DE102015202760A1

DE102015202760A1 - Werkzeug und Verfahren zum Entfernen von Spänen aus einem Werkstück

Info

Publication number: DE102015202760A1
Application number: DE102015202760.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Bauer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-08-18
Also published as: WO2016131560A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (1) zum Entfernen von Spänen aus einem Werkstück (7), wobei das Werkzeug (1) einen um eine Werkzeugachse (a) drehbaren Grundkörper (2) und mindestens ein sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckendes, aus dem Grundkörper (2) hervorstehendes Entspanelement (4), welches lösbar mit dem Grundkörper (2) verbunden ist, umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum entfernen von Spänen aus einem Werkstück, welches als Hohlrad ausgebildet ist. Bei exzentrischer Anordnung und entgegengesetzten Drehrichtungen von Werkzeug und Werkstück werden die Spänen von dem Entspanelement erfasst und abtransportiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Entfernen von Spänen aus einem Werkstück, eine Anordnung des Werkzeuges in Relation zu einem Werkstück sowie ein Verfahren zum Entfernen von Spänen aus einem Werkstück.
Bei der Span gebenden Bearbeitung von Werkstücken, z. B. Zahnrädern fallen Späne an, welche nach der Bearbeitung entfernt werden müssen. Dieses so genannte Entspanen erfolgt teilweise in einem gesonderten Arbeitsgang mit speziellen Werkzeugen, z. B. Bürsten, die jedoch nicht für jedes Werkstück geeignet sind. Beispielsweise wird ein Zahnrad mit einer Innenverzahnung, ein so genanntes Hohlrad, durch Räumen mit Räumnadeln hergestellt. Das Hohlrad weist neben der Innenverzahnung einen so genannten Inneneinstich in Form einer umlaufenden Nut auf, welche sich im Wesentlichen quer zur Bearbeitungsrichtung der Räumnadeln erstreckt. Daher sammeln sich die von den Räumnadeln abgetragenen Späne in dem Inneneinstich, aus dem sie nicht ohne Weiteres entfernt werden können. Insofern besteht bei derartigen Werkstücken ein Entspanungsproblem, welches mit herkömmlichen Werkzeugen nicht lösbar ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Werkzeug zum Entspanen derartiger Werkstücke, eine Anordnung von Werkzeug und Werkstück sowie ein Verfahren zum Entspanen des bearbeiteten Werkstückes vorzuschlagen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst das Werkzeug zum Entfernen von Spänen, kurz zum Entspanen, einen um eine Werkzeugachse drehbaren Grundkörper sowie mindestens ein aus dem Grundkörper im Wesentlichen in radialer Richtung herausragendes Entspanelement, welches lösbar mit dem Grundkörper verbunden ist. Das Entspanelement ist im Grundkörper so befestigt, dass die zur exakten Positionierung erforderliche axiale Steifigkeit bei gleichzeitiger tangentialen Nachgiebigkeit gegeben ist. Das Entspanelement ist hinsichtlich seiner Geometrie an das betreffende Werkstück angepasst, sodass es in der Lage ist, die im Werkstück gesammelten oder hängengebliebenen Späne zu erfassen und aus dem Werkstück zu entfernen, wobei zwischen Werkstück und Werkzeug eine Relativbewegung in Drehrichtung erfolgt. Das Entspanelement ist am Grundkörper, welcher mittels einer entsprechenden Vorrichtung axial und radial relativ zum Werkstück verfahrbar ist, lösbar befestigt, z. B. durch Klemmen. Damit ergibt sich die Möglichkeit, das Entspanelement auszutauschen und das Werkzeug mit den jeweils an die Geometrie des Werkstückes angepassten Entspanelementen zu bestücken.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Entspanelement als Federstahldraht ausgebildet. Der Federstahldraht, der einen geeigneten Durchmesser von ca. 1 mm aufweisen kann, hat den Vorteil, dass er einerseits eine hinreichende Steifigkeit, andererseits aber auch eine gewisse Elastizität aufweist, um einem zu starken Widerstand auszuweichen und eine Blockade zu vermeiden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am Grundkörper, vorzugsweise an dessen Stirnseite ein Spannelement angeordnet, mit Hilfe dessen der Federstahldraht mit dem Grundkörper verspannt werden kann. Der Federstahldraht kann somit in seiner Funktion als Entspanelement positionsgenau am Grundkörper befestigt werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper eine Planfläche auf, in welcher mindestens eine Nut zur Aufnahme des Federstahldrahtes angeordnet ist. Durch die Nut, in welche ein Bereich des Federstahldrahtes eingelegt wird, erhält der Federstahldraht, insbesondere mit seinem nach außen überstehenden Bereich die gewünschte Ausrichtung in Bezug auf den Grundkörper und auch auf das Werkstück. Bevorzugt sind mehrere Nuten auf dem Umfang angeordnet, beispielsweise zwei, drei oder vier in gleichmäßigen Abständen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Nuten in radialer Richtung, d. h. der in die Nuten eingelegte Federstahldraht verläuft somit ebenfalls in radialer Richtung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zusätzlich zu den radial verlaufenden Nuten weitere Nuten vorgesehen, welche sowohl in radialer als auch in tangentialer Richtung, d. h. in einem spitzen Winkel zur radialen Richtung verlaufen.
Dadurch wird eine größere Flexibilität des Federstahldrahtes erreicht, d. h. bei Auftreten eines Hindernisses beim Entspanungsvorgang kann der Federstahldraht in tangentialer und radialer Richtung besser ausweichen, sodass eine Blockade verhindert wird. