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Die
Erfindung betrifft einen Wälzfräser mit einem
helixförmig gewendelten Zahnprofil gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
derartiger Wälzfräser ist aus der
EP 0 050 270 A2 zu entnehmen.
Derartige Wälzfräser mit helixförmig
gewendelten Zahnprofilen werden üblicherweise zur Fertigung
von Zahnprofilen bei Zahnrädern, beispielsweise bei Stirnrädern
für Getriebe, eingesetzt. Zur Ausbildung des helixförmig
gewendelten Zahnprofils des Wälzfräsers sind üblicherweise
entlang einer Schraubenlinie verteilt Schneidkörper angeordnet.
Diese sind oftmals als Schneidplatten, insbesondere Wendeschneidplatten
ausgebildet, die an einen im Querschnitt dachförmigen Träger austauschbar
befestigt sind.
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Aus
der
DE-OS 27 00 525 ist
ein mehrteiliger Wälzfräser zu entnehmen, bei
dem das Zahnprofil durch die Aneinanderreihung von mehreren umlaufenden
Scheiben gebildet ist, die jeweils einen scheibenförmigen
Zahnkranz tragen. Die einzelnen Scheiben sind als Ringscheiben ausgebildet,
die in Längsrichtung auf einem Grundkörper aufgereiht
sind.
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Beim
Betrieb können neben den Schneidkörpern auch die
Plattensitze für die Schneidplatten verschleißen,
so dass auch der Träger der Schneidplatten, in den die
Plattensitze eingearbeitet sind, von Zeit zu Zeit ersetzt werden
muss.
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Um
eine Zerlegung des aus der
DE-OS
27 00 525 bekannten Wälzfräsers in seine
einzelnen Bestandteile zu vermeiden, ist gemäß der
EP 0 050 270 A2 vorgesehen,
dass das Zahnprofil des Wälzfräsers durch in Umfangsrichtung
aneinander anschließende Zahnsegmente gebildet ist, wobei
die einzelnen Zahnsegmente in einer gewindeförmigen Führung des
Grundkörpers befestigt sind.
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Bei
dieser Ausgestaltung ist daher eine vergleichsweise aufwändige
Herstellung des Grundkörpers mit einer daran angebrachten
schraubenlinienförmigen Führung erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach herzustellenden
Wälzfräser anzugeben.
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Lösung der Aufgabe
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst
durch einen Wälzfräser mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Bevorzugte Ausgestaltungen des Wälzfräsers
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
Wälzfräser zeichnet sich dadurch aus, dass zur
Ausbildung des helixförmig gewendelten Zahnprofils eine
Vielzahl von einzelnen Segmenten vorgesehen ist, die auf einem üblicherweise
zylindrischen Grundkörper befestigt sind. Jedes Einzelsegment überstreicht
hierbei einen begrenzten Winkelbereich und weist vorzugsweise nur
exakt einen Wendelgang auf. Die Segmente selbst umfassen jeweils
einen Segmentfuß sowie ein Segmentprofil. Mit dem Segmentfuß sind
sie am Grundkörper befestigt. Das Segmentprofil ist daher
ein Teilstück des helixförmig gewendelten Zahnprofils.
Das Segmentprofil ist auf dem Segmentfuß schräg
verlaufend angeordnet. Der Segmentfuß selbst erstreckt
sich vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung, so dass
also den Segmentfuß begrenzende Seitenflächen über ihre
gesamte Länge senkrecht zur Längsrichtung verlaufen.
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Der
besondere Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass
aufgrund der schrägen Orientierung des Segmentprofils bezüglich
des Segmentfußes die Wendelsteigung des Zahnprofils innerhalb
eines jeden einzelnen Segments durch die Schrägstellung
des Segmentprofils abgebildet ist. Durch diese Maßnahme
kann daher auf eine zusätzliche wendel- oder schraubenlinienförmige
Führung am Grundkörper verzichtet werden. Der
Grundkörper selbst ist daher ohne eine schraubenlinienförmige Führung
ausgebildet. Die Ausbildung des Zahnprofils wird vorzugsweise alleine
durch Aneinanderreihen der einzelnen Segmente einerseits in Umfangsrichtung
und andererseits in Längsrichtung des Grundkörpers
verwirklicht.
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Unter
Wendelsteigung wird allgemein der Abstand verstanden, den zwei Abschnitte
der Helix- oder Schraubenlinie des Zahnprofils nach einer 360°-Umdrehung
in Längsrichtung zueinander aufweisen.
