DE102004057596B4

DE102004057596B4 - Profilierzahnrad und Verfahren zum Profilieren einer Schleifschnecke

Info

Publication number: DE102004057596B4
Application number: DE102004057596A
Authority: DE
Inventors: Ralf Jankowski; Dieter Nobs; Roland Schmid; Michael Siebert; Wolfgang Thyssen
Original assignee: Reishauer AG
Current assignee: Reishauer AG
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: CN1689742B; ITMI20050657A1; CZ2005255A3; CZ301815B6; JP2005305645A; CN1689742A; US8113915B2; US20050239385A1; JP2012096352A; DE102004057596A1; JP4986409B2

Abstract

Profilierzahnrad zum Profilieren einer Schleifschnecke (1) für das kontinuierliche Wälzschleifen eines Werkstücks, wobei die Schleifschnecke (1) einen Schruppschleifbereich (4) und einen Schlichtschleifbereich (6) aufweist, welche entlang einer Achse der Schleifschnecke angeordnet sind, und zumindest der Schlichtschleifbereich (6) eine dreidimensional modifizierte Flankengeometrie aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Profilierbreitenbereiche (28, 29) mit unterschiedlich ausgebildeten Flankenmodifikationen aufweist, wobei ein erster dieser Profilierbreitenbereiche (28, 29) zum Profilieren des Schruppschleifbereichs (4) und mindestens ein zweiter dieser Profilierbreitenbereiche (29) zum Profilieren des Schlichtschleifbereichs (6) ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Profilierzahnrad sowie ein Verfahren zum Profilieren einer Schleifschnecke gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 12.
Stand der Technik
Die Bestrebungen in der Getriebetechnik zur Erhöhung der Leistungsdichte und Reduktion der Geräuschemission der Getriebe führen zunehmend zu Getriebe- bzw. Zahnrädern mit dreidimensional bzw. topologisch modifizierten Zahnflanken. Dank derartiger Modifikationen lassen sich ein günstiges Tragbild und dynamisches Anregungsverhalten von im Eingriff befindlichen Zahnradpaaren erzielen, obwohl sich ihre Zahnverformung unter der variablen Last verändert. Als Resultat dieser Bestrebungen werden Zahnräder berechnet, konstruiert und gefertigt, welche komplexe Zahnflankenmodifikationen aufweisen, z. B. in Form von Kopf- und Fussrücknahmen oder mit Wellen, welche parallel zu den Kontaktlinien eines Radpaares verlaufen.
Werkstücke mit derartigen Zahnflankenmodifikationen sind mit den bekannten Verfahren und Werkzeugen des Wälzschleifens mit zylindrischer Schleifschnecke nur eingeschränkt, d. h. mit erheblichen Restabweichungen oder sehr hohem Profilieraufwand herstellbar.
In EP-A-0'278'512 wird eine zylindrische Schleifschnecke mit einem über der Schleifschneckenbreite variierendem Eingriffswinkel beschrieben. Diese Schleifschnecke ermöglicht, breitenballige Zahnflanken zylindrischer Zahnräder mit und ohne Verschränkung zu erzeugen. Ein Nachteil dieser Lösung sind die Restabweichungen, die infolge des bogenförmigen Verlaufs des Kontaktpfades zwischen Schleifschnecke und Werkstückzahnflanke bei konjugierter Abbildung entstehen. Ein weiterer Nachteil ist die geringe Zahl schleifbarer Werkstücke je Schleifschneckenprofilierung. Da nämlich der modifizierte Schleifschneckenbereich sowohl für das Schrupp- als auch das Schlichtschleifen verwendet wird, wirkt sich somit der sich beim Schruppschleifen ausbildende hohe Verschleiss auf die Endgenauigkeit negativ aus.
Letzterer Nachteil wird in DE-A-197'06'867.7 (1) vermieden, indem die Schleifschnecke über ihrer Breite in mehrere Bereiche aufgeteilt ist, die zum getrennten Schrupp- und Schlichtschleifen verwendet werden. Die Schleifschnecke wird mit einer Profilrolle profiliert. Infolge des fest vorgegebenen Profils der Profilrolle entsteht jedoch beim Übergang vom Schrupp- in den Schlichtschleifbereich ein erheblicher Verlust nutzbarer Schleifschneckenbreite. Die Gründe hierfür werden anhand der 1 bis 2a später im Text detaillierter erläutert.
DE-A-196'24'842 A1 und WO 95/24989 beschreiben das Erzeugen von Schleifschneckenprofilen mit Radius-Formrollen, mit denen es möglich ist, bahngesteuert nahezu beliebige Schleifschneckengangprofile zu erzeugen. Der Nachteil dieser Lösungen besteht vor allem in den notwendigen hohen Profi lierzeiten, wodurch sie zwar für die Klein- und Mittel-, nicht aber für die Grossserienfertigung geeignet sind.
Ausserdem ist es bekannt, zylindrische konvex- und konkavballige sowie globoidförmige Geometrien von schnecken- und zahnradradförmigen innen- und aussenverzahnten Schleifwerkzeugen mittels eines mit Hartstoffkörnern belegten Profilierzahnrads zu erzeugen. Die Schleifschneckenflankengeometrie entsteht dabei durch die konjugierte Abbildung der Verzahnungsgeometrie des Profilierzahnrads, welches anstelle des Werkstücks mit der Schleifschnecke in Eingriff gebracht wird und dessen Verzahnungsgeometrie derjenigen des Werkstücks entspricht. Eine dreidimensional modifizierte Schleifschneckengeometrie wie in EP-A-0'278'512 kann folglich auch mittels eines entsprechend topologisch modifizierten Profilierzahnrads im Diagonalwälzprofilierverfahren erzeugt werden.
