DE19958675A1

DE19958675A1 - Profilwerkzeug

Info

Publication number: DE19958675A1
Application number: DE19958675A
Authority: DE
Inventors: Josef Sicklinger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2001-06-07
Also published as: WO2001041960A3; US20020182998A1; EP1276581A2; WO2001041960A2

Abstract

Das Profilwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken in Form von Spiral- und Hypoidkegelrädern, insbesondere für Kraftfahrzeuge, weist mehrere Profilabschnitte auf in Form von Kreisen oder Geraden. Einigen dieser Profilabschnitte wird wahlweise ein Profil radial überlagert, das ein Polynom n-ter Ordnung ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Profilwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken in Form von Spi ral- und Hypoidkegelrädern, insbesondere für Kraftfahrzeug getriebe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Optimierung moderner Getriebe für Kraftfahrzeuge hinsichtlich der Leistungsdichte, der Übertragungsgenauig keit und der Geräuscharmut bedingt auch eine funktionsge rechte Auslegung der überwiegend gehärteten und geschliffe nen Zahnräder. So sind die weitverbreitenden Evolventen- Verzahnungen zunehmend mit Zahnprofilmodifikationen verse hen, um durch gewollte Kopf- bzw. Fußrücknahme innerhalb der aktiven Flanke stoßfreie Eingriffsverhältnisse zu er möglichen. Für den Zahnfußbereich wird als Voraussetzung für eine hohe Zahnfußfestigkeit eine Fußrundung als Über gang von der aktiven Flanke zum Zahnlückengrund gefordert. Beim Schleifen von Schneidrädern ist das Erzeugen einer Fase am Zahnfuß erforderlich, wenn beim Zahnradwälzstoßen das Schneidrad auch die Herstellung eines Kopfkantenbruchs übernimmt. Vielfach ist auch eine Rundung oder Fase als Übergang von der aktiven Flanke zum oft grob tolerierten Außendurchmesser vorgesehen. Für spezielle Anwendungsfälle werden Sonderverzahnungen eingesetzt, wie z. B. die soge nannten Symmarc-Verzahnungen für Schwerlastgetriebe.

Die Vielfalt der Profilelemente und die funktionsge rechte Auslegung der Verzahnungen bewirkt eine Tendenz zur weiteren Automatisierung. Die dazu erforderliche Flexibili tät, beispielsweise des Abrichtens dieser Vielfalt von Pro filelementen mittels eines CNC-Abrichters für das Teilwälz schleifen wurde in einem Artikel mit dem Titel "Komplexe Profile doppelkegelförmiger Schleifkörper für Zahnflanken numerisch gesteuert abrichten" beschrieben, der in der Zeitschrift Werkstatt und Betrieb, 124, 1991, Nr. 8, Sei ten 661 bis 663 veröffentlicht worden ist.

Der CNC-Abrichter kann dabei ein rotierendes Abricht werkzeug in Form einer Diamantformrolle aufweisen. Die senkrechte Lage der Drehachse der Diamantformrolle wird durch den Arbeitsbereich bestimmt. Die Abrichtspindel ist auf einem in zwei CNC-Achsen fahrbaren Kreuzschlitten ange ordnet. Die Diamantformrolle wird an der Schleifscheiben kontur entlang geführt, wobei ihre geometrischen Bestim mungsgrößen, d. h. der Profilradius und der Durchmesser berücksichtigt werden. Diamantformrollen weisen gegenüber den stehenden Abrichtwerkzeugen eine wesentlich höhere Standfestigkeit des Profilradius auf, sodass auch Schleif scheibenkonturen mit großen Profilwinkelbereich genau abge richtet werden können. Damit eignen sie sich sowohl für das Teilwälzschleifen als auch für das Profilschleifen.

Die Schleifscheiben-Profilkoordinaten, d. h. die Soll- Kontur wird dabei mit einer speziellen Software ausgehend von den Werkstückdaten unter Berücksichtigung der spezifi schen Bedingungen des Teilwälzschleifens oder des Profil schleifens berechnet.

Die berechneten Schleifscheibenprofile sind mathema tisch beschreibbare Grundformen und zwar Geraden für das Teilwälzschleifen und Evolventen für das Profilschleifen. Die meisten bekannten CNC-Steuerungen können direkt nur Geraden, Kreisbögen oder Splines verarbeiten. Sollen den Grundformen aus den oben beschriebenen Gründen Modifikatio nen überlagert werden, so müssen diese aufgrund der komple xen Berechnung im allgemeinen durch Tabellen von Stützstel len beschrieben werden.

