DE102007038370B4 - Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle (1) 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 Zylinderfräsers (10) gefertigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderfräser (10) im Wesentlichen aus radialer Richtung bezogen auf die Längsachse der Antriebswelle (1) an die Antriebswelle angreift, die Rotationsachse (13) des Fräsers (10) die Längsachse (8) der Antriebswelle (1) kreuzend positioniert ist und die Rotationsachse des Zylinderfräsers zur Längsachse der Antriebswelle geneigt ist, sodass die beiden Achsen einen Winkel von weniger als 90° Grad einschließen.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer 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.
- Stand der Technik
- Eine gattungsgemäße Küchenmaschine wird in der Druckschrift
DE 35 32 038 C1 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.
- Die
DE 3006645 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Nut/Passfederverbindung durch Ausfräsen einer Aussparung aus einem Wellenende, bei dem ein im Querschnitt kreisförmiger Fräskopf parallel zur Längsachse der Welle vorgeschoben wird. Die Drehachse des Fräskopfs ist hierbei zur Vorschubrichtung geneigt, so dass die durch den kreisförmigen Fräskopf gebildete Aussparung einen elliptischen Querschnitt aufweist. - Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 18 408 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Kugellaufbahnen an einer Gleichlaufgelenknabe bekannt, bei denen eine Anzahl in Umfangsrichtung gleich beabstandet angeordneter konturierter Fräsköpfe verwendet werden, an denen die Nabe vorbeibewegt wird, um in einem Arbeitsgang mehrere Laufbahnen gleichzeitig zu fertigen. Durch die punktsymmetrische Anordnung der Fräsköpfe kann ein Kraftausgleich in radialer Richtung gewährleistet werden, was die Verformung zwischen Herstellungseinrichtung und bearbeitetem Werkstück verringert, was wiederum eine höhere Maßgenauigkeit der Kugellaufbahn ermöglicht. - Die deutsche Gebrauchsmusterschrift
DE 17 75 455 U beschreibt ein auf einem ähnlichen Prinzip basierendes Verfahren zum Bearbeiten von Nuten in Keilwellen. Demnach werden zwei einander diametral gegenüberliegende Nuten der Keilwelle durch zwei auf verschiedenen Fräsdornen befestigte Formfräser gleichzeitig bearbeitet. Dadurch soll insbesondere ein Durchbiegen der Keilwelle bei der Bearbeitung verhindert werden, indem sich die senkrecht zur Werkstückachse wirkenden Komponenten der Schnittdrücke gegenseitig aufheben. - Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 1957510 A offenbart eine Vorrichtung zum Übertragen einer Drehbewegung auf das Werkzeug einer Handwerkzeugmaschine, bei dem das Werkzeug in ein das Werkzeug in Drehung versetzendes Bauteil der Handwerkzeugmaschine eingesetzt wird. Dabei ist das das Werkzeug in Drehung versetzende Bauteil mit annähernd radial zur Werkzeugachse angeordneten Mitnehmerflächen ausgebildet. - Auch die französische Offenlegungsschrift
FR 2 820 021 A - Schließlich offenbart die US-Patenschrift
US 2,941,287 ein Verfahren zum Herstellen eines Achsgelenks, bei dem ein annähernd würfel- oder sternförmiges Gelenkstück durch mehrere im Bereich der Kanten des Gelenkstücks angreifende spulenförmige Zerspanungswerkzeuge bearbeitet wird. - Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Antriebswelle für eine Küchenmaschine bereitzustellen. Beim Betrieb der mit dem verbesserten Verfahren hergestellten Antriebswelle soll sich auch ohne vorsätzliches Justieren der Kupplung ein vibrationsarmer und ruhiger Lauf einstellen.
- 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 angreift, erfolgt die Krafteinleitung in die Welle symmetrisch 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.
- Bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung
- Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Bei der Erfindung ist die Rotationsachse des Fräsers gegenüber den bearbeiteten Wandungen der Verzahnung geneigt ausgerichtet. Die Rotationsachse des Fräsers ist bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Vorteil gegenüber der radialen Erstreckung der bearbeiteten Wandungen der Verzahnung um einen Winkel geneigt, welcher im Wesentlichen dem halben Öffnungswinkel der Verzahnung entspricht. Bei einer kreuzförmigen Verzahnung mit rechtwinklig zueinander stehenden Verzahnungswandungen beträgt der Neigungswinkel des Fräsers also vorzugsweise 45°.
- In einer Variante des Verfahrens ist die Rotationsachse des Fräsers zur Längsachse der Welle in einer Weise geneigt, dass die beiden Achsen einen Winkel zwischen 15° und 75° einschließen, besonders vorzugsweise zwischen 30° und 60°, besonders vorzugsweise im Wesentlichen 45°. 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 den 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 drei oder fünf Längsnuten.