Einer der Nachteile des Profilierens einer Schleifschnecke mit einem Profilierzahnrad liegt darin, dass bei der Fertigung der Werkstücke die Werkstückflankengeometrie nicht oder nur noch geringfügig geändert werden kann. Der Grund hierfür ist, dass sich die Geometrie des zugehörigen Profilierzahnrads nach dessen Fertigstellung nicht oder nur noch geringfügig verändern lässt. Dieser Nachteil sowie die hohen Kosten eines Profilierzahnrads haben zur Folge, dass das Profilieren einer Schleifschnecke mittels eines Profilierzahnrads nur in der Grossserienfertigung wirtschaftlich ist, wo die Werkstücksollgeometrie über lange Fertigungsperioden konstant bleibt und die hohe Standzeit eines mit Hartstoffkörnern belegten Profilierzahnrads vollständig ausgenutzt werden kann.
In DE 101 31 060 A1 wird eine Vorrichtung zur Bearbeitung der Grad- bzw. Schrägverzahnung von Zahnrädern mittels einer Schleifschnecke vorgestellt, die mit einem hartstoffbelegten Profilierzahnrad profiliert wird, dessen Grundkreisradius und Zähnezahl sich von denen des Werkstücks unterscheiden. Mittels überlagerter Bewegungen der Bewegungsachsen der Maschine während der Bearbeitung und entsprechender geometrischer Auslegung des Profilierzahnrads wird die Notwendigkeit der exakten geometrischen Übereinstimmung der Flankengeometrie von Profilierzahnrad und Werkstück teilweise aufgehoben. Dies gilt jedoch nicht für topologische Flankenkorrekturen wie z. B. Kopfkantenbrüche, Fussrücknahmen und Verschränkungen, die auch hier in der Flankengeometrie des Profilierzahnrades enthalten sein müssen. Zudem besitzt die Schleifschnecke eine globoid- oder hyperboloidähnliche Mantelfläche. Die Profilierung einer zylindrischen Schleifschnecke mit einem Schrupp- und einem Schlichtbereich, welche entlang der Schleifschneckenachse angeordnet sind, ist auf der beschriebenen Maschine nicht möglich.
Darstellung der Erfindung
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Profilierverfahren und ein Profilierwerkzeug zur Profilierung einer Schleifschnecke (1) vorzuschlagen, die mindestens einen Breitenbereich zum Schlichten und einen Breitenbereich zum Schruppen aufweist, welche axial ineinander greifend bzw. überlappend angeordnet sein können, wobei mindestens einer der Breitenbereiche beliebig dreidimensional modifiziert ist.
Diese Aufgabe lösen ein Profilierzahnrad und ein Profilierverfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 beziehungsweise 12.
Das erfindungsgemässe Profilierverfahren und das erfindungsgemässe Profilierwerkzeug eignen sich insbesondere für die Grossserienfertigung.
Das erfindungsgemässe Profilierzahnrad unterscheidet sich bezüglich Zahnbreite und/oder Zähnezahl und/oder Schrägungswinkel und/oder Zahnflankenmodifikation von den entsprechenden Merkmalen des zu schleifenden Werkstücks.
Durch die besondere Ausgestaltung des Profilierzahnrads lassen sich die Flankengeometrie des zu schleifenden Werkstücks ohne Änderung der Flankengeometrie des Profilierzahnrads variieren bzw. korrigieren und die Wirkrautiefe der Schleifschneckenflanken optimal an die Erfordernisse des Schrupp- bzw. Schlichtschleifens anpassen.
Das erfindungsgemässe Profilierzahnrad weist Profilierbreitenbereiche mit unterschiedlich ausgebildeten Flankenmodifikationen auf. Dieses Profilierzahnrad wird im erfindungsgemässen Verfahren eingesetzt, bei welchem die Flankengeometrie einzelner Breitenbereiche des Profilierzahnrads mittels entsprechenden einander zugeordneten axialen Profilierhüben von Schleifschnecke und Profilierzahnrad abschnittsweise auf ausgewählte Schleifbreitenbereiche der Schleifschnecke übertragen werden. Dadurch lassen sich Flankengeometrie und Wirkrautiefe der Schleifschneckenbereiche individuell ihrem Einsatzzweck entsprechend gestalten.
Die Erfindung kombiniert die Vorteile der Erzeugbarkeit dreidimensionaler Zahnflankenmodifikationen mittels eines Profilierzahnrads und der Trennung von Schrupp- und Schlichtschleifbereich über der Schleifschneckenbreite miteinander.
