CH718583B1 - Zahnstangenfertigung. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen (1). Nach dem Bereitstellen mindestens zwei Zahnstangenrohlingen (2) wird eine Verzahnung (3) an den mindestens zwei Zahnstangenrohlingen (2) entlang einer jeweiligen Längsachse (A) angebracht. Die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) werden entlang der jeweiligen Längsachse (A) auf eine Bearbeitungsmaschine vereinzelt aufgespannt und der jeweilige Zahnstangenrohling (2) wird mittels eines Messtasters (4) eingemessen. Eine jeweilige erste Stirnseite (5) und eine jeweilige zweite Stirnseite (6) der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) werden auf ein Soil-Mass entlang der Längsachse (A) abgelängt und es wird mindestens jeweils eine Durchgangsbohrung (7) in die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) gebohrt, bevor die fertig bearbeiteten Zahnstangen (1) entnommen werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen und die durch das Verfahren hergestellten Zahnstangen als unmittelbares Verfahrensprodukt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Bei den Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen die aus dem Stand der Technik bekannt sind, werden typischerweise mehrere Zahnstangenrohlinge auf 3-Achs-CNC-Werkzeugmaschinen bearbeitet. Bei den Verfahren die aus dem Stand der Technik bekannt sind, werden die mehreren Zahnstangerohlinge üblicherweise in einer Paketspannung gemeinsam auf eine Werkzeugmaschine aufgespannt um die mehreren Zahnstangerohlinge gemeinsam in einem Arbeitsschritt zu bearbeiten, beispielsweise um diese auf das gewünschte Soil-Mass abzulängen oder Durchgangsbohrungen einzubringen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0003] Einer der Nachteile der bekannten Verfahren besteht darin, dass 3-Achs-CNC-Werkzeugmaschinen ledaiglich Bewegungen entlang der Längsrichtung (X), Seitenrichtung (Y) und Höhenrichtung (Z) zulassen. Daher kann auch das Werkezeug lediglich entlang dieser Richtungen mit dem Werkstück in Eingriff gebracht werden. Bei den bekannten Verfahren müssen die die mehreren Zahnstangenrohlinge daher nach dem Ablängen in einer separaten Aufspannung gespannt werden, um Durchgangsbohrungen einzubringen. Das Umspannen und damit verbundene Einrichten und jeweilige Einmessen ist zeitaufwendig und die Verfahren sind daher unwirtschaftlich. Neben dem Umspannen muss zusätzlich jeweils der Fräser beziehungsweise der Bohrer beim jeweiligen Einrichten zu den Stirnseiten eingeteached werden. Der Hauptnachteil besteht jedoch darin, dass die Positionsgenauigkeit des Bohrbildes zur Verzahnung verfahrensbedingt begrenzt ist. Weiterhin können aufgrund der Paketspannung, bei der die Zahnstangenrohlinge nebeneinander, daher aneinander angrenzend angeordnet sind, die jeweiligen Seitenflächen seitlich nicht angefast werden, was dazu führt, dass scharfe Kanten und Grate verbleiben.

[0004] Eine Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden die Komplexität der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu reduzieren.

[0005] Das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen und eine Zahnstange als unmittelbares Verfahrensprodukt wird durch den unabhängigen Patentanspruch 1 bestimmt. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

[0006] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen. Beim erfindungsgemässen Verfahren werden mindestens zwei Zahnstangenrohlinge bereitgestellt. Es handelt sich hierbei für gewöhnlich um im Wesentlichen quaderförmige Halbzeuge, deren Erstreckung in der Länge entlang einer Längsachse ein Vielfaches der Bereite und/oder Höhe beträgt. Die Verzahnung an den mindestens zwei Zahnstangenrohlingen wird entlang der jeweiligen Längsachse der Zahnstangenrohlinge angebracht. Es wird dabei jeweils an jedem der beiden Zahnstangenrohlinge eine Verzahnung angebracht. Das Anbringen der Verzahnung kann hierbei mittels Wälzhobelns, Wälzstossens und/oder Fräsens erfolgen. Gute und wirtschaftliche Resultate, insbesondere bei hohen Stückzahlen, werden erzielt, wenn die Verzahnung durch Fräsen mittels eines Profilfräsers angebracht wird.

