DE10041976A1

DE10041976A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von ballig ausgebildeten Anspitzungen an den Zähnen von Zahnrädern

Info

Publication number: DE10041976A1
Application number: DE2000141976
Authority: DE
Inventors: Walter Kulle
Original assignee: Praewema Antriebstechnik GmbH
Current assignee: Praewema Antriebstechnik GmbH
Priority date: 2000-08-26
Filing date: 2000-08-26
Publication date: 2002-03-21
Anticipated expiration: 2020-08-27
Also published as: DE10041976B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer ballig ausgebildeten Anspitzung (A1, A2, A) an den Stirnflächen der Zähne (Z1, Z2, Z) von Zahnrädern (3) durch Wälzfräsen mit einem Werkstückhalter, der das jeweils bearbeitete Zahnrad (3) hält, mit einem Drehantrieb, der während der Bearbeitung kontinuierlich das bearbeitete Zahnrad (3) um eine Werkstückdrehachse (C) rotierend antreibt, mit mindestens einem Paar von während der Bearbeitung kontinuierlich und synchron zueinander gleichläufig rotierenden Schlagmesserfräsern (1, 2), deren in Richtung des bearbeiteten Zahnrads (3) gerichtete Werkzeugdrehachsen (W1, W2) in Bezug auf das bearbeitete Zahnrad (3) symmetrisch ausgerichtet sind und deren Messerschneiden (1a, 2a) eine entsprechend der zu erzeugenden balligen Anspitzung (A1, A2, A) ausgebildete Form besitzen, wobei jeweils einer der Schlagmesserfräser (1) die Stirnfläche eines ersten Zahns (Z1) von einer Seite (U) und der andere Schlagmesserfräser (2) gleichzeitig die Stirnfläche eines anderen Zahns (Z2) des Zahnrads (3) von der gegenüberliegenden Seite (O) her bearbeitet, und mit mindestens einer Vorschubeinrichtung zum Verstellen der Lage der Schlagmesserfräser (1, 2) relativ zum jeweils bearbeiteten Zahnrad (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von ballig ausgebildeten Anspitzungen an den Stirnflächen der Zähne von Zahnrädern. Mit derartigen Anspitzungen versehene Zahnräder werden beispielsweise in PKW-Schaltgetrieben eingesetzt. Durch die Anspitzung wird das Einführen der miteinander kämmenden Zahnräder während des Schaltvorgangs erleichtert.

Ballige Anspitzungen werden üblicherweise durch Stoßfräsen erzeugt. Bei diesem Verfahren wird mittels gegenläufig drehender und symmetrisch in Bezug auf das Werkstück ausgerichteten Fräsern in die Zähne des während der Bearbeitung feststehenden Werkstücks gefräst. Die Bearbeitung des Zahnrades wird dabei schrittweise von Zahn zu Zahn durchgeführt. Dabei erfolgt der erforderliche Vorschub mittels entsprechend ausgebildeter Antriebe über die Werkstückachse oder die Werkzeugachsen.

Der Vorteil des Stoßfräsprinzips besteht in der Genauigkeit, mit der die balligen Anspitzungen erzeugt werden können. Nachteilig ist jedoch, daß für die Bearbeitung jedes einzelnen Zahnes lange Bearbeitungszeiten benötigt werden. Dies bedingt eine den praktischen Anforderungen in der Produktion großer Stückzahlen nicht gewachsene, geringe Leistungsfähigkeit des Stoßfräsverfahrens.

Leistungsfähiger als die Erzeugung von Anspitzungen durch Stoßfräsen ist das Erzeugen derartiger Formen an den Stirnseiten von Zähnen eines Zahnrades durch das Wälzfräsen. So ist es beispielsweise aus der EP 0 107 826 oder der DE 195 18 483 A1 bekannt, ebenfalls als Schalterleichterung an Zahnrädern vorgesehene dachfirst- ähnliche Anspitzungen durch Wälzfräsen zu erzeugen. Bei diesen Anspitzungen laufen zwei ausgehend von den Zahnflanken angeschrägte, im wesentlichen ebene Flächen auf eine im wesentlichen in der Mitte des Zahnes angeordnete, stirnseitige Kante zu. Bei dem bekannten Verfahren wird in das auf einem Werkstückhalter gehaltene und kontinuierlich angetriebene Werkstück mit zwei kontinuierlich gegenläufig zueinander drehenden Schlagmesserfräsern gefräst. Der Vorschub erfolgt dabei üblicherweise über die Werkzeugachsen, indem die Schlagmesserfräser in Abhängigkeit vom Bearbeitungsfortschritt in Richtung des Werkstücks zugestellt werden.