Durch geeignete Wahl des Diagonalverhältnisses und der Zuordnung der Breitenbereiche des Profilierzahnrads zu den Schleifbreitenbereichen der Schleifschnecke beim Profilieren wird es, wie oben erwähnt, möglich, die Modifikationen der Schleifschneckenflanken den Bedürfnissen des Werkstücks anzupassen, ohne die Flankengeometrie des Profilierzahnrads verändern zu müssen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Die Zeichnungen beinhalten
1 eine schematische Darstellung eines Teils einer zylindrischen Schleifschnecke im Achsschnitt gemäss dem Stand der Technik;
2 eine Darstellung eines Teils der Schleifschnecke gemäss 1 im Eingriff mit einem Zahnrad;
2a die Teilansicht der 2 unter Hervorhebung von Nutzbereichen der Schleifschneckenflanken;
3 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemässen Schleifschnecke im Achsschnitt mit in axialer Richtung ineinander greifenden Breitenbereichen;
4 die Schleifschnecke gemäss 3, wobei beim Profilieren der Schleifschnecke vorhandene Shiftbereiche dargestellt sind;
5 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemässen Profilierzahnrads;
6a eine schematische perspektivische Darstellung einer Flankengeometrie einer Zahnlücke des Profilierzahnrads gemäss 5 in einer ersten Ausführungsform;
6b eine schematische perspektivische Darstellung einer Flankengeometrie einer Zahnlücke des Profilierzahnrads gemäss 5 in einer zweiten Ausführungsform;
6c eine schematische perspektivische Darstellung einer Flankengeometrie einer Zahnlücke des Profi lierzahnrads gemäss 5 in einer dritten Ausführungsform;
6d eine schematische perspektivische Darstellung einer Zahnlücke eines Werkstücks, welches mittels einer Schleifschnecke hergestellt wurde, die mittels des Profilierzahnrads gemäss 6c profiliert wurde;
7a eine schematische perspektivische Darstellung eines Profilierzahnrades mit Zusatzzone;
7b eine Seitenansicht des in 7a dargestellten Profilierzahnrades;
7c einen Ausschnitt einer Stirnansicht der Zusatzzone des in 7b dargestellten Profilierzahnrades;
8a eine Darstellung eines Teils der Schleifschnecke gemäss 3 im Eingriff mit einer Formabrichtrolle in einer ersten Variante eines erfindungsgemässen Verfahrens und
8b eine Darstellung eines Teils der Schleifschnecke gemäss 3 im Eingriff mit einer Formabrichtrolle in einer zweiten Variante eines erfindungsgemässen Verfahrens.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In den 1, 2 und 2a ist ein Teil einer Schleifschnecke gemäss dem Stand der Technik dargestellt, wie sie für das kontinuierliche Wälzschleifen von Werkstücken, ins besondere von Verzahnungen zylindrischer Stirnräder, eingesetzt wird. Sie kann einzeln verwendet werden, oder es können mehrere Schleifschnecken koaxial hintereinander angeordnet sein.
Die Schleifschnecke 1 weist ein ein- oder mehrgängiges Schleifschneckenprofil 2 mit einer zylindrischen Grundgeometrie auf. Sie besitzt einen Gesamtbereich mit einer Gesamtbreite 3, wobei der Gesamtbereich in einen Schruppschleifbereich 4, einen Übergangsbereich 5 und einen Schlichtschleifbereich 6 aufgeteilt ist.
Es ist auch möglich, für das Schruppschleifen und Schlichtschleifen getrennte Schleifschnecken zu verwenden. In diesem Fall entspricht die Breite der Schruppschleifschnecke dem Schruppschleifbereich 4 und die Breite der Schlichtschleifschnecke dem Schlichtschleifbereich 6. Der Abstand zwischen der Schrupp- und der Schlichtschleifschnecke stellt den Übergangsbereich 5 dar.
Im Stand der Technik wird für das Schruppschleifen und das Schlichtschleifen das bekannte Tangentialverfahren, d. h. ein schrittweiser Shiftversatz, oder das Diagonalverfahren (auch Shiftschleifverfahren genannt), d. h. ein kontinuierliches Shiften während des Schleifhubs, eingesetzt.
Obwohl bei diesen Verfahren der gesamte Schruppschleifbereich 4 verwendet wird, ist die nutzbare Schruppshiftbreite 7 um einiges kleiner. Auch beim Schlichtschleifen wird zwar der gesamte Schlichtschleifbereich 6 bzw. die gesamte Breite der Schlichtschleifschnecke verwendet. Aber auch hier ist die nutzbare Schlichtshiftbreite 8 auf einen kleineren Bereich begrenzt.
Sind die Schleifschneckenflanken des Schlichtbereichs dreidimensional modifiziert, so ist zusätzlich der oben erwähnte Übergangsbereich 5 erforderlich, über dessen Breite die Änderung des Schrupp-Schleifschneckenprofils in das Schlicht-Schleifschneckenprofil erfolgt und welcher ebenfalls nicht zum Schrupp- oder Schlichtschleifen verwendet wird.
Die Ursache für die oben erwähnten Begrenzungen der nutzbaren Schruppshiftbreite 7 bzw. Schlichtshiftbreite 8 ist im folgenden anhand der 2 und am Beispiel des Schruppschleifbereichs 4 erläutert.
Der Eingriff des Schleifschneckenprofils 2 der Schleifschnecke 1 mit einer Werkstückverzahnung oder einer Profilierzahnradverzahnung 13 erfolgt ähnlich wie zwischen einer Zahnstange und einem Zahnrad, nämlich entlang von Eingriffslinien 9, 9a und 10, 10a. Die auf diesen Eingriffslinien 9, 9a und 10, 10a liegenden Eingriffspunkte ändern in deren axialer Ausdehnung, d. h. entlang der Schleifschneckenbreite, ihre Lage bezüglich der Profilhöhe der Verzahnung. Bezogen auf den Gang der Schleifschnecke 1 ist der Verlauf der Eingriffslinien 9, 9a, 10, 10a in der stirnseitigen Projektion spiralförmig und in Projektion auf die Achsschnittebene konisch-schraubenförmig. Dieser Verlauf verursacht an den Stirnseiten des Schleifbereichs auf den Schleifschneckengangflanken Zonen, in denen kein Eingriff erfolgt. Diese Zonen werden im folgenden als Verlustbereiche 12, 12a bezeichnet. In 2 ist ein erster Verlustbereich 12 dargestellt, welcher durch den Verlauf der Eingriffslinie 9 für die Erzeugung der Rechtsflanke des Werkstücks an der linken Stirnfläche des Schruppschleifbereichs 4 der Schleifschnecke 1 entsteht. Gleichermassen ergibt sich spiegelbildlich zur Schleifbereichsmitte YM ein zweiter Verlustbereich 12a, welcher durch den Verlauf der Ein griffslinie 10a für die Erzeugung der Linksflanke an der rechten Stirnfläche des Schruppschleifbereichs 4 entsteht. Diese Verlustbereiche 12, 12a finden sich analog hierzu ebenfalls an den Stirnflächen des Schlichtschleifbereichs 6 wieder. Zusätzlich ist an den Stirnflächen der Schleifschnecke 1 ein dritter Verlustbereich 11 für den Schleifschnecken-Gangauslauf vorhanden.
