DE102007038370A1

DE102007038370A1 - Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle

Info

Publication number: DE102007038370A1
Application number: DE102007038370A
Authority: DE
Inventors: Aleksander Oblak; Jurij Pesec; Roman Sabec
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2027-08-15
Also published as: US8651779B2; EP2178428A2; DE102007038370B4; WO2009021843A2; WO2009021843A3; US20110200405A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Welle (1), insbesondere der Antriebswelle einer Küchenmaschine, mit einer endseitigen, keilwellenartigen Verzahnung (3), welche mit einer komplementär ausgeformten Kupplung (2) in formschlüssigen Eingriff bringbar ist, wird die Verzahnung durch spanende Bearbeitung der Antriebswelle mittels eines Fräsers (10) gefertigt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Fräser (10) im Wesentlichen aus radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse der Welle, an die Welle (1) angreift. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einfache Weise eine symmetrischere Verzahnung (3) der Welle (1) geschaffen werden. Durch die Erfindung kann eine Küchenmaschine mit einem besonders vibrationsarmen und ruhigen Lauf bereitgestellt werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Welle, insbesondere der Antriebswelle einer Küchenmaschine, mit einer endseitigen, keilwellenartigen Verzahnung, welche mit einer komplementär ausgeformten Kupplung in formschlüssigen Eingriff gebracht werden kann, wobei die Verzahnung durch spanende Bearbeitung der Antriebswelle mittels eines Fräser gefertigt wird, sowie eine Küchenmaschine mit einer Kupplung, in welche eine mit einer keilwellenartigen Verzahnung versehene, Welle, vorzugsweise eine Antriebswelle, in formschlüssigen Eingriff einsetzbar ist.
Stand der Technik
Eine gattungsgemäße Küchenmaschine wird in der Druckschrift DE 35 32 038 C2 beschrieben. Die vorbekannte Küchenmaschine weist eine senkrecht stehende Antriebswelle auf, welche an ihrem unteren Ende in Wirkverbindung mit einem elektrischen Antrieb steht. Das obere Ende der Antriebswelle ist mit einer keilwellenartigen Verzahnung ausgestattet, auf welche die komplementär ausgeformte Kupplung eines scheibenartigen Werkzeugs aufsetzbar ist.
Aus der Praxis ist bekannt, die Verzahnung derartiger Wellen durch spanende Bearbeitung der Welle zu fertigen. Hierzu wird ein zylinderförmiger Fräser durch den Werkstoff der Welle geführt, wobei dessen Radialfläche entlang einer Wandung der Verzahnung und die Axialfläche entlang der angrenzenden Wandung der Verzahnung fährt. Die Rotationsachse des Fräsers ist dabei gegenüber einer zu bearbeitenden Wandung rechtwinklig, gegenüber der anderen Wandung parallel und zu der Längsachse der Welle versetzt ausgerichtet, sodass eine Wandung an der Stirnfläche und die andere an der Umfangsfläche des Fräsers entsteht. Geringe Verlagerungen der Rotationsachse des Fräsers relativ zur Längsachse der Welle, insbesondere infolge der ungünstigen Krafteinleitung vom Fräser in die Welle, haben dabei erhebliche unsymmetrische Formabweichungen der Verzahnung zu Folge. Beim späteren Einsetzen der Welle in die zum leichten Fügen üblicherweise mit deutlichem Übermaß ausgeführte Kupplung neigen derartige Verzahnungen dazu, die Längsachse der Welle gegenüber der Längsachse der Kupplung aus einer koaxialen Ausrichtung zu verlagern mit der Folge, dass beim Betreiben der Küchenmaschine Vibrationen und unrunder Lauf auftreten können.
Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Welle, insbesondere für eine Küchenmaschine, sowie eine verbesserte Küchenmaschine bereitzustellen. Beim Betrieb der mit dem verbesserten Verfahren Hergestellten Welle und der verbesserten Küchenmaschine soll sich auch ohne vorsätzliches Justieren der Kupplung ein vibrationsarmer und ruhiger Lauf einstellt.
Erfindungsgemäße Lösung
Die Aufgabe wird durch Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass der Fräser, bezogen auf die Längsachse der Welle, im Wesentlichen aus radialer Richtung an die Welle (1) angreift, erfolgt die Krafteinleitung in die Welle symmetrischer zu den sich dabei ausbildenden Verzahnungsflanken. Mit der Erfindung ist erreichbar, dass die Welle weniger dazu neigt, relativ zu dem Fräser asymmetrisch auszuweichen. Ebenso fallen Formtoleranzen der Verzahnungen bei möglichen Lageabweichungen des Fräsers geringer aus.
