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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Feinbearbeiten der Zahnflanken
eines verzahnten Werkrades mit einer im Wesentlichen zu einer Werkzeugachse
rotationssymmetrischen Gestalt, aufweisend eine vordere und eine
rückwärtige Breitseite und
eine um die Werkzeugachse sich erstreckende Umfangsfläche mit
Werkzeugzähnen,
deren Stirnseiten zu den Breitseiten weisen.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus ein Verfahren zum Feinbearbeiten der Zahnflanken eines verzahnten
Werkrades mit einer im Wesentlichen zur Werkzeugachse rotationssymmetrischen
Gestalt, aufweisend eine vordere und eine rückwärtige Breitseite und eine um
die Werkzeugachse sich erstreckende Umfangsfläche mit Werkzeugzähnen, deren Stirnseiten
zu den Breitseiten weisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitellinien
der Werkzeugzähne
auf einer gedachten Kegelmantelfläche liegen.
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Die
Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Feinbearbeiten der
Zahnflanken eines verzahntes Werkrades, wobei ein rotationssymmetrisches Werkzeug
mit auf einer Umfangsfläche
angeordneten abrasiven Werkzeugzähnen
in drehendem Zahneingriff mit den Zähnen des Werkrades steht, wobei die
Achsen von Werkrad und Werkzeug in einem Achskreuzwinkel zueinander
stehen.
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Ein
gattungsgemäßes Werkzeug
in Form eines Honringes ist bekannt aus der
DE 9411326 . Auch die
DE 44 47 036 beschreibt ein gattungsgemäßes Werkzeug.
Das Werkzeug besitzt eine im Wesentlichen kreisringförmige Gestalt
mit zwei parallel zueinander verlaufenden, sich im Wesentlichen
rechtwinklig zur Drehachse erstreckenden Breitseiten. Die äußere oder
die innere Umfangsfläche
des aus einem abrasiven Material bestehenden Werkzeuges kann mit
Werk zeugzähnen
versehen sein. Es handelt sich dann um innen- oder außenverzahnte
Honringe. Die jeweils andere Umfangsfläche wird zur Drehlagerung des
Werkzeuges verwendet. Bei den gattungsbildenden Werkzeugen liegen
die Stirnseiten der Werkzeugzähne
in den Breitseiten. Die gattungsgemäßen Werkzeuge dienen der Feinbearbeitung
von verzahnten Zahnrädern.
Die Flanken der Werkzeugzähne
haben eine abrasive Oberfläche,
die mit den Zahnflanken der zu bearbeitenden Werkstücken reibend
zusammenwirken. Die Achsen von Werkzeug und Werkstück stehen
in einem Achskreuzwinkel zueinander. Im Bereich des Zahneingriffs
verlaufen die Flanken der miteinander kämmenden Zähne parallel zueinander. Entsprechend
dem Achskreuzwinkel besitzen die Zähne von Werkzeug und Werkstück unterschiedliche
Neigungen. Die Scheitellinien der Werkzeugzähne können zwar schräg verlaufen.
Sie verlaufen jedoch im Wesentlichen auf einer gedachten Zylindermantelfläche um die
Werkzeugachse. Wird entweder das Werkrad oder das Werkzeugrad drehangetrieben,
so dreht das jeweils andere Rad mit. Zufolge eines Drehmomentes
und des Achskreuzwinkels beschreiben die beiden aneinanderliegenden
Zahnflanken eine spanabtragende Relativbewegung in einer Richtung.
Eine durch die Lage des Zahneingriffs und die Drehachse des Werkzeuges definierte
Zahneingriffsebene liegt beim gattungsgemäßen Verfahren außerhalb
einer zweiten Ebene, in welcher die beiden Drehachsen liegen.
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Mit
dem oben beschriebenen Werkzeug und dem oben beschriebenen Verfahren
ist es nicht möglich,
Werkstücke
mit einer Schulter zu bearbeiten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahme anzugeben, mit denen
auch Zahnräder mit
Schulter feinbearbeitet werden können.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.