In Analogie zu 2 zeigt 2a Nutzbereiche 26, 27 auf der Rechts- und Linksflanke des Schleifschneckengangs des Schruppschleifbereichs 4, wobei ein erster Nutzbereich 26 durch die Eingrifflinien 9 und 9a eingegrenzt ist und ein zweiter Nutzbereich 27 durch die Eingriffslinien 10, 10a.
Wird der Schleifbereich 4 im kontinuierlichen Diagonalwälzschleifverfahren verwendet, so wandern die Eingriffslinien 9 und 10 während der axialen Verschiebung der Schleifschnecke um die Schruppshiftbreite 7 bei gleichzeitiger Ausführung des Schleif- bzw. Profilierhubs durch einen Diagonalschleifbereich 24 nach 9a bzw. 10a. Dieser Diagonalschleifbereich 24 ist in 2a schraffiert dargestellt. Hierdurch werden in bekannter Weise die Schleifschneckengangmodifikationen entlang der Eingriffslinien auf die Werkstückzahnflanken übertragen, wobei die Eingriffslinien 9, 10 der ersten und die Eingriffslinien 9a, 10a der zweiten Hubendlage zugeordnet sind.
Das Verhältnis zwischen Shifthub und Schleif- bzw. Profilierhub wird als Diagonalverhältnis bezeichnet, wobei Dd das Diagonalverhältnis beim Profilieren und Ds das Diagonalverhältnis beim Schleifen des Werkstücks bezeichnet.
Die Erfindung macht sich die oben beschriebene Erkenntnis zunutze, dass die Schleifschneckenflanken in den stirnsei tigen Randzonen der Bereiche nicht über der gesamten Flankenhöhe genutzt werden.
In den 3 und 4 ist ein Teil einer ein- oder mehrgängigen im wesentlichen zylindrischen Schleifschnecke dargestellt, welche zum kontinuierlichen Wälzschleifen von Werkstücken, insbesondere zylindrischen Zahnrädern, geeignet ist. Auch sie weist einen Schruppschleifbereich 4 und einen Schlichtschleifbereich 6 auf. Es greifen jedoch der Schruppschleifbereich 4 und der Schlichtschleifbereich 6 in einem Überlagerungsbereich 14 ineinander, d. h. sie überlappen sich. Dadurch überlappen sich auch die Nutzbereiche 26, 27 der Links- und Rechtsflanke des Schruppschleifbereichs 4 und des Schlichtschleifbereichs 6 in einem Überlagerungsbereich 14. Dieser Überlagerungsbereich ist in 3 mit einem gestrichelt dargestellten Rechteck gezeichnet. In diesem Überlagerungsbereich 14 wird das Schleifschnecken-Gangprofil über der Profilhöhe teilweise durch das Schrupp- und teilweise durch das Schlichtschleifprofil bestimmt. Das Schlichtschleifprofil kann dabei entsprechend den Sollvorgaben dreidimensional modifiziert sein. Diese axiale Anordnung des Schruppschleifbereichs 4 und des Schlichtschleifbereichs 6 ist nutzungsoptimiert. Durch die Überlagerung der Nutzbereiche 26, 27 wird der zum Schleifen nicht genutzte Anteil der Schleifschneckengangflanken auf das Notwendigste beschränkt. Der oben beschriebene Übergangsbereich 5 ist auf ein Minimum reduziert. Dabei ist der Übergangsbereich 5 rampenförmig; d. h. die Bereiche gehen stufenlos ineinander über.
Anhand der 3 wird deutlich, dass das Schleifschneckengangprofil im Überlagerungsbereich 14 der Schrupp- und Schlichtschleifbereiche 4, 6 über der Profilhöhe in Axialrichtung variiert. Auf das Herstellungsverfahren und das bei der Herstellung verwendete Werkzeug wird später im Text eingegangen.
Bei Verwendung eines geeigneten, insbesondere des erfindungsgemässen Profilierverfahrens ist es möglich, in den Nutzbereichen 26, 27 zwischen den Eingriffslinien 9 und 9a bzw. 10 und 10a des Schruppschleifbereichs 4 und des Schlichtschleifbereichs 6 eine nahezu beliebige dreidimensionale Flankenmodifikation auf dem Schleifschneckengang abzubilden. Bei der Breitenauslegung des Schlichtschleifbereichs 6 ist vorzugsweise ein Diagonalverhältnis Ds zwischen Shifthub und Schleifhub von Ds = 0 bis Ds = 1,5 zugrunde gelegt. Dadurch ist für den Schlichtschleifbereich 6 nur ein relativ geringer Anteil der gesamten Schleifschneckenbreite 3 erforderlich, was insbesondere bei der Herstellung der Schleifschnecke mittels bahngesteuerten Zeilen-Profilierens zu kurzen Profilierzeiten führt.