Um eine im wesentlichen gleichförmige, ebene Ausbildung der beiden angeschrägten Flächen der Anspitzung zu erhalten, ist aufgrund der Kinematik der miteinander verkoppelten Bewegungen eine in Bezug auf das jeweils bearbeitete Werkstück unsymmetrische Anordnung der Schlagmesser erforderlich. Es zeigt sich allerdings, daß auch durch eine solche Anordnung nicht verhindert werden kann, daß die Flächen der Anspitzungen verfahrensbedingte Verwindungen aufweisen. Diese Abweichungen von der kontruktiv erwünschten Form sind bei dachfirst-ähnlichen Anspitzungen tolerierbar. Ballig ausgebildete Anspitzungen, die eine sphärisch ausgewölbte Kontur aufweisen, lassen sich jedoch mit den bekannten Wälzfräsverfahren nicht mit der erforderlichen Genauigkeit erzeugen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und eine Verfahren zu schaffen, mit dem sich bei hoher Leistung ballig ausgebildete Anspitzungen an den Stirnflächen der Zähne von Zahnrädern mit hoher Fertigungsgenauigkeit erzeugen lassen.

Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Vorrichtung zum Erzeugen einer ballig ausgebildeten Anspitzung an den Stirnflächen der Zähne von Zahnrädern durch Wälzfräsen gelöst, welche mit einem Werkstückhalter, der das jeweils bearbeitete Zahnrad hält, mit einem Drehantrieb, der während der Bearbeitung kontinuierlich das bearbeitete Zahnrad um eine Werkstückdrehachse rotierend antreibt, mit mindestens einem Paar von während der Bearbeitung kontinuierlich und synchron zueinander gleichläufig rotierenden Schlagmesserfräsern, deren in Richtung des bearbeiteten Zahnrads gerichtete Werkzeugdrehachsen in Bezug auf das bearbeitete Zahnrad symmetrisch ausgerichtet sind und deren Messerschneiden eine entsprechend der zu erzeugenden balligen Anspitzung ausgebildete Form besitzen, wobei jeweils einer der Schlagmesserfräser die Stirnfläche eines ersten Zahns von einer Seite und der andere Schlagmesserfräser gleichzeitig die Stirnfläche eines anderen Zahns des Zahnrads von der gegenüberliegenden Seite her bearbeitet, und mit mindestens einer Vorschubeinrichtung zum Verstellen der Lage der Schlagmesserfräser relativ zum jeweils bearbeiteten Zahnrad ausgestattet ist.

Zum anderen wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erzeugen einer ballig ausgebildeten Anspitzung an den Stirnflächen der Zähne von Zahnrädern durch Wälzfräsen gelöst, bei dem während der Bearbeitung mindestens zwei Schlagmesserfräser im Gleichlauf kontinuierlich und synchron zueinander rotierend angetrieben werden, deren in Richtung des Zahnrades gerichtete Werkzeugdrehachsen in Bezug auf das Zahnrad symmetrisch ausgerichtet sind, bei dem während der Bearbeitung das jeweils bearbeitete Zahnrad um eine Werkstückdrehachse kontinuierlich rotierend angetrieben wird, bei dem jeweils mit dem ersten Schlagmesserfräser von einer ersten Seite die Stirnfläche eines ersten Zahns und gleichzeitig mit dem zweiten Schlagmesserfräser von einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite her die Stirnfläche eines zweiten Zahns des Zahnrads bearbeitet wird, und bei dem in Abhängigkeit vom Fortschritt der Bearbeitung das Zahnrad und die Schlagmesserfräser aufeinander zugestellt werden.