[0007] Nach dem Anbringen der Verzahnung werden mindestens zwei Zahnstangenrohlinge vereinzelt auf eine Bearbeitungsmaschine entlang der jeweiligen Längsachse aufgespannt. Die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge werden vorzugsweise jeweils mittels Spannpratzen auf einen Schwenktisch der Bearbeitungsmaschine aufgespannt und damit lagesicher fixiert. Zum Referenzieren der Werkzeuge, werden die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge eingemessen. Um das Bohrbild auf die Verzahnung abstimmen zu können, kann ausgehend von einer mittleren Lücke der Verzahnung das Ist-Mass bestimmt werden und das abzunehmende Aufmass auf die beiden Stirnseiten aufgeteilt werden.

[0008] Das Einmessen jedes der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge erfoigt dabei mittels eines Messtasters. Gute Resultate können erzielt werden, wenn die mittlere Lücke des jeweiligen Zahnstangenrohlings vorzugsweise mittels des Messtasters erfasst wird, um ein Aufmass zum Ablängen zwischen der jeweiligen ersten Stirnseite und der jeweiligen zweiten Stirnseite aufzuteilen. Hierbei wird mittels des Messtasters das Ist-Mass des jeweiligen Zahnstangenrohlings erfasst und mit dem angestrebten Soil-Mass abgeglichen. Ausgehend von der mittleren Lücke wird die abzutragende Differenz in Längsrichtung auf die beiden Stirnseiten aufgeteilt.

[0009] Basierend auf dem ermittelten Aufmass, wird die jeweilige erste Stirnseite und die jeweilige zweite Stirnseite der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge auf ein Soll-Mass entlang der Längsachse abgelängt. Das Ablängen erfolgt typischerweise durch eine spanende Bearbeitung. Vorzugsweise werden die jeweiligen ersten und zweiten Stirnseiten auf das Soll-Mass gefräst. Die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge werden typischerweise mit einem Abstand zueinander in einer einzigen Aufpannung bearbeitet, sodass die jeweilige erste Stirnseite und die jeweilige zweite Stirnseite unabhängig voneinander bearbeitbar sind. Hierbei werden die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge vorzugsweise mit einem Abstand zueinander jeweils mittels Spannpratzen aufgespannt. Die Aufspannung der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge mit einem Abstand zueinander ermöglicht es, eine zumindest bereichsweise um die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge umlaufende Kante zu entgraten. Da alle Seitenflächen und die umlaufende Kante der ersten und der zweiten Stirnseite, anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Paketspannungen, jeweils für einen Fräser zugänglich sind, kann die um die jeweilige Stirnseite umlaufende Kante entgratet werden.

[0010] Wie eingangs bereits erwähnt, kann im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren beim vorliegenden Verfahren auf ein Umspannen der Zahnstangenrohlinge nach dem Ablängen verzichtet werden. Vorzugsweise werden die aufgespannten mindestens zwei Zahnstangenrohlinge nach dem Ablängen zum Bohren durch ein Verschwenken des Schwenktisches um 90° verschwenkt. Beim Bohren wird üblicherweise jeweils mindestens eine Durchgangsbohrung entlang der jeweiligen Längsachse der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge eingebracht. Die in den jeweiligen Zahnstangenrohling eingebrachten Bohrungen dienen üblicherweise der späteren Montage an einem Maschinenteil, Maschinenbett oder Portal. Wie eingangs festgestellt, erfoigt das Ablängen und Bohren der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge in einer einzigen Aufspannung. Gute Resultate können hierbei erzielt werden, wenn das Ablängen und Bohren der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge mittels einer 4-Achs-CNC-Werkezugmaschine erfolgt. Neben den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mit 3-Achs-CNC-Werkzeugmaschinen, verfügen 4-Achs-CNC-Werkzeugmaschinen neben den 3-Linearachsen, mittels denen entweder die Frässpindel und/oder der Werkzeugträger in Längsrichtung (X), Seitenrichtung (Y) und Höhenrichtung (Z) verfahren werden kann, noch über die Möglichkeit die Frässpindel und/oder das Werkstück zu schwenken. Das Verschwenken erfolgt hierbei typischerweise mittels eines Werkstückschwenktisches.