Die Herstellung der erfindungsgemässen Schleifschnecke ist mittels eines Profilierrollensatzes, bestehend aus einer Profil-Abrichtrolle und einer Radius-Formrolle, möglich. Wie aus DE 197'06'867 bekannt ist, lässt sich mittels kontinuierlichen Diagonal-Shiftschleifens ein über der Schleifschneckenbreite modifiziertes Gangprofil auf die Werkstückverzahnung so übertragen, dass das Werkstück-Zahnprofil sich über der Zahnbreite ändert. Diese Art der Herstellung eignet sich insbesondere für Kleinserienfertigung.
Insbesondere bei Grossserienfertigung wird die Schleifschnecke jedoch vorzugsweise mittels eines zahnrad- oder schraubenförmigen Profilierwerkzeugs, insbesondere eines Profilierzahnrads 25 gemäss 5, profiliert. Es wird im folgenden deshalb auf ein derartiges Profilierzahnrad 25 eingegangen.
Dieses zahnradförmige Profilierwerkzeug 25 wird in bekannter Weise an Stelle des Werkstück-Zahnrades auf der kontinuierlichen Wälzschleifmaschine eingesetzt.
Das zum Profilieren der Schleifschnecke 1 eingesetzte Profilierzahnrad 25 unterscheidet sich in mindestens einem der nachfolgend aufgezählten Merkmale vom entsprechenden Merkmal des mittels der Schleifschnecke zu bearbeitenden Werkstücks: Zahnbreite B, Anzahl Zähne, Schrägungswinkel, Zahnflankenmodifikation.
Vorzugsweise weist es mindestens zwei Profilierbreitenbereiche mit unterschiedlich ausgebildeten Flankenmodifikationen auf. Dabei ist mindestens ein erster Profilierbereich 29 zum Profilieren des Schruppschleifbereichs 4 und mindestens ein zweiter Profilierbereich 28 zum Profilieren des Schlichtschleifbereichs 6 der Schleifschnecke 1 ausgebildet. Vorzugsweise dienen die ersten Profilierbereiche 29 zur Erzeugung aller nicht zum Schlichten verwendeten Breitenbereiche der Schleifschnecke. Mindestens einer der Profilierbereiche, vorzugsweise der erste Profilierbereich 29 ist auch zum Profilieren des Übergangsbereichs 5 geeignet. Die Verbindung zwischen den Profilierbereichen 28, 29 erfolgt über mindestens eine Modifikationsrampe. Die ersten Profilierbereiche 29 sind je nach Ausführungsform nicht modifiziert, zwei- oder dreidimensional modifiziert.
Die mindestens zwei unterschiedlichen Profilierbreitenbereiche 28, 29 sind in einer bevorzugten Ausführungsform mit Hartstoffkörnern belegt, welche unterschiedlicher Art sind und/oder eine unterschiedliche Dichte und/oder Grösse aufweisen. Dadurch lassen sich optimale Schneideigenschaften der Schleifschnecke 1 erzeugen.
Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemässen Profilierzahnrads 25 beschrieben.
In einer ersten Ausführungsform weist das erfindungsgemässe Profilierzahnrad 25 eine Zahnbreite B auf, welche gegenüber der Zahnbreite des mittels der Schleifschnecke 1 zu bearbeitenden Werkstücks deutlich grösser ist. Dabei sind die Zahnflankenmodifikationen des Profilierzahnrads 25 gemäss den 6a und 6b gegenüber denen der Werkstückverzahnung axial stetig fortgeführt. Diese Zahnflankenmodifikationen sind in den Figuren in Form von Gitternetzlinien dargestellt.
Bei der Ausführungsform gemäss 6a weist die Flankengeometrie bzw. die Flankenmodifikation Wellen 31 auf, welche parallel zu den Kontaktlinien 30 des Profilierzahnrads 25 verlaufen.
Bei dem in 6b dargestellten Beispiel weist das Flankenprofil des Profilierzahnrads 25 beidflankig eine Kopfrücknahme 32 und eine Fussrücknahme 33 auf, deren Höhe sich in Zahnbreitenrichtung parallel zum Verlauf der Kontaktlinien 30 ändert.
In 6c ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Profilierzahnrads 25 dargestellt. Bei diesem Profilierzahnrad 25 ist nur der mittlere Breitenbereich 28 dreidimensional modifiziert. Nur dieser Breitenbereich 28 wird zur Erzeugung des Schlichtschleifbereiches 6 eingesetzt. Die beiden stirnseitigen Breitenbereiche 29 des Profilierzahnrads 25 sind nur zweidimensional modifiziert.
6d zeigt eine Zahnlücke eines Werkstücks, d. h. eines Stirnrads, welches mittels einer Schleifschnecke hergestellt wurde, die mittels des Profilierzahnrads gemäss 6c profiliert wurde. Wie erkennbar ist, weisen Werkstück und Profilierzahnrad unterschiedliche Zahnflankenmodifikationen auf.
Die oben beschriebenen Profilierzahnräder 25 werden vorzugsweise in einem erfindungsgemässen Verfahren zum Profilieren der Schleifschnecke eingesetzt. In diesem Verfahren werden die Schleifschnecken-Breitenbereiche nach 4, d. h. der Schruppschleif- und der Schlichtschleifbereich 4, 6, durch eine spezielle Folge von Profilierhüben im kontinuierlichen Diagonalwälzverfahren erzeugt.