Für die spanende Bearbeitung von Spiral- und Hypoidke gelrädern, wie sie in Kegelradsätzen von Kraftfahrzeugge trieben verwendet werden, wurden bisher Profilwerkzeuge verwendet, deren Profil ausschließlich durch die Verwendung von Geraden und Kreisen und deren Kombinationen definiert wurden. Insbesondere bei der Bearbeitung von Tellerrädern im Einzelteil-Einstechverfahren weicht die in herkömmlicher Weise erzeugbare Profilform beträchtlich von der Idealform ab. Die erforderlichen Korrekturen am Gegenrad, d. h. dem Ritzel sind nur mit Einschränkungen durchführbar. Dadurch ist dieses eigentlich wirtschaftliche Verfahren nur bei größeren Übersetzungen anwendbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Be rücksichtigung der wachsenden Anforderungen an die Funktio nalität von Kegelradsätzen, insbesondere der Laufruhe, der Tragfähigkeit und der Verlagerungsfähigkeit, sowie im Hin blick auf eine einfache Montierbarkeit und wirtschaftliche Herstellung ein Profilwerkzeug vorzuschlagen, mit dem die Gestaltungsmöglichkeiten bei der Entwicklung von Kegeltrie ben verbessert und spezielle Profilformen ermöglicht wer den.

Ausgehend von einem Profilwerkzeug der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung sieht also vor, dass das durch die aus schließliche Verwendung von Geraden und Kreisen und deren Kombinationen definierte Profil eines Profilwerkzeugs zur spanenden Bearbeitung von Spiral- und Hypoidkegelrädern durch Überlagerung eines Polynoms n-ter Ordnung in radialer Richtung verändert wird. Die Profile dieser Abschnitte re sultieren dann aus der radialen Überlagerung der herkömmli chen Profilelemente, d. h. Gerade und/oder Kreis mit dem neuen Profilelement, d. h. dem Polynom n-ter Ordnung.

Der Koordinatenursprung ist für jedes verwendete Poly nom frei wählbar und liegt im einfachsten Fall am Übergang von einem Abschnitt zum anderen.

Durch die erfindungsgemäße radiale Überlagerung von Polynomen n-ter Ordnung zur Definition der Werkzeugprofil form wird der Vorteil erzielt, dass für die Erzeugung der Werkstückgeometrie über die Koeffizienten Ki weitere Frei heitsgrade hinzugefügt werden können. Dies erweitert die Gestaltungsmöglichkeit bei der Entwicklung von Kegeltrieben und ermöglicht spezielle Profilformen. Die Profilabweichun gen, beispielsweise an einem Tellerrad können dadurch er heblich reduziert werden.

Die Erzeugung der Werkzeug-Profilform über die Maschi nenkinematik ist, wie eingangs erwähnt, Stand der Technik. Dies kann auf der Produktionsmaschine sowie auch auf einer speziellen Maschine für die Werkzeugherstellung bzw. Werk zeugwiederaufbereitung erfolgen. Durch entsprechende Ent wicklung bzw. Anpassung der Software sind die erfindungsge mäßen Profilformen am Werkzeug herstellbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Profilwerkzeugs dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Radialschnitt durch ein derartiges Werkzeug und

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Werkzeugs.

In Fig. 1 ist ein Radialschnitt durch ein erfindungs gemäß ausgestaltetes Profilwerkzeug dargestellt, das zur spanenden Bearbeitung von Spiral- und Hypoidkegelrädern, beispielsweise für den Kegeltrieb eines Kraftfahrzeugge triebes geeignet ist. In herkömmlicher Weise weist dieses Werkzeug ein Profil auf mit einem ersten Profilabschnitt 1 in Form einer Geraden an der Werkzeug-Stirnseite, dessen Länge < = 0 ist, mit einem zweiten Profilabschnitt 2 in Form eines Eckenradius zur Erzeugung der Werkstückfußaus rundung, dessen Länge < 0 ist, mit einem Profilabschnitt 3 in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Er zeugung einer Fußrücknahme am Werkstück, dessen Länge < = 0 ist, mit einem Abschnitt 4 in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Erzeugung der primären Werkstückflan ke, dessen Länge < 0 ist und mit einem Abschnitt 5 in Form eines Kreisausschnitts zur Erzeugung einer Kopfrücknahme am Werkstück, dessen Länge < = 0 ist.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass diesen be kannten Profilabschnitten in Form von Geraden und Kreisen ein weiteres Profilelement hinzugefügt wird, welches durch ein Polynom n-ter Ordnung beschrieben wird. Dieses Profil element kann in den Profilabschnitten 3 bis 5 wahlweise zur Anwendung kommen, wobei die Profilform innerhalb dieser einzelnen Abschnitte aus der radialen Überlagerung der bei den Profilelemente resultiert, d. h. einer Geraden und/oder eines Kreises mit dem Polynom n-ter Ordnung.

