mit Andruck entlang der Werkrad-Zahnflanke (19) abwälzt, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spankante (17,18) von mindestens einem Einzelzahn (15 bzw. 20) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einzelzahn (15, 20) insbesondere auswechselbar einem Schabzahnträger (13) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einzelzahn (15, 20) aus Hartmetall besteht und zwei sich im Wesentlichen gegenüberliegende Spankanten (17,18) ausbildet.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einzelzahn (15, 20) beschichtbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch einen negativen Span- oder Freiwinkel (α).
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Einzelzahn (20) von einer evolventisch geschliffenen Wendeplatte insbesondere aus Hartmetall gebildet ist.