Bei einer gattungsgemäßen Küchenmaschine wird die Aufgabe ferner dadurch gelöst, dass bei der Übertragung eines Drehmoments die formschlüssig wirkenden Kontaktbereiche zwischen Verzahnung und der komplementär ausgebildeten Ausnehmung der Kupplung im Wesentlichen auf einer die Längsachse der Kupplung äquidistant umgebenden Zylindermantelfläche angeordnet sind.
Bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Rotationsachse (13) des Fräsers (10) gegenüber den bearbeiteten Wandungen (6, 6') der Verzahnung (3) geneigt ausgerichtet. Die Rotationsachse des Fräsers ist bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren mit Vorteil gegenüber der radialen Erstreckung der bearbeiteten Wandungen der Verzahnung um einen Winkel geneigt, welcher im Wesentlichen dem halben Öffnungenwinkel der Verzahnung entspricht. Bei einer kreuzförmigen Verzahnung mit rechtwinklig zueinander stehenden Verzahnungswandungen beträgt der Neigungswinkel des Fräsers also vorzugsweise 45°.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Rotationsachse des Fräsers außerhalb der zu bearbeitenden Welle verlaufend positioniert. Das Werkzeug ist dabei als Scheibenfräser mit V-förmig ausgebildeter Radialfläche ausgebildet, in welche die Schneiden eingearbeitet sind.
Nach einem alternativen Verfahren wird die Rotationsachse des Fräsers gegenüber der Längsachse der Welle kreuzend positioniert. In einer bevorzugten Variante dieses Verfahrens ist die Rotationsachse des Fräsers orthogonal zur Längsachse der Welle ausgerichtet. Der dabei vorzugsweise eingesetzte Fingerfräser läuft an seinem freien Ende kegelförmig zu, wobei die Kegelspitze gerundet ausgeführt werden kann. In einer anderen Variante des Verfahren ist die Längsachse des Fräsers zur Längsachse der Welle in einer Weise geneigt, dass die beiden Achsen einen Winkel von weniger als 90° einschließen, vorzugsweise zwischen 15° und 75°, besonders vorzugsweise zwischen 30° und 60°, besonders vorzugsweise im Wesentlichen 45°. Bei dieser Verfahrensvariante ist der Fräser vorzugsweise in Zylinderfräser. Der Querschnitt der Nut ist im Wesentlichen elliptisch und wird durch den Neigungswinkel der Achsen zueinander und den Durchmesser des Fräsers bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fräser in Längsrichtung der Welle geführt, sodass er in der Umfangsfläche der Welle eine Längsnut ausbildet. Durch Anbringen mehrerer Längsnuten auf der Umfangsfläche werden in dem Bereichen zwischen den Längsnuten die Zähne der Verzahnung geschaffen. Vorzugsweise wird eine Welle mit vier Längsnuten versehen, es sind aber auch andere erfindungsgemäße Ausführungen denkbar, insbesondere die Ausbildung von 3 oder 5 Längsnuten.
Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Küchenmaschine sind das Profil der Verzahnung der Welle und die komplementäre Ausnehmung der Kupplung insbesondere näherungsweise kreuzförmig ausgebildet. Diese unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders einfach zu fertigende Verzahnung ist darüber hinaus für die Anwendung im Bereich der Küche ausreichend robust und verschmutzungsunempfindlich.
Die mechanische Belastbarkeit sowie das Reinigungsverhalten können durch eine Rundung des Nutgrunds der Verzahnung noch verbessert werden, wobei der Radius des Nutgrunds beispielsweise das 0,05fache bis 0,2fache, besonders bevorzugt etwa das 0,125fache des Außendurchmessers der Verzahnung beträgt. Falls die Rundung des Nutgrunds weit radial nach außen reicht, sind als Ausrichtung der Wandungen im Sinne der vorliegenden Erfindung die Tangenten an die radial äußeren Punkt der Wandungen zu verstehen.
Der den Nutgrund bildende Innendurchmesser der Verzahnung beträgt dabei mit Vorteil das 0,5fache bis 0,75fache, insbesondere das 0,625fache des Außendurchmessers der Verzahnung.