Den einzelnen Profilierhüben entspricht jeweils ein Profiliershifthubbereich 15, 16, 17, 18, 19. Die Richtung der jeweiligen Shifthubbewegung ist in den 3 und 4 mit einem Pfeil und mit der Bezugsziffer Y bezeichnet. Die Richtung der jeweiligen Axial-Hubbewegung des Profilierzahnrads 25 ist in den 6a bis 6c mit einem Pfeil und mit Z bezeichnet.
Diesen Profiliershifthubbereichen 15, 16, 17, 18, 19 sind jeweils ein oder mehrere Breitenbereiche des Profilierzahnrads 25 zugeordnet. Dabei bezeichnet die Bezugsziffer 15 den Einfahr-Profiliershifthubbereich, 16 den Schrupp-Profiliershifthubbereich, 17 den Übergangs-Profiliershifthubbereich, 18 den Schlicht-Profiliershifthubbereich und 19 den Ausfahr-Profiliershifthubbereich.
So kann z. B. eine Flankengeometrie des Profilierzahnrads 25 gemäss 6a mit zu seinen Kontaktlinien 30 parallel verlaufenden Wellen 31 auf den Shifthubbereichen 15, 16 und 17 in je einem oder einem einzigen, die drei Bereiche zusammenfassenden Profilierhub über die gesamte Profilierzahnradbreite B abgebildet werden, wobei das Diagonalverhältnis Dd und damit die jeweils abgebildete Profilierzahnradbreite B von Shifthubbereich zu Shifthubbereich unterschiedlich sein kann. Auf diese Weise kann auch mittels eines Profilierzahnrads 25 mit dreidimensionalen Flankenmodifikationen ein annähernd nur zweidimensional modifizierter Schruppschleifbereich 4 auf der Schleifschnecke 1 erzeugt werden, weil die dreidimensionale Modifikation des Profilierzahnrads 25 durch das gegenüber dem Shifthubbereich 18 für das Schlichtschleifen stark verminderte Diagonalverhältnis Dd in seiner Wirkung nahezu egalisiert wird.
Mit Profilierzahnrädern 25 gemäss den 6a, 6b und 6c ist es zum Beispiel möglich, durch einen Offset einer Profilierhubmitte ZM gegenüber einer Mitte YM des Schlichtschleifbereichs 4 eine axiale Verschiebung der Profilierzahnradmodifikationen von Profilierzahnrad 25 und Schleifschnecke 1 vorzunehmen. Weiterhin kann durch Veränderung des Diagonalverhältnisses Ds erreicht werden, dass die dreidimensionale Modifikation des Profilierzahnrads 25 in Richtung der Schleifschneckenbreite 3 gedehnt oder gestaucht auf den Schneckengängen abgebildet wird. Hiermit sowie mit der obigen Verschiebung der Hubbereiche 16, 17, 18, 19 gegeneinander eröffnet sich die Möglichkeit, die Flankengeometrie eines mittels der Schleifschnecke 1 zu bearbeitenden Werkstücks zu korrigieren, ohne die Flankengeometrie des die Schleifschnecke 1 profilierenden Profilierzahnrads verändern zu müssen.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird ein mittlerer Breitenbereich 28 der Flankengeometrie des Profilierzahnrads 25 in den Shifthubbereichen 15 und 16 abgebildet. Danach wird im Hinhub der Profilier-Zahnradbreitenbereich von diesem mittleren Profilbereich 28 bis zur Z-Hubumkehrlage nahe einer der Stirnflächen des Profilierzahnrades im Übergangs-Shifthubbereich 17 durchfahren. Als dann wird im Rückhub nahezu die gesamte Profilierzahnradbreite über dem Schlicht-Shifthubbereich 18 durchfahren, und im erneuten Hinhub des Profilierzahnrads 25 wird der Shifthubbereich 19 ausgefahren.
Wird ein Profilierzahnrad 25 gemäss 6c eingesetzt, so werden die zweidimensional modifizierten Breitenbereiche 29 in Profiliershifthubbereichen 15, 16 und 19 verwendet. In diesem Falle erfolgt das Profilieren der gesamten Schleifschneckenbreite 3 in nur einer Y- und Z-Hubrichtung.
Anstelle eines Profilierzahnrads 25 gemäss 6c lässt sich auch ein Satz zusammengesetzter Profilierzahnräder verwenden, welche gleich ausgebildet sind.
Ein bekanntes Problem beim Profilieren von Schleifschnecken 1 mittels Profilierzahnrad 25 liegt in der Verschleissanfälligkeit des Zahnkopfes 45 und des Zahngrundes 46, die beim Profilieren des Fuss- bzw. des Kopfzylinders der Schleifschnecke 1 erheblich höher beansprucht werden als die Zahnflanken. Ausserdem kann es durch die vom Profilieren des Zahnkopfes oder des Zahngrundes ausgehenden grossen Kraftwirkungen zu einer negativen Beeinflussung der Genauigkeit der Flanken des Schleifschneckenganges kommen.
Um ein Profilierzahnrad 25 vor einem vorzeitigen Verschleissen von Zahnkopf und Zahngrund zu schützen bzw. die negative Genauigkeitsbeeinflussung zu vermeiden, wird das Profilierzahnrad 25 erfindungsgemäss mit einer Zusatzzone 44 versehen, die ausschliesslich der Profilierung des Fuss- und des Kopfzylinders der Schleifschnecke 1 dient. Ein Profilierzahnrad 25 mit Zusatzzone 44 ist in 7a und 7b schematisch in perspektivischer bzw. in Seitenansicht dargestellt. Es wird einstückig oder vorzugsweise als Satz zweier zusammengesetzter Profilierzahnräder ausgeführt.