Die Erfindung verbindet bei der Erzeugung von ballig geformten Anspitzungen an Zähnen von Zahnrädern die Leistungsvorteile des Wälzfräsen mit der Genauigkeit, mit der sich derartige Anspitzungen durch das Stoßfräsen erzeugen lassen. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, daß die Schlagmesserfräser im Gleichlauf angetrieben werden, so daß das erste und zweite Schlagmesser jeweils nur links- oder nur rechtsschneidend arbeiten. Gleichzeitig ist die Winkelstellung der Werkzeugdrehachsen in Bezug auf das Werkstück symmetrisch eingestellt. Durch Umkehr des Drehsinns der Werkstückdrehachse können die betreffenden Winkelstellungen beeinflußt werden.

Überraschend hat sich gezeigt, daß dann, wenn die Werkzeuge im Gleichlauf betrieben werden, sich auch durch Wälzfräsen Anspitzungen erzeugen lassen, bei denen die durch die Form der Fräserschneiden vorgegebene Balligkeit mit hoher Genauigkeit abgebildet wird. Durch die symmetrische Anordnung der Fräser ist dabei sichergestellt, daß auch die Anspitzungen eine ebenso symmetrische Form erhalten. Abweichungen, wie sie beim Stand der Technik bei der Erzeugung von dachfirst- ähnlichen Anspitzungen verfahrensbedingt in Kauf genommen werden müssen, werden auf diese Weise vermieden. Stattdessen ist bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise sichergestellt, daß beide Seiten der balligen Anspitzungen formgleich sind, so daß das Bearbeitungsergebnis auch strengsten Anforderungen genügt.

Abhängig von der jeweiligen Bauart einer erfindungsgemäßen Vorrichtung laufen die Schlagmesserfräser vorzugsweise in zueinander versetzten Drehstellungen. In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, daß sich die Erfindung besonders einfach dann verwirklichen läßt, wenn die Drehstellung des einen Schlagmesserfräsers jeweils um 180° gegenüber der korrespondierenden Drehstellung des anderen Schlagmessers versetzt ist.

Hinsichtlich der praktischen Verwirklichung der Erfindung kann es ebenso vorteilhaft sein, die Werkstückdrehachsen gemeinsam in einer horizontal oder vertikal verlaufenden Ebene anzuordnen. Mit einer solchen Anordnung lassen sich kompakte und vom Arbeitsablauf gut organisierte Vorrichtungen der erfindungsgemäßen Art herstellen. In diesem Zusammenhang ebenso vorteilhaft ist es, wenn die Stelleinrichtung während der Bearbeitung den Werkstückhalter in Richtung der Schlagmesserfräser zustellt. Auf diese Weise werden die Antriebe der Schlagmesserfräser von der Vorschubbewegung entlastet. Im Ergebnis führt dies zu einer genaueren Bearbeitung des Werkstücks.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Zahnrad und ein Schlagmesserfräser-Paar in einer seitlichen Ansicht;

Fig. 2 das Zahnrad und das Schlagmesserfräser-Paar gemäß Fig. 1 in einer frontalen auf das Zahnrad gerichteten Ansicht;

Fig. 3 einen Ausschnitt des Zahnrads gemäß Fig. 1 nach der Bearbeitung in einer perspektivischen Ansicht.

Die den Figuren gezeigten Schlagmesserfräser 1, 2 werden von jeweils einer nicht dargestellten Werkzeugspindel gehalten, die Teil einer weiter ebenfalls nicht dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung sind. Die betreffende Vorrichtung ist in bekannter Weise mit einem Maschinenbett ausgestattet, auf dem ein Halter für die beiden die Schlagmesserfräser 1, 2 haltenden Werkzeugspindeln angeordnet ist. Die Schneiden 1a, 2a der Schlagmesserfräser 1, 2 sind derart formgeschliffen, daß sie an den zu bearbeitenden Stirnflächen 4 der Zähne Z1, Z2, Z des Zahnrads 3 eine ballig ausgebildete Anspitzung A1, A2, A erzeugen.