[0011] Im Gegensatz zu den Verfahren im Stand der Technik bei denen die Zahnstangenrohlinge in einer Paketspannung aneinander angrenzend angeordnet sind, kann bei einer einzelnen Aufspannung ein Werkzeug mit der jeweiligen ersten Stirnseite und der jeweiligen zweiten Stirnseite in Eingriff gebracht werden. Somit kann durch das vereinzelte Aufspannen mindestens jeweils eine Fase an der jeweiligen ersten Stirnseite und der jeweiligen zweiten Stirnseite der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge angebracht werden, um die jeweilige umlaufende Kante zu entgraten, vorzugsweise indem eine Fase mit einem Winkel von 45° angebracht wird. Die fertig bearbeitete Zahnstange kann im Anschluss entnommen werden. Die fertig bearbeitete Zahnstange ist das unmittelbare Verfahrensprodukt des erfindungsgemässen Verfahrens.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0012] Anhand der in den nachfolgenden Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Beschreibung werden Aspekte der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht einer fertig bearbeiteten Zahnstange von der Seite und von oben; Fig. 2 Eine schematische Detailansicht des Anbringens der Verzahnung entlang der Längsachse an einem der Zahnstangenrohlinge; Fig. 3 Eine schematische Darstellung der aufgespannten zwei Zahnstangenrohlinge auf einer Bearbeitungsmaschine; Fig. 4 Eine schematische Darstellung des Einmessvorgangs einer der aufgespannten zwei Zahnstangenrohlinge auf der Bearbeitungsmaschine; Fig. 5 Eine schematische Darstellung des Ablängens einer der aufgespannten zwei Zahnstangenrohlinge auf der Bearbeitungsmaschine; Fig. 6 Eine Detailansicht des Ablängens einer der aufgespannten zwei Zahnstangenrohlinge nach Figur 5; Fig. 7 Eine schematische Darstellung des Bohrens einer der aufgespannten zwei Zahnstangenrohlinge auf der Bearbeitungsmaschine; Fig. 8 Eine Detailansicht des Bohrens einer der aufgespannten zwei Zahnstangenrohlinge nach Figur 7; Fig. 9 Eine Seitenansicht auf einen Ausschnitt der fertig bearbeiten Zahnstange nach Figur 1; Fig. 10 Eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der fertig bearbeiten Zahnstange nach Figur 1.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0013] Figur 1zeigt eine perspektivische Ansicht einer fertig bearbeiteten Zahnstange 1 von der Seite und von oben. Wie aus Figur 1 zu erkennen ist, ist die Verzahnung 3 beim gezeigten Ausführungsbeispiel entlang der Längsachse A angebracht. An der jeweiligen ersten Stirnseite 5 und der jeweiligen zweiten Stirnseite 6 der fertig bearbeitenden Zahnstange 1 ist jeweils eine um die Kante 11 umlaufende Fase 8 angebracht. Diese dient dazu die scharfe Kante nach dem Ablängen zu brechen und mögliche Grate zu entfernen, um Verletzungen des Monteurs bei der Montage oder des Bedieners im Betrieb zu verhindern. Wie aus der schematische Detailansicht derFigur 2zu erkennen ist, wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Verzahnung 3 entlang der Längsachse A an einem der Zahnstangenrohlinge 2 angebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Verzahnung 3 mittels eines Profilfräsers 13 angebracht.

[0014] Wie ausFigur 3zu erkennen ist, wird anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, jede der beiden Zahnstangenrohlinge 2 einzeln aufgespannt. Um die jeweilige erste Stirnseite 5 und die jeweilige zweite Stirnseite 6 von allen Seiten bearbeiten zu können, werden beim gezeigten Verfahren mindestens zwei Zahnstangenrohlinge 2 mit einem Abstand zueinander gespannt und jeweils mittels Spannpratzen 10 auf dem Schwenktisch 12 lagesicher fixiert. Wie aus der Figur 3 zu erkennen ist, werden die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge 2 jeweils entlang ihrer jeweiligen Längsachse A gespannt. Um die Zahnstangenrohlinge 2 nach der Verzahnung auf das gewünschte Soll-Mass zu bringen, wird das Aufmass ermittelt und an der ersten Stirnseite 5 und der zweiten Stirnseite 6 abgefräst.

[0015] Wie ausFigur 4zu erkennen ist, werden die Zahnstangenrohlinge 2 eingemessen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt der Einmessvorgang im auf der Bearbeitungsmaschine aufgespannten Zustand mittels eines Messtasters 4. Hierbei wird ausgehend von der mittleren Lücke 9 des jeweiligen Zahnstangenrohlings 2 das Ist-Mass bestimmt und das Aufmass, welches die Differenz zwischen dem Ist-Mass und zum erreichenden Soll-Mass darstellt, auf die erste Stirnseite 5 und die zweite Stirnseite 6 aufgeteilt.