7c zeigt ausschnittweise eine Stirnansicht der Zusatzzone 44.
In der Zusatzzone 44 ist das Verzahnungsprofil des Profilierzahnrades 25 erfindungsgemäss so ausgebildet, dass der Zahnkopf 45 und der Zahngrund 46 einen grösseren Durchmesser aufweisen als das übrige Profilierzahnrad und dass die Flanken des Profilierzahnrades beim Profiliereinsatz der Zusatzzone 44 die Flanken des Schleifschneckenganges nur vorschneiden. Durch eine spezielle Hartstoffkörnerbeschichtung im aktiven Kopf- und Fussbereich 45, 46 der Zusatzzone 44 kann zusätzlich für eine erhöhte Verschleissfestigkeit gesorgt werden.
Beim Profilieren der Schleifschnecke 1 werden in einem ersten vorausgehenden Schritt mit der Zusatzzone 44 des Profilierzahnrades 25 der Kopf- und der Fusszylinder der Schleifschnecke profiliert und die Flanken des Schleifschneckenganges vorprofiliert. Das Fertigprofilieren der Schleifschneckengangflanken erfolgt mit den Flanken des Diamantrades 25. Hierdurch wird erreicht, dass Zahnkopf und -grund 45, 46 des übrigen Profilierzahnrades beim Fertigprofilieren des Schleifschneckengangprofils nicht belastet werden und die Belastung beim Profilieren der Schleifschneckengangflanken minimiert wird.
Anhand von 8a und 8b wird ein zweites Verfahren zum Profilieren einer Schleifschnecke 1 mit einander überlappendem Schrupp- und Schlichtbereich beschrieben, das aus zwei aufeinander folgenden Schritten besteht. In einem ersten Schritt wird in bekannter Weise mittels eines hier nicht dargestellten Profilabrichtwerkzeugs ein über die gesamte Schleifschneckenbreite 3 konstantes topologisch unmodifiziertes Schleifschneckenprofil 2 mit der Sollprofilform des Schruppbereiches erzeugt. In einem zweiten Schritt werden mittels einer um eine Achse 42 rotierenden Formabrichtrolle, zum Beispiel einer Radiusformrolle 40, der Schlichtbereich 36 sowie die Übergangsbereiche 34 der ersten Flanke und danach der Schlichtbereich 37 und die Übergangsbereiche 35 der zweiten Flanke mittels an sich bekanntem NC-Zeilenprofilieren zeilenweise in das im ersten Schritt erzeugte Schleifschneckenprofil hineinprofiliert.
In einer ersten Verfahrensvariante, dem Axialverfahren gemäss 8a, erfolgt die Profilierhubbewegung der Formabrichtrolle 40 in Y-Richtung parallel zur Rotationsachse der Schleifschnecke. Hubanfang und Hubende der nach jedem Profilierhub um einen Zeilenabstand 41 in Zustellrichtung X versetzten Profilierhubzeilen 38 liegen auf den die Übergangsbereiche 34 und 35 nach aussen begrenzenden Schleifschneckenflankeneingriffslinien 43.
In einer zweiten Verfahrensvariante, dem Diagonalverfahren gemäss 8b, folgt die Profilierhubbewegung der Formabrichtrolle 40 dem Eingriffslinienverlauf. Hubanfang und Hubende der nach jedem Profilierhub um einen Zeilenabstand 41 senkrecht zu den Eingriffslinien versetzten Profilierhubzeilen 39 liegen auf der äusseren bzw. inneren das Schleifschneckenprofil begrenzenden Mantelfläche der Schleifschnecke 1.
Selbstverständlich ist auch eine hier nicht dargestellte Verfahrensvariante denkbar, bei welcher die Profilierhubbewegung senkrecht zur Rotationsachse der Schleifschnecke in X-Richtung erfolgt.