Das konstruktiv vorgegebene Spiel zwischen Verzahnung der Welle und Ausnehmung der Kupplung ist nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ferner so ausgeführt, dass die Verzahnung der Welle bei Übertragung eines Drehmoments gegenüber der komplementären, mit Übermaß ausgebildeten Ausnehmung der Kupplung entlang der gemeinsamen Längsachse um einen Winkel von 15° bis 20°, vorzugsweise etwa 17,5° gedreht ausgerichtet ist. Hierdurch werden neben einer zügigen Selbstzentrierung der Welle in der Kupplung ein leichtes Fügen auch bei Verunreinigungen im Kupplungsbereich bewirkt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
Es zeigen:
1: eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß gestalteten Kupplungsbereichs mit einer längsgeschnittenen Kupplung in Designposition;
2: einen Querschnitt A-A durch den in 1 gezeigten Kupplungsbereich in Designposition;
3: den Querschnitt nach 2 unmittelbar nach dem Fügen der Welle in die Kupplung;
4: den Querschnitt nach 2 und 3 während der Übertragung eines Drehmoments;
5: einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung nach 4;
6: die Fertigung einer Verzahnung nach dem Stand der Technik;
7: ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren zur Fertigung der Verzahnung;
8: ein Fertigungsverfahren nach einer anderen Ausführung der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen
Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, erfolgt die Übertragung des Antriebsmoments auf die Welle 1, welche mit einem gleichfalls nicht gezeigten Werkzeug in Wirkverbindung steht, von einem nicht dargestellten Motor der Küchenmaschine über in eine Kupplung 2. Die Welle 1 ist an ihrem in die Kupplung 2 einsetzbaren Ende mit einer sich in Wellenlängsrichtung erstreckenden, kreuzförmig ausgebildeten Verzahnung 3 versehen, welche in eine komplementär, jedoch vergrößert ausgeführte Ausnehmung 4 der Kupplung 2 einsetzbar ist. In Designstellung des Kupplungsbereichs ist die Welle 1 gegenüber der Kupplung 2 durch einen näherungsweise äquidistant verlaufenden Radialspalt 5 beabstandet. Bei einem Außendurchmesser D der Welle 1 von beispielsweise 12 mm kann die Spaltweite s zum Beispiel 1,5 mm betragen. Die aneinandergrenzenden Wandungen 6, 6' der Verzahnung 3 sind etwa rechtwinkling zueinander ausgerichtet und gehen in einem großzügig gerundeten Nutgrund 7 ineinander über.
Beim Einsetzen der Welle 1 in die Kupplung 2 wird sich in der Regel eine exzentrische Ausrichtung der Längsachse 8 der Welle 1 gegenüber der Längsachse 9 der Kupplung 2 einstellen (3). Durch den in Designstellung großzügig bemessenen Radialspalt 5 ist das Fügen auch bei gegebenenfalls auftretenden Form- oder Lageabweichungen dieser Bauteile sowie bei deren Verschmutzung problemlos möglich. Bei Einleitung eines Drehmoments M in die Welle 1 findet unverzüglich eine Zentrierung der Welle 1 in der Kupplung 2 statt, wie in 4 dargestellt. Die Kontaktbereiche P zwischen Verzahnung 3 der Welle 1 und der Ausnehmung 4 der Kupplung 2 sind dann, wie aus 5 ersichtlich, auf einer die Längsachse der Kupplung 2 umgebenden Zylindermantelfläche Z angeordnet.
Bei der in 6 dargestellten Fertigung von Verzahnungen für Antriebswellen von Küchenmaschinen nach dem Stand der Technik wird ein zylinderförmiger Fräser 10 derart entlang der Welle 1 geführt, dass seine Stirnfläche 11 zumindest partiell an der Wandung 6' und seine Umfangsfläche 12 bereichsweise an der Wandung 6 anliegen. Die Rotationsachse 13 ist dabei gegenüber der Längsachse 8 der Welle 1 versetzt sowie zu den Wandungen 6, 6' parallel bzw. rechtwinklig ausgerichtet und wird in Wellenlängsrichtung verfahren. Der fingerartige Fräser 10 neigt dabei dazu, durch Biegung von der gewünschten Fräsposition abzuweichen. Ebenso führt bereits ein geringer Fehler bei der Ausrichtung des Fräsers 10 zu einer sehr asymmetrischen Ausbildung der Verzahnung 3.