[0016] Wie aus der inFigur 5dargestellten schematischen Darstellung des Ablängens zu erkennen ist, wird ausgehend von der mittleren Lücke 9 des jeweiligen Zahnstangenrohlings 2 das Soll-Mass durch Fräsen hergestellt. Wie insbesondere ausFigur 6zu erkennen ist, erlaubt das vereinzelte Aufspannen der Zahnstangenrohlinge 2 nicht nur das Ablägen auf das Soll-Mass, sondern auch das einzelne Bearbeiten der jeweiligen ersten Seitenfläche und der zweiten Stirnfläche und insbesondere das Anfasen der Kante 11. Einer der entscheidenden Schritte des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass zwischen dem Fräsen und dem Bohren der Zahnstangenrohlinge 2 diese lediglich um die Längsachse um 90° gedreht werden müssen, indem der Schwenktisch 12 der Bearbeitungsmaschine gedreht wird. Dies erlaubt es beide Bearbeitungsschritte in nur einer einzigen Aufspannung auszuführen und erneutes Einmessen für den Bohrvorgang zu vermeiden.

[0017] Figur 7zeigt eine schematische Darstellung des Bohrens einer der aufgespannten zwei Zahnstangenrohlinge 2 auf dem um 90° gedrehten Schwenktisch 12 der Bearbeitungsmaschine. Dies ermöglicht es Durchgangsbohrungen senkrecht zur Längsrichtung x einzubringen, welche dem späteren Anbringen der fertig bearbeiteten Zahnstange 1 an einem Maschinenbett, Portal oder einer Vorrichtung dienen.Figur 8zeigt eine Detailansicht des Bohrens einer der aufgespannten zwei Zahnstangenrohlinge 2.

[0018] Figur 9zeigt eine Seitenansicht auf einen Ausschnitt der fertig bearbeiten Zahnstange 2. Wie sowohl aus Figur 9 als auch Figur 10 zu erkennen ist, wird die umlaufende Kante der ersten Stirnseite und/oder die umlaufende Kante 11 der zweiten Stirnseite 6 der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge 2 zumindest bereichsweise entgratet.Figur 10zeigt ein Ausführungsbeispiel dessen erste Stirnseite und/oder zweite Stirnseite 6 abgeschrägt ist um die Verletzungsgefahr zusätzlich zu minimieren.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

[0019] 1 Zahnstange 2 Zahnstangenrohling 3 Verzahnung 4 Messtaster 5 Erste Stirnseite 6 Zweite Stirnseite 7 Durchgangsbohrung 8 Fase 9 Mittlere Lücke 10 Spannpratzen 11 Kante 12 Schwenktisch 13 Fräser 14 Bohrer

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen von Zahnstangen (1), umfassend die folgenden Schritte: a. bereitstellen von mindestens zwei Zahnstangenrohlingen (2); b. anbringen einer Verzahnung (3) an den mindestens zwei Zahnstangenrohlingen (2) entlang einer jeweiligen Längsachse (A) dadurch gekennzeichnet,dass c. die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) vereinzelt auf einer Bearbeitungsmaschine entlang der jeweiligen Längsachse (A) aufgespannt werden; d. einmessen jedes der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) mittels eines Messtasters (4); e. ablängen einer jeweiligen ersten Stirnseite (5) und einer jeweiligen zweiten Stirnseite (6) der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) auf ein Soll-Mass entlang der Längsachse (A); f. bohren der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2); g. Entnehmen der fertig bearbeiteten Zahnstangen (1)

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,dassdie jeweilige erste Stirnseite (5) und die jeweilige zweite Stirnseite (6) unabhängig voneinander bearbeitet werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,dassnach dem Ablängen, die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) zum Bohren im Wesentlichen um 90° verschwenkt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet,dassdas Verschwenken der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) mittels eines Werkstückschwenktisches erfolgt, auf welchem die mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) mittels Spannpratzen (10) aufgespannt sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,dassdas Ablängen und Bohren der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) mittels einer 4-Achs-CNC-Werkzeugmaschine erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,dasseine durch das Ablängen jeweils gebildete und zumindest bereichsweise um die erste Stirnseite (5) und die zweite Stirnseite (6) der mindestens zwei Zahnstangenrohlinge (2) umlaufende Kante (11) entgratet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet,dassdie umlaufende Kante (11) entgratet wird, indem eine Fase (8) mit einem Winkel von 45° angebracht wird.

8. Zahnstange (1) hergestellt durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.