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Durch
diese Ausgestaltung ist der Wälzfräser in einfacher
Weise montier- und herstellbar. Es brauchen lediglich die einzelnen
Segmente auf dem Wälzkörper befestigt zu werden.
Der Wälzkörper ist in einfacher Weise als Zylinderkörper
ausgebildet. Die Herstellung der Einzelsegmente selbst ist ebenfalls
vergleichsweise einfach.
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Zweckdienlicherweise
ist das Segmentprofil auf dem Segmentfuß unter einem Winkel
schräg angeordnet, der zu der Wendelsteigung des gesamten Zahnprofils
korreliert. Hierdurch kann der Segmentfuß in einfacher
Ausgestaltung einen in Aufsicht quaderförmigen Grundriss
aufweisen. Bei der Montage werden die einzelnen Segmentfüße
in einfacher Weise in einer Orientierung senkrecht zur Längsrichtung ausgehend
von einem randseitigen Anschlag aneinanderliegend aufgereiht.
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Weiterhin
ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Segmentfuß eine Breite
aufweist, die der Wendelsteigung entspricht. Damit sind zwischen zwei
benachbarten Segmentfüßen, die innerhalb einer
Reihe in Längsrichtung aneinandergrenzen, keine weiteren
Abstandselemente erforderlich.
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Im
Hinblick auf eine einfache Montage sind die Segmente einer Reihe
zueinander in Umfangsrichtung betrachtet ohne Versatz angeordnet.
Die einzelnen Segmente sind daher entlang der Längsrichtung
des Grundkörpers ausgerichtet.
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Zweckdienlicherweise
ist daher vorgesehen, dass eine geradzahlige Anzahl an Segmenten
exakt 360° überdecken und vorzugsweise weisen
die einzelnen aneinander angrenzenden Segmente den gleichen Segmentwinkel
auf, d. h. sie über streichen jeweils einen identischen
Winkel. Vorzugsweise sind drei Segmente pro Umfang mit jeweils 120° vorgesehen.
Alternativ hierzu können diese Segmente auch unterschiedliche
Winkel überstreichen.
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Um
zu gewährleisten, dass die aneinander in Umfangsrichtung
angrenzenden Segmentprofile versatzfrei und ineinander fluchtend übergehen,
sind die Segmentfüße zweier in Umfangsrichtung
benachbarter Segmente in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet.
Der Versatz in Längsrichtung entspricht hierbei vorzugsweise
dem Anteil der Wendelsteigung, die von dem jeweiligen Segmentprofil
abgebildet wird. Dieser Anteil hängt hierbei von dem Segmentwinkel
ab, den das jeweilige Segment überstreicht. Der Versatz
x bestimmt sich dabei insbesondere allgemein nach der Formel: x
= α360° ·s, wobei α der Segmentwinkel ist, welcher
vom Segment überstrichen wird und s ist die Wendelsteigung.
Bei einem 120°-Segment beträgt der Versatz daher
1/3 der Wendelsteigung.
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Dieser
Versatz wird in einfacher Weise vorzugsweise dadurch gebildet, dass
randseitig einer jeweiligen Reihe ein Ausgleichssegment angeordnet ist,
das eine dem erforderlichen Versatz entsprechende Ausgleichsbreite
aufweist. Allgemein ist die Ausgleichsbreite derart gewählt
und mit der Wendelsteigung korreliert, dass zwei in Umfangsrichtung
aneinander angrenzende Segmentfüße in Längsrichtung
derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass ihre Segmentprofile
fluchtend aneinander anschließen.
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Im
Hinblick auf eine positionsgenaue und einfache Montage weist der
Grundkörper vorzugsweise in Längsrichtung verlaufende
Führungen auf, entlang derer die Segmente auf dem Grundkörper aufgesetzt
sind. Zweckdienlicherweise ist hierbei vorgesehen, dass benachbarte
Segmente jeweils an den Führungen aneinanderstoßen,
so dass eine Führung für jeweils zwei benachbarte
Segmente herangezogen wird.