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Der
Anspruch 1 sieht zunächst
und im Wesentlichen vor, dass die vordere Breitseite des Werkzeuges
zumindest im Bereich der Werkzeugverzahnung eine Umfangshinterschneidung
ausbildet. Alternativ oder in Kombination damit sieht die Erfindung ferner
vor, dass die Scheitellinien der Werkzeugzähne auf einer gedachten Kegelmantelfläche liegen. Dabei
fallen Kegelachse und Drehachse des Werkzeuges zusammen. Im einfachsten
Fall kann die Umfangshinterschneidung von einer Kegelstumpfmantelfläche ausgebildet
werden. Der Honring kann eine insgesamt konische Gestalt aufweisen,
wenn sich die Kegelstumpfmantelfläche über die gesamte Breitseite
erstreckt und zudem auch die rückwärtige Breitseite
eine eine Innenkegelstumpfmantelfläche ausbildet. Die Zahnflankenerstreckungsrichtung,
also die Scheitellinie der Zähne
verläuft
derart geneigt zur Werkzeugachse, dass die dadurch erzeugte Kegelmantelfläche im Wesentlichen
senkrecht steht zur Umfangshinterschneidung. Gleichwohl können die Zähne des
Werkzeuges aber auch schräg
verlaufen, wenn dies die Verzahnung des Werkstückes erfordert. Das Werkzeug
kann aus einem keramischen Werkstoff oder einem keramische Bestandteile
aufweisenden Verbundwerkstoff bestehen, wie er in den obengenannten
Druckschriften zum Stand der Technik beschrieben wird. Bevorzugt
handelt es sich bei dem Werkzeug um ein innenverzahntes Honrad.
Die Erfindung betrifft aber auch außenverzahnte Werkzeuge.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
steht die Drehachse des Werkstückes
mit der Drehachse des Werkzeuges in einem Achskreuzwinkel. Anders als
beim Stand der Technik liegen beide Achsen und der Scheitelpunkt
des Zahneingriffsbereiches in einer gemeinsamen Ebene. Dies hat
zur Folge, dass die Relativbewegung der aneinander abreibenden Flanken
der Zähne
eine Hin- und Herbewegung ist. Zufolge einer überlagerten Oszillation des
Werkstückes insbesondere
in dessen Achsrichtung ergibt sich eine diagonale Bearbeitungsstruktur
der Zahnoberfläche. Die
beim Stand der Technik störende
Kollision mit der Schulter des Werkzeuges ist verhindert, da sich
im Zuge der Relativbewegung der beiden Zahnflanken zueinander der
umfangshinterschnittene Breitseitenabschnitt des Werkzeuges bis
an die Schulter annähert,
um sich dann wieder von ihr zu entfernen. Die Bearbeitung erfolgt
also direkt bis an die Störkontur heran.
Aufgrund der konischen V-Honringverzahnung liegt der Wälzkreis
des Werkstückes
nicht parallel zum Zahn, sondern leicht diagonal. Die ergänzende Oszillationsbewegung
ist eine Überlagerung zur
Wälzkreislinie.
Es entsteht dadurch kein Profil-Formfehler wie beim Verfahren gemäß Stand
der Technik. Insbesondere Gradverzahnungen sind aufgrund dieser
Wälzkreisüberlagerung
besser zu bearbeiten. Das Verfahren ist auch für Werkstücke ohne Schulter einsetzbar.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung findet insbesondere in der PKW-Getriebefertigung
Anwendung, da die dort verwendeten Zahnräder Schultern aufweisen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung in grob schematischer Darstellung den Zahneingriff
eines erfindungsgemäßen Honringes
mit einem eine Schulter aufweisenden verzahnten Werkrad im Schnitt
durch die Zahneingriffsebene E,
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2 eine
Darstellung gemäß 1 eines zweiten
Ausführungsbeispiels,
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3 im
Diagonalschnitt ein drittes Ausführungsbeispiel
eines Honringes und
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4 eine
Darstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels
in der Ansicht zur Verdeutlichung der Lage der Zahneingriffsebene
E.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich besonders für
die Feinbearbeitung der Zahnflanken der Zähne 5 eines verzahnten
Werkrades 1, welches eine Schulter 10 aufweist.
Das Werkrad 1 wird um seine Drehachse 3 drehangetrieben
und schleppt ein im Zahneingriff mit den Zähnen 5 stehendes Honrad 2 mit.
Das Honrad 2 kann dabei gebremst werden. Es ist aber auch
möglich,
beide Achsen drehanzutreiben und über eine elektronische Steuerung
für ein
Drehmoment zwischen Honrad 2 und Werkrad 1 zu
sorgen.
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Die
Drehachse 4 des Honrades 2 steht mit der Drehachse 3 des
Werkrades 1 in einem Achskreuzwinkel α. Der Schnittpunkt der Achsen 3, 4 liegt rückwärtig des
Honrades 2.
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Wie
aus der 4 zu entnehmen ist, liegen der
Scheitelpunkt Z des Zahneingriffs der Zähne 6 des Honrades 7 in
die Zähne 5 des
Werkrades 1 in einer gemeinsamen Ebene E mit den Achsen 3, 4 von Honrad 2 und
Werkrad 1. Die Ebene E ist die Zeichenebene der 1 und 2.