Bei Ausübung der erfindungsgemäßen Verfahren hingegen ist die Rotationsachse 13 des Fräsers 10 gegenüber den Wandungen 6, 6' geneigt geführt, wobei der Neigungswinkel α bei den in den Ausführungsbeispielen gezeigten Verzahnungen 3 mit rechtwinklig zueinander stehenden Wandungen 6 und 6' 45° beträgt. Wie in 7 dargestellt, kann der Fräser 10 scheibenartig mit V-förmiger Umfangsfläche 12 ausgebildet werden, wobei die Rotationsachse 13 gegenüber der Längsachse 8 der Welle 1 versetzt und außerhalb des Querschnitts der Welle 1 ausgerichtet ist, die vom Fräser 10 auf die Welle 1 ausgeübten Kraft F jedoch definiert in Richtung der Längsachse 8 verläuft.
Alternativ kann bei der Fertigung der Verzahnung 3 ein Fräser 10 mit kegelartiger Stirnfläche 11 eingesetzt werden (8), dessen Rotationsachse 13 gleichfalls um einen Winkel α von 45° gegenüber den Wandungen 6, 6' geneigt ist, jedoch in Richtung der Längsachse 8 der Welle 1 ausgerichtet ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einfache Weise eine symmetrischere Verzahnung 3 der Welle 1 geschaffen werden. Durch die Erfindung kann eine Küchenmaschine mit einem besonders vibrationsarmen und ruhigen Lauf bereitgestellt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3532038 C2 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Welle (1), insbesondere der Antriebswelle einer Küchenmaschine, mit einer endseitigen, keilwellenartigen Verzahnung (3), welche mit einer komplementär ausgeformten Kupplung (2) in formschlüssigen Eingriff gebracht werden kann, wobei die Verzahnung durch spanende Bearbeitung der Antriebswelle mittels eines Fräser (10) gefertigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Fräser (10) im Wesentlichen aus radialer Richtung bezogen auf die Längsachse der Welle an die Welle (1) angreift.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (13) des Fräsers (10) gegenüber den bearbeiteten Wandungen (6, 6') der Verzahnung (3) geneigt ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (13) des Fräsers 10) gegenüber der radialen Erstreckung der bearbeiteten Wandungen (6, 6') der Verzahnungen (3) im Wesentlichen um deren halben Öffnungenwinkel geneigt ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (13) des Fräsers (10) außerhalb der zu bearbeitenden Welle (10) verlaufend positioniert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (13) des Fräsers (10) die Längsachse (8) der Welle (1) kreuzend positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (13) des Fräsers (10) orthogonal zur Längsachse (8) der Welle (1) ausgerichtet wird.
Küchenmaschine mit einer Kupplung (2), in welche eine mit einer keilwellenartigen Verzahnung (3) versehene, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gefertigte Welle (1), vorzugsweise eine Antriebswelle, in formschlüssigen Eingriff eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Übertragung eines Drehmoments (M) die formschlüssig wirkenden Kontaktbereiche (P) zwischen Verzahnung (3) und der komplementär ausgebildeten Ausnehmung (4) der Kupplung (2) im Wesentlichen auf einer die Längsachse (9) der Ausnehmung (2) äquidistant umgebenden Zylindermantelfläche (Z) angeordnet sind.
Küchenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Verzahnung (3) der Welle (1) und die komplementäre Ausnehmung (4) der Kupplung (2) näherungsweise kreuzförmig ausgebildet sind.
Küchenmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (7) der Verzahnung (3) gerundet ausgebildet ist.
Küchenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des Nutgrunds (7) das 0,05fache bis 0,2fache, insbesondere etwa das 0,125fache des Außendurchmessers (D) der Verzahnung (3) beträgt.
Küchenmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der den Nutgrund (7) bildende Innendurchmesser (d) der Verzahnung das 0,5fache bis 0,75fache, insbesondere das 0,625fache des Außendurchmessers (D) der Verzahnung (3) beträgt.
Küchenmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (3) der Welle (1) bei Übertragung eines Drehmoments (M) gegenüber der komplementären, mit Übermaß ausgebildeten Ausnehmung (4) der Kupplung (2) entlang der Längsachsen (8, 9) um einen Winkel (β) von 15° bis 20°, vorzugsweise etwa 17,5° gedreht ausgerichtet ist.