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Die
Führungen sind dabei vorzugsweise gebildet durch Nuten,
in denen ein Einsatzelement einliegt, das über die in den
Grundkörper eingearbeitete Nut über steht und somit
eine Art Anschlag als Führung für die Segmente
bildet. Das Einsatzelement ist hierbei zweckdienlicherweise als
eine so genannte Paßfeder ausgebildet, die im einfachsten
Fall ein längsgestrecktes Profilelement insbesondere aus Metall
ist, das in Länge und Breite sowie Querschnittsform vorzugsweise
derart ausgebildet ist, dass es bis auf einen Toleranzspielraum
in der jeweiligen Nut einliegt. Durch diese Ausgestaltung mit den Nuten
im Grundkörper und der darin angeordneten Paßfeder
ist eine einfache Herstellung des Grundkörpers möglich,
da lediglich in einfacher Weise in Längsrichtung verlaufende
Nuten beispielsweise durch Fräsen eingearbeitet zu werden
brauchen.
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Zweckdienlicherweise
ist weiterhin vorgesehen, dass die Segmente an ihren Segmentfüßen
Aufnahmen aufweisen, in die die Paßfeder eingreift. Die Aufnahmen
sind hierbei zweckdienlicherweise randseitig ausgebildet. Zwei aneinander
angrenzende Aufnahmen benachbarter Segmentfüße überdecken daher
gemeinsam die Breite der Paßfeder.
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Zur
Befestigung der Elemente am Grundkörper weist dieser zweckdienlicherweise
Schraublöcher auf. Dabei sind für jedes der Segmente
zumindest eines, vorzugsweise mehrere, beispielsweise zwei oder
drei, Schraublöcher vorgesehen. Die Schraublöcher
einer Segment-Reihe bilden Schraubloch-Reihen aus, wobei die Schraublöcher
von Segmenten, die aneinander in Umfangsrichtung angrenzen, in Längsrichtung
zueinander versetzt angeordnet sind. Der Versatz entspricht hierbei
dem Versatz der Segmentfüße.
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Vorzugsweise
sind unterschiedliche Typen von Segmenten vorgesehen, die in Umfangsrichtung des
Grundkörpers abwechselnd angeordnet sind. Vorzugsweise
sind hierbei insbesondere zwei unterschiedliche Typen vorgesehen,
welche sich lediglich im Hinblick auf die Anordnung von Schneidkörpern unterscheiden.
Die Schneidkörper sind allgemein vorzugsweise als Wendeschneidplatten
ausgebildet. Die Wendeschneidplatten sind weiterhin vorzugsweise
allgemein nach Art einer Kreuzverzahnung abwechselnd an einer Innenseite
und einer Außenseite eines dachförmigen Querschnittprofils
der Segmentprofile angeordnet. Die Anordnung der Schneidkörper
an den Segmentprofilen der unterschiedlichen Typen ist nunmehr derart
gewählt, dass die gewünschte wechselseitige Anordnung
der Schneidkörper bei einer Kreuzverzahnung auch bei aufeinander folgenden
Segmentprofilen gewährleistet ist.
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Für
einen einfachen Aufbau des Wälzfräsers weist der
Grundkörper zweckdienlicherweise an einem Ende einen Ringanschlag
auf, an den die einzelnen Segmente bzw. Ausgleichssegmente angelegt werden.
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Der
Grundkörper ist vorzugsweise als Hohlzylinder zum vorzugsweise
formschlüssigen Befestigten an einer Antriebswelle einer
Werkzeugmaschine ausgebildet.
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Beschreibung der Figuren
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils
in teilweise schematischen, beispielhaften Darstellungen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Wälzfräsers,
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2A–2C jeweils
eine Seitenansicht beziehungsweise Stirnansicht auf einen Grundkörper mit
jeweils einer sich in Längsrichtung erstreckenden Reihe
an Segmenten,
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3A–3C einen
ersten Segmenttyp in unterschiedlichen Ansichten,
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4A–4C einen zweiten Segmenttyp in unterschiedlichen
Ansichten,
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5 einen
Grundkörper in perspektivischer Darstellung.
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In
den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Der
Wälzfräser umfasst im Ausführungsbeispiel
einen hohlzylindrischen, nach Art einer Trommel ausgebildeten Grundkörper 2,
auf dem ein Zahnprofil 3 aufgebracht ist. Das Zahnprofil 3 ist
helix- oder schraubenlinienförmig gewendelt auf dem Zylindermantel
des Grundkörpers 2 mit einer Wendelsteigung s
(vgl. 2B) ausgebildet. Der Grundkörper 2 (vgl.
hierzu insbes. 5) weist eine zentrale Wellenaufnahme 4 auf,
mit der er auf eine Antriebswelle einer Werkzeugmaschine befestigbar
ist. An seinem rückwärtigen Ende weist der Grundkörper 2 einen Ringanschlag 6 auf.
In der Mantelfläche des Grundkörpers 2 sind
mehrere Reihen an Schraublöchern 8 angebracht.
Daneben sind in Längsrichtung 10 verlaufende Nuten 12 eingebracht.
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Auf
diesen Grundkörper 2 sind eine Vielzahl von einzelnen
Segmenten 14A, B aufgesetzt, deren detailierter Aufbau
sich insbesondere aus den 3A bis 3C,
sowie 4A bis 4C ergibt.
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Wie
anhand der 2A bis 2C zu
erkennen ist, werden die einzelnen Segmente 14A, B in Längsrichtung 10 aneinander
gereiht am Mantel des Grundkörpers 2 befestigt,
so dass jeweils einzelne, einen Mantelsektor bildende Reihen 16 gebildet
sind. Jede Reihe 16 weist vorzugsweise mindestens fünf Segmente
auf. Im Ausführungsbeispiel überstreicht jede
Reihe 16 einen Segmentwinkel α von exakt 120°.
Vorzugsweise sind die Segmente 14A, B einer jeweiligen
Reihe 16 ohne Versatz in Umfangsrichtung zueinander angeordnet.
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Die 2A zeigt
hierbei die einen ersten Sektor bildende Reihe 16, die 2B die
einen zweiten Sektor bildende Reihe 16 und die 2C,
die einen dritten Sektor bildende Reihe 16.
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Die
einzelnen Segmente 14A, B sind jeweils gebildet aus einem
Segmentfuß 18 sowie aus einem auf dem Segmentfuß 18 ausgebildeten
Segmentprofil 20. Die Segmente 14A, B sind bevorzugt
einstückig ausgebildet, werden also aus einem Werkstück herausgearbeitet.
Die Segmentprofile 20 der einzelnen Segmente 14A,
B bilden insgesamt das helixförmig gewendelte Zahnprofil 3 aus.
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Wie
in den Seitendarstellungen der 2A bis 2C zu
erkennen ist, sind – in Längsrichtung 10 betrachtet – randseitig
an den einzelnen Reihen 16 jeweils Ausgleichssegmente 26 angeordnet.
Diese Ausgleichssegmente 26 bewirken, dass zwei nebeneinander
angeordnete Segmente 14A, B zueinander in Längsrichtung 10 versetzt
sind. Dadurch wird gewährleistet, dass die Segmentprofile 20 zweier
in Umfangsrichtung aneinander angrenzender Segmente 14A,
B miteinander fluchten. Die Breite dieser Ausgleichssegmente 26 ist
entsprechend gewählt. Wie aus der 2A zu
erkennen ist, wird das erste Segment 14A des ersten Sektors
unmittelbar angrenzend am Ringanschlag 6 befestigt. Beim
zweiten Sektor ist am Ringanschlag 6 zuerst ein dünnes Ausgleichssegment 26 angeordnet,
dessen Breite ein Drittel der Breite eines normalen Segments 14A, B
entspricht. An dem Ringanschlag 6 gegenüber liegendem
Ende ist wiederum ein derartiges Ausgleichssegment 26 mit
1/3-Breite vorgesehen.
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Schließlich
ist beim dritten Sektor gemäß der 3C unmittelbar
am Ringanschlag 6 ein Ausgleichssegment 26 mit
einer 2/3-Breite angeordnet. Die Ausgleichssegmente 26 sind
im Wesentlichen durch modifizierte Segmentfüße 18 gebildet.
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Die
Breite B eines jeden Segments 14A, B wird durch den Segmentfuß 18 bestimmt.
Die Breite B entspricht hierbei der Wendelsteigung, also dem Abstand
(in Längsrichtung 10) zwischen zwei Abschnitten
der Helix- oder Schraubenlinie des Zahnprofils 3 nach einer
360° Umdrehung. Die Steigung und damit die Breite B liegt
beispielsweise im Bereich von 22 mm. Im Ausführungsbeispiel
umfasst jede Reihe 16 insgesamt elf Segmente 14A,
B.