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Das
in der 1 dargestellte Honrad 2 besitzt eine
vordere Breitseite 7 und eine rückwärtige Breitseite 8.
Die vordere Breitseite 7 besitzt einen die Stirnseite der
Werkzeugzähne 6 mit
umfassenden Umfangsabschnitt 7', indem die gesamte Breitseite 7 auf
einer Außenmantelfläche eines
Kegelstumpfes verläuft,
ist der verzahnungsnahe Abschnitt 7' ein umfangshinterschnittener Abschnitt.
Wie der 1 zu entnehmen ist, verläuft in der
Zahneingriffsebene E die Breitseite 7 rechtwinklig zur
Drehachse 3 des Werkstückes 1.
Die Zahnflankenerstrekkungsrichtung 9, die bei einer Gradverzahnung
mit der Scheitellinie des Zahnes 6 zusammenfällt, liegt
in der Zahneingriffsebene E parallel zur Drehachse 3 des Werkstücks 1.
Dementsprechend liegt die Zahnflankenerstreckungsrichtung 9 aller
Werkzeugzähne 6 auf
einer Kegelfläche,
deren Öffnungswinkel β dem Achskreuzwinkel α entspricht.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die
beiden Breitseiten 7 und 8 parallel zueinander.
In entsprechender Weise beschreibt die rückwärtige Breitseite 8 eine
Innenkegelfläche.
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Mit
der Bezugsziffer 11 ist eine Oszillationsbewegung des Werkstückes 1 angedeutet,
die der Drehbewegung überlagert
ist. Die Oszillationsrichtung entspricht der Richtung der Drehachse 3 des Werkstücks 1.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die rückwärtige Breitseite 8 des
Werkzeuges 2 in einer Ebene. Auch der periphere Abschnitt 7'' der vorderen Breitseite 7 liegt
in einer Ebene. Ein die Stirnseiten der Zähne 6 mit umfassender Umfangsabschnitt 7' verläuft auch
hier auf einer Kegelstumpffläche
und erstreckt sich im Wesentlichen rechtwinklig zur Zahnflankenerstreckungsrichtung 9.
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Bei
dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
besitzt die vordere Breitseite 7 des Honringes 2 eine
V-förmige
Ringkehle. Die der Verzahnung 6 zugewandte Flanke 7' dieser Ringkehle bildet
die Umfangshinterschneidung, die beim Betrieb im Bereich des Zahneingriffs
Z etwa parallel zur Schulter 10 verläuft. Die radiale Länge des
umfangshinterschnittenen Abschnittes 7' is größer als die Höhe des Schulter 10.
Zur Vergrößerung der
Materialstärke
des Werkzeuges 2 dient die entgegengesetzt gerichtete periphere
Flanke 7''.
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Die
Funktionsweise des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist die Folgende:
Das
Werkrad 1 wird drehangetrieben. Zufolge des Zahneingriffs
der Zähne 5 in
die Zähne 6 wird
das Honrad 2, welches aus einem abrasiven Material besteht,
mitgeschleppt. Auch hier kann als Alternative vorgesehen sein, dass
beide Achsen drehangetrieben werden. Zufolge des Achskreuzwinkels α entsteht
zwischen den aufeinander abgleitenden Zahnflanken der 5, 6 eine
Relativbewe gung. Diese erfolgt hin- und herverlaufende diagonal,
also V-förmig.
Der Wälzkreis
liegt parallel zum Zahn, sondern leicht diagonal. Wenn jetzt noch
die übliche
Oszillationsbewegung 11 hinzukommt, wird die Wälzkreislinie
mit jeder Pendelbewegung überlagert.
So entsteht kein Profil-Formfehler, wie er beim herkömmlichen
Honen im Wälzkreisbereich
häufig
auftritt. Bei dieser Bewegung tritt der umfangshinterschnittene
bzw. auf einer Kegelmantelfläche
verlaufender Abschnitt 7' bis
dicht an die ansonsten die Bearbeitung störende Schulter 10 des
Werkrades heran. Er erreicht die Schulter im Bereich des Scheitelpunktes
Z des Zahneingriffs.
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Da
die Drehachse 3 des Werkrades 1 und die Drehachse 4 des
Werkzeuges 2 in der Ebene liegen, in welcher auch der Scheitel
des Zahneingriffs Z liegt, kann mit einem gratverzahnten Werkzeug 2 ein gratverzahntes
Werkstück 1 bearbeitet
werden.
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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.