1: Schleifschnecke
2: Schleifschneckenprofil
3: Schleifschneckengesamtbreite
4: Schruppschleifbereich
5: Übergangsbereich
6: Schlichtschleifbereich
7: Schruppshiftbreite
8: Schlichtshiftbreite
9: Eingriffslinie Rechtsflanke linke Stirnseite
9a: Eingriffslinie Rechtsflanke rechte Stirnseite
10: Eingriffslinie Linksflanke linke Stirnseite
10a: Eingriffslinie Linksflanke rechte Stirnseite
11: Verlustbereich Schleifschneckengangauslauf
12: Verlustbereich Rechtsflanke linke Stirnseite
12a: Verlustbereich Linksflanke linke Stirnseite
13: Werkstück- bzw. Profilierzahnradverzahnung
14: Überlagerungsbereich
15: Einfahr-Profiliershifthubbereich
16: Schrupp-Profiliershifthubbereich
17: Übergangs-Profiliershifthubbereich
18: Schlicht-Profiliershifthubbereich
19: Ausfahr-Profiliershifthubbereich
24: Diagonalschleifbereich
25: Profilierzahnrad
26: Nutzbereich Rechtsflanke
27: Nutzbereich Linksflanke
28: Mittlerer Breitenbereich
29: Stirnseitiger Breitenbereich
30: Kontaktlinie
31: Welle
32: Kopfrückmahme
33: Fussrücknahme
34: Übergangsbereich Rechtsflanke
35: Übergangsbereich Linksflanke
36: Schlichtbereich Rechtsflanke
37: Schlichtbereich Linksflanke
38: Achsparallele Profilierhubzeile
39: Diagonale Profilierhubzeile
40: Formabrichtrolle
41: Zeilenabstand
42: Rotationsachse der Formabrichtrolle
43: Eingriffslinie
44: Zusatzzone
45: Zahnkopf der Zusatzzone
46: Zahngrund der Zusatzzone
B: Zahnbreite
Y: Shifthubbewegung
YM: Schleifbereichsmitte
Z: Profilierzahnrad-Axialhubbewegung
ZM: Profilierhubmitte
X: Radiale Zustellrichtung

Claims

Profilierzahnrad zum Profilieren einer Schleifschnecke (1) für das kontinuierliche Wälzschleifen eines Werkstücks, wobei die Schleifschnecke (1) einen Schruppschleifbereich (4) und einen Schlichtschleifbereich (6) aufweist, welche entlang einer Achse der Schleifschnecke angeordnet sind, und zumindest der Schlichtschleifbereich (6) eine dreidimensional modifizierte Flankengeometrie aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Profilierbreitenbereiche (28, 29) mit unterschiedlich ausgebildeten Flankenmodifikationen aufweist, wobei ein erster dieser Profilierbreitenbereiche (28, 29) zum Profilieren des Schruppschleifbereichs (4) und mindestens ein zweiter dieser Profilierbreitenbereiche (29) zum Profilieren des Schlichtschleifbereichs (6) ausgebildet ist.
Profilierzahnrad (25) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Profilierbreitenbereiche (28, 29) zum Profilieren eines Übergangsbereichs (5) geeignet ist.
Profilierzahnrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Profilierbereich (28) ein mittlerer Bereich ist, welcher dreidimensional modifiziert ist, und dass der mindestens eine zweite Profilierbreitenbereich (29) am stirnseitigen Ende des Profilierzahnrads (25) angeordnet ist, wobei der mindestens eine zweite Profilierbreitenbereich (29) durch mindestens eine Modifikationsrampe mit dem ersten Profilierbereich (28) verbunden ist.
Profilierzahnrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Profilierbereich (29) zur Erzeugung des nicht zum Schlichten verwendeten Bereiche der Schleifschnecke (1) ausgebildet ist.
Profilierzahnrad nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Profilierbereich (29) eines der Merkmale der folgenden Gruppe aufweist: er ist nicht modifiziert, er ist zweidimensional modifiziert, er ist dreidimensional modifiziert.
Profilierzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Zahnflankenprofil aufweist, welches zu Kontaktlinien (30) parallele Wellen (31) besitzt.
Profilierzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Profilierbreitenbereiche (28, 29) ein Zahnflankenprofil mit einer Kopf- und/oder Fussrücknahme (31, 32) aufweist, wobei sich die Höhe der Kopf- und/oder Fussrücknahme (31, 32) in Richtung der Zahnbreite parallel zum Verlauf von Kontaktlinien (30) des Profilierzahnrads (25) ändert.
Profilierzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei unterschiedlichen Profilierbreitenbereiche (28, 29) mit Hartstoffkörnern unterschiedlicher Art, Dichte und Grösse belegt sind.
Profilierzahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass es eine Zusatzzone (44) mit erhöhtem Kopfkreis- und -zahngrunddurchmesser aufweist, wobei das Zahnprofil so gestaltet ist, dass beim Profilieren des Kopf- und Fusszylinders der Schleifschnecke (1) die Flanken des Schleifschneckengangs nur vorgeschnitten werden.
Profilierzahnrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Satz zweier miteinander verbundener Profilierzahnräder gebildet ist.
Profilierzahnrad nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzzone (44) einen Kopf- und einen Fussbereich (45, 46) aufweist, welche mit von der Belegung des übrigen Profilierzahnrades in der Art, Grösse und Dichte abweichenden Hartstoffkörnern belegt sind.
Verfahren zum Profilieren einer Schleifschnecke für das kontinuierliche Wälzschleifen eines Werkstücks, wobei die Schleifschnecke (1) einen Schruppschleifbereich (4) und einen Schlichtschleifbereich (6) aufweist, welche entlang einer Achse der Schleifschnecke angeordnet sind, und zumindest der Schlichtschleifbereich (6) eine dreidimensional modifizierte Flankengeometrie aufweist, mit einem Profilierzahnrad (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 im Diagonalwälzverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Flankengeometrie einzelner Breitenbereiche (28, 29) des Profilierzahnrads mittels entsprechend einander zugeordneter aufeinanderfolgender axialer Profilierhübe von Schleifschnecke (1) und Profilierzahnrad (25) abschnittweise auf ausgewählte Schleifbreitenbereiche (4, 5, 6) der Schleifschnecke übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Dia gonalverhältnis Dd zwischen Shift- und Profilierhub beliebig gewählt wird.
Verfahren nach er Ansprüche 1–12 oder 13 wobei die Flankengeometrie eines Schleifbreitenbereichs (4, 6) der Schleifschnecke (1) bei Bedarf mittels Veränderung des Diagonalverhältnisses Dd zwischen dem axialen Profilierhub der Schleifschnecke und des Profilierzahnrads sowie einer axialen Verlagerung der Hubmitten YM und ZN gegeneinander gezielt modifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Kopf- und Grundzylinder der Schleifschnecke (1) mittels einer Zusatzzone (44) eines Profilierzahnrades (25) profiliert und die Schleifschneckenflanken vorprofiliert werden.