Die die Schlagmesserfräser 1, 2 tragenden Werkzeugspindeln sind jeweils über einen eigenen Drehantrieb angetrieben. Ihre Werkzeugdrehachsen W1, W2 sind gemeinsam in einer Vertikalebene V angeordnet. Über eine geeignet ausgebildete Schwenkeinrichtung können die Winkel α, β eingestellt werden, mit denen die Werkzeugdrehachsen W1, W2 in Bezug auf eine Horizontale ausgerichtet sind. Eine ebenfalls nicht dargestellte Steuerung stellt sicher, daß die Drehbewegungen der Spindeln und damit die Drehungen der Schlagmesserfräser 1, 2 um die Werkzeugdrehachsen W1, W2 miteinander synchronisiert sind.

Das jeweils zu bearbeitende Zahnrad 3 ist auf der Werkstückspindel eines ebenfalls nicht dargestellten Werkstückhalters befestigt, der Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist. Der Werkstückhalter ist mit einem Drehantrieb ausgestattet, von dem das Zahnrad 3 während der Bearbeitung kontinuierlich um eine mit der Längsachse des Zahnrades 3 übereinstimmende, horizontal ausgerichtete Werkzeugdrehachse C rotierend angetrieben wird. Die Drehung des Zahnrads 3 ist dabei über die Steuerung synchronisiert mit der Drehung der Schlagmesserfräser 1, 2. Zusätzlich ist der Werkstückhalter mit einer Vorschubeinrichtung versehen, mit welcher die Werkstückspindel und mit ihr das Zahnrad 3 linear in Richtung der Werkzeugdrehachse C auf die Schlagmesserfräser 1, 2 zugestellt werden kann.

Zur Bearbeitung der stirnseitigen Flächen der Zähne Z1, Z2, Z des Zahnrades 3 werden die Werkzeugspindeln so verstellt, daß sich die in Richtung des Zahnrades 3 weisenden Werkzeugdrehachsen W1, W2 in einem Punkt kreuzen und in gleichen Winkeln α, β in Bezug auf die durch die Drehachse C des Zahnrads 3 verlaufende Horizontalebene H eingestellt sind. In dieser Position sind die Schlagmesserfräser 1, 2 symmetrisch in Bezug auf das Zahnrad 1 positioniert, da die jeweils zwischen den Werkzeugdrehachsen W1, W2 und der Stirnfläche 4 des Zahnrades 3 eingeschlossenen Winkel identisch sind.

Die Schlagmesserfräser 1, 2 sind in dieser Stellung so ausgerichtet, daß zwischen dem von dem ersten Schlagmesserfräser 1 bearbeiteten Zahn Z1 und dem von dem zweiten Schlagmesserfräser 2 bearbeiteten Zahn Z2 jeweils zum Zeitpunkt der jeweiligen Bearbeitung mindestens drei Zähne liegen, die jeweils nicht bearbeitet werden. Der Schlagmesserfräser 1 bearbeitet dabei den ihm jeweils zugeordneten Zahn Z1 von der unteren Seite U her, während der Schlagmesserfräser 2 den ihm jeweils zugeordneten Zahn Z2 von der gegenüberliegenden, oberen Seite O her bearbeitet.

Während der Bearbeitung rotiert das Zahnrad 3 kontinuierlich beispielsweise im Uhrzeigersinn (Fig. 2). Gleichzeitig werden die Schlagmesserfräser 1, 2 entgegen dem Uhrzeigersinn kontinuierlich gleichlaufend angetrieben. Auf diese Weise werden in einem kontinuierlich ablaufenden Wälzfräsen die balligen Anspitzungen A1, A2, A an den Zähnen Z1, Z2, Z erzeugt. Dabei wird in Abhängigkeit vom Arbeitsfortschritt das Zahnrad 3 auf die Schlagmesserfräser 1, 2 zugestellt, bis die Endform der Anspitzungen A1, A2, A erreicht ist.

Nach Fertigstellung der Bearbeitung wird das Zahnrad 3 durch eine ebenfalls nicht gezeigte, zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörende Einrichtung von der Werkstückspindel genommen, gewendet und wieder auf die Werkstückspindel aufgesetzt, so daß anschließend die Zähne Z1, Z2, Z auf der rückwärtigen Stirnseite des Zahnrades 3 mit Anspitzungen A versehen werden kann.