- Bei einer entsprechend 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 wird 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 in1 gezeigten Kupplungsbereich in Designposition; -
3 : den Querschnitt nach2 unmittelbar nach dem Fügen der Welle in die Kupplung; -
4 : den Querschnitt nach2 und3 während der Übertragung eines Drehmoments; -
5 : einen vergrößerten Ausschnitt der Darstellung nach4 ; -
6 : die Fertigung einer Verzahnung nach dem Stand der Technik; - Ausführliche Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen
- Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
- Wie aus
1 und2 ersichtlich, erfolgt die Übertragung des Antriebsmoments auf die Welle1 , welche mit einem gleichfalls nicht gezeigten Werkzeug in Wirkverbindung steht, von einem nicht dargestellten Motor der Küchenmaschine über eine Kupplung2 . Die Welle1 ist an ihrem in die Kupplung2 einsetzbaren Ende mit einer sich in Wellenlängsrichtung erstreckenden, kreuzförmig ausgebildeten Verzahnung3 versehen, welche in eine komplementär, jedoch vergrößert ausgeführte Ausnehmung4 der Kupplung2 einsetzbar ist. In Designstellung des Kupplungsbereichs ist die Welle1 gegenüber der Kupplung2 durch einen näherungsweise äquidistant verlaufenden Radialspalt5 beabstandet. Bei einem Außendurchmesser D der Welle1 von beispielsweise 12 mm kann die Spaltweite s zum Beispiel 1,5 mm betragen. Die aneinandergrenzenden Wandungen6 ,6' der Verzahnung3 sind etwa rechtwinkling zueinander ausgerichtet und gehen in einem großzügig gerundeten Nutgrund7 ineinander über. - Beim Einsetzen der Welle
1 in die Kupplung2 wird sich in der Regel eine exzentrische Ausrichtung der Längsachse8 der Welle1 gegenüber der Längsachse9 der Kupplung2 einstellen (3 ). Durch den in Designstellung großzügig bemessenen Radialspalt5 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 Welle1 findet unverzüglich eine Zentrierung der Welle1 in der Kupplung2 statt, wie in4 dargestellt. Die Kontaktbereiche P zwischen Verzahnung3 der Welle1 und der Ausnehmung4 der Kupplung2 sind dann, wie aus5 ersichtlich, auf einer die Längsachse der Kupplung2 umgebenden Zylindermantelfläche Z angeordnet. - Bei der in
6 dargestellten Fertigung von Verzahnungen für Antriebswellen von Küchenmaschinen nach dem Stand der Technik wird ein zylinderförmiger Fräser10 derart entlang der Welle1 geführt, dass seine Stirnfläche11 zumindest partiell an der Wandung6' und seine Umfangsfläche12 bereichsweise an der Wandung6 anliegen. Die Rotationsachse13 ist dabei gegenüber der Längsachse8 der Welle1 versetzt sowie zu den Wandungen6 ,6' parallel bzw. rechtwinklig ausgerichtet und wird in Wellenlängsrichtung verfahren. Der fingerartige Fräser10 neigt dabei dazu, durch Biegung von der gewünschten Fräsposition abzuweichen. Ebenso führt bereits ein geringer Fehler bei der Ausrichtung des Fräsers10 zu einer sehr asymmetrischen Ausbildung der Verzahnung3 . - Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einfache Weise eine symmetrischere Verzahnung
3 der Welle1 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.
Claims (4)
- Verfahren zur Herstellung einer Antriebswelle (
1 ) 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 Zylinderfräsers (10 ) gefertigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderfräser (10 ) im Wesentlichen aus radialer Richtung bezogen auf die Längsachse der Antriebswelle (1 ) an die Antriebswelle angreift, die Rotationsachse (13 ) des Fräsers (10 ) die Längsachse (8 ) der Antriebswelle (1 ) kreuzend positioniert ist und die Rotationsachse des Zylinderfräsers zur Längsachse der Antriebswelle geneigt ist, sodass die beiden Achsen einen Winkel von weniger als 90° Grad einschließen. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (
13 ) des Zylinderfräsers (10 ) und die Längsachse (8 ) der Antriebswelle (1 ) einen Winkel zwischen 15° und 75° einschließen. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (
13 ) des Zylinderfräsers (10 ) und die Längsachse (8 ) der Antriebswelle (1 ) einen Winkel zwischen 30° und 60° einschließen. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse (
13 ) des Zylinderfräsers (10 ) und die Längsachse (8 ) der Antriebswelle (1 ) einen Winkel von 45° einschließen.
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