Der Koordinatenursprung für jedes verwendete Polynom ist frei wählbar und liegt im einfachsten Fall am Übergang von einem Abschnitt zum benachbarten Abschnitt.

Das einzelne Polynom kann dabei, wie in Fig. 2 darge stellt, wie folgt definiert werden:

Δ_rp = K₂.Δ_xp²+K₃.Δ_xp³+. . .K_i.Δ_xpⁱ+. . .+K_n.Δ_xpⁿ

In Erweiterung zu diesem Polynom, bei dem die Exponen ten ganzzahlig sind, gilt auch die Verwendung nicht ganz zahliger Exponenten xi in der folgenden Form:

Δ_rp = Σ(K₁.Δ_xp^xi)

als Teil der erfindungsgemäßen Profilverbesserung.

Die Koeffizienten Ki sind reelle Zahlen, die bedarfs weise für jeden Abschnitt frei wählbar sind und im Sonder fall auch den Wert 0 annehmen können.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, Profilformen vor zusehen, die durch Punktfolgen bzw. Splines definiert wer den, wenn sie als Kombination der oben beschriebenen Pro filelemente (Gerade, Kreis und Polynom) im wirksamen Be reich, d. h. der Spanbildung am Werkstück mit einer maxima len radialen Abweichung von 0,003 mm approximierbar sind und wenn die günstigste Näherung durch Gerade und Kreis ungenauer ist.

Bezugszeichen

1

Profilabschnitt

2

Profilabschnitt

3

Profilabschnitt

4

Profilabschnitt

5

Profilabschnitt

Claims

1. Profilwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werk stücken in Form von Spiral- und Hypoidkegelrädern insbeson dere für Kraftfahrzeuggetriebe, wobei das mit dem Werkstück in Eingriff gelangende Profil des Werkzeugs einen ersten Profilabschnitt (1) aufweist in Form einer Geraden an der Werkzeug-Stirnseite, einen zweiten Profilabschnitt (2) auf weist in Form eines Eckenradius zur Erzeugung einer Fußaus rundung, einen dritten Profilabschnitt (3) aufweist in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Erzeugung einer Fußrücknahme, einen vierten Profilabschnitt (4) auf weist in Form einer Geraden oder eines Kreisausschnitts zur Erzeugung der primären Flanke und einen fünften Profilab schnitt (5) aufweist zur Erzeugung einer Kopfrücknahme, dadurch gekennzeichnet, dass den Pro filabschnitten (3, 4, 5) zur Erzeugung der Fußrücknahme, zur Erzeugung der primären Flanke und zur Erzeugung der Kopfrücknahme wahlweise ein Profil radial überlagert wird, das ein Polynom n-ter Ordnung ist.

2. Profilwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Koordinatenursprung des Polynoms n-ter Ordnung frei wählbar ist.

3. Profilwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Koordinatenur sprung des Polynoms n-ter Ordnung an der Übergangsstelle zwischen zwei benachbarten Abschnitten liegt.

4. Profilwerkzeug nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polynom n-ter Ordnung die folgende Form aufweist:
Δ_rp = K₂.Δ_xp²+K₃.Δ_xp³+. . .K_i.Δ_xpⁱ+. . .+ K_n.Δ_xpⁿ,
wobei die Koeffizienten Ki reelle Zahlen sind und die Expo nenten ganzzahlig sind.

5. Profilwerkzeug nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polynom n-ter Ordnung die folgende Form aufweist:
Δ_rp = Σ(K₁.Δ_xp^xi),
wobei die Koeffizienten Ki reelle Zahlen sind und die Expo nenten xi nicht ganzzahlig sind.