Das Zahnrad 3 könnte auch mit derselben Drehrichtung rotieren wie die Schlagmesserfräser 1, 2. In diesem Fall könnte eine kleinere Voreinstellung der Fräser 1, 2 gewählt werden als bei der in Fig. 2 gezeigten, voranstehend erläuterten Betriebsweise.

BEZUGSZEICHEN

1

,

2

Schlagmesserfräser

1

a,

2

a Schneiden der Schlagmesserfräser

1

,

2

3

Zahnrads

4

Stirnflächen
α, β Winkel
A1, A2, A Anspitzungen
C Werkzeugdrehachse
O obere Seite
U untere Seite
V Vertikalebene
W1, W2 Werkzeugdrehachsen
Z1, Z2, Z Zähne des Zahnrads

3

Claims

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer ballig ausgebildeten Anspitzung (A1, A2, A) an den Stirnflächen der Zähne (Z1, Z2, Z) von Zahnrädern (3) durch Wälzfräsen
mit einem Werkstückhalter, der das jeweils bearbeitete Zahnrad (3) hält,
mit einem Drehantrieb, der während der Bearbeitung kontinuierlich das bearbeitete Zahnrad (3) um eine Werkstückdrehachse (C) rotierend antreibt,
mit mindestens einem Paar von während der Bearbeitung kontinuierlich und synchron zueinander gleichläufig rotierenden Schlagmesserfräsern (1, 2), deren in Richtung des bearbeiteten Zahnrads (3) gerichtete Werkzeugdrehachsen (W1, W2) in Bezug auf das bearbeitete Zahnrad (3) symmetrisch ausgerichtet sind und deren Messerschneiden (1a, 2a) eine entsprechend der zu erzeugenden balligen Anspitzung (A1, A2, A) ausgebildete Form besitzen, wobei jeweils einer der Schlagmesserfräser (1) die Stirnfläche eines ersten Zahns (Z1) von einer Seite (U) und der andere Schlagmesserfräser (2) gleichzeitig die Stirnfläche eines anderen Zahns (Z2) des Zahnrads (3) von der gegenüberliegenden Seite (O) her bearbeitet, und
mit mindestens einer Vorschubeinrichtung zum Verstellen der Lage der Schlagmesserfräser (1, 2) relativ zum jeweils bearbeiteten Zahnrad (3).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstellung des einen Schlagmesserfräsers (1) gegenüber der korrespondierenden Drehstellung des anderen Schlagmessers (2) versetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstellung des einen Schlagmesserfräsers (1) gegenüber der korrespondierenden Drehstellung des anderen Schlagmessers (2) jeweils um 180° versetzt ist.

4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückdrehachsen (W1, W2) gemeinsam in einer horizontal oder vertikal verlaufenden Ebene (V) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung während der Bearbeitung das Zahnrad (3) in Richtung der Schlagmesserfräser (1, 2) zustellt.

6. Verfahren zum Erzeugen einer ballig ausgebildeten Anspitzung an den Stirnflächen der Zähne (Z1, Z2, Z) von Zahnrädern (3) durch Wälzfräsen
bei dem während der Bearbeitung mindestens zwei Schlagmesserfräser (1, 2) im Gleichlauf kontinuierlich und synchron zueinander rotierend angetrieben werden, deren in Richtung des Zahnrades (3) gerichtete Werkzeugdrehachsen (W1, W2) in Bezug auf das Zahnrad (3) symmetrisch ausgerichtet sind,
bei dem während der Bearbeitung das jeweils bearbeitete Zahnrad (3) um eine Werkstückdrehachse (C) kontinuierlich rotierend angetrieben wird,
bei dem jeweils mit dem ersten Schlagmesserfräser (1) von einer ersten Seite (U) die Stirnfläche eines ersten Zahns (Z1) und gleichzeitig mit dem zweiten Schlagmesserfräser (2) von einer der ersten Seite (U) gegenüberliegenden Seite (O) her die Stirnfläche eines zweiten Zahns (Z2) des Zahnrads (3) bearbeitet wird, und
bei dem in Abhängigkeit vom Fortschritt der Bearbeitung das Zahnrad (3) und die Schlagmesserfräser (1, 2) aufeinander zugestellt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstellung des einen Schlagmesserfräsers (1) der Drehstellung des anderen Schlagmesserfräsers (2) voreilt.