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Die
einzelnen Segmente 14A, B bzw. die einzelnen Reihen 16 stoßen
mittig über den Nuten 12 aneinander an. In diese
Nuten 12 werden Einsatzelemente, nämlich Paßfedern 27 eingelegt,
die einerseits in den Nuten 12 einliegen und andererseits
aber auch in entsprechende randseitige Aufnahmen 28 (vergleiche
insbesondere 3A, 4A) am
Segmentfuß 18 eingreifen. Die Nuten 12 bilden
zusammen mit den Paßfedern 27 Führungen
für die Segmente 14A, B.
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Im
Ausführungsbeispiel sind vorzugsweise die Segmente 14A,
B jeweils einen gleichen Winkelbereich (Segmentwinkel α) überstreichend
ausgebildet. Alternativ hierzu kann die Teilung der einzelnen Segmente 14A,
B auch ungleichmäßig sein.
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Im
Ausführungsbeispiel sind bevorzugt genau zwei unterschiedliche
Segmenttypen, nämlich die Segmente 14A (3A bis 3C)
sowie die Segmente 146 (4A bis 4C) vorgesehen.
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Beim
Zusammenbau des Wälzfräser werden die beiden Segmenttypen 14A,
B in Umfangsrichtung jeweils abwechselnd aneinander befestigt. In
Umfangsrichtung ist zwischen zwei Typ A-Segmenten daher jeweils
ein Typ B-Segment angeordnet. Bei der im Ausführungsbeispiel
gewählten Geometrie führt dies dazu, dass auch
in Längsrichtung 10 die unterschiedlichen Segmenttypen
jeweils abwechselnd angeordnet sind.
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Wie
aus den 3A und 4A hervorgeht, sind
die Segmente 14A, B nach Art von Ringsegmenten ausgebildet.
Der Innendurchmesser di des jeweiligen Segments 14A,
B (und damit der Außenradius des Zylindermantels des Grundkörpers 2)
liegt im Ausführungsbeispiel bei etwa 165 mm. Der Außendurchmesser
des Ringsegments da liegt im Ausführungsbeispiel beispielsweise
bei 270 mm.
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Das
Segmentprofil 20 ist im Querschnitt in etwa dachförmig
ausgebildet. An jeder der Dachseiten sind Schneidkörper 30 angeordnet,
die bevorzugt als Wendeschneidplatten ausgebildet sind. Die Schneidkörper 30 sind
hierbei jeweils abwechselnd paarweise auf der einen bzw. der anderen
Dachseite angeordnet.
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Wie
insbesondere aus den 3B, 4B zu
erkennen ist, verläuft das dachförmige Segmentprofil 20 schräg
bezüglich der Längsrichtung 10. Die Wendelsteigungs
des helixförmig gewendelten Zahnprofils 3 wird
also durch die Schrägstellung des Segmentprofils 20 auf
dem Segmentfuß 18 abgebildet. Der Segmentfuß 18 selbst
ist – in einer radialen Projektion betrachtet – rechteckförmig
ausgebildet, so dass seine Längsseiten parallel zu dem
Ringanschlag 6 bzw. senkrecht zur Längsrichtung 10 verlaufen.
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Aus
einem Vergleich der 3B und 4B ist
der Unterschied in der Ausgestaltung der beiden Segmenttypen 14A,
B zu erkennen. Das Segmentprofil 20 ist bezüglich
einer Segmentmitte M nämlich lediglich um etwa 180° verdreht
angeord net. Hierdurch sind bei dem Segmenttyp A gemäß 3A randseitig
des Segments 14A jeweils ein Paar Schneidkörper 30 auf
der dem Ringanschlag 6 abgewandten Seite vorgesehen. Umgekehrt
sind die randseitigen Schneidkörper-Paare 30 bei
dem Typ B auf der in der 4A abgewandten
und dem Ringanschlag 6 zu orientierten Seite angeordnet.
Bis auf diese um 180° bezüglich des Mittelpunkts
M verdrehte Anordnung des Segmentprofils 20 sind die Segmente 14A,
B identisch ausgebildet.
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Jedes
Segment 14A, B wird im Ausführungsbeispiel mit
jeweils drei Schrauben 24 am Grundkörper 2 befestigt.
Die Schrauben 24 werden nach der Montage verschlossen,
beispielsweise mit Madenschrauben, und verklebt. Dadurch ist das
Eindringen von Schmutz verhindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0050270
A2 [0002, 0005]
- - DE 2700525 [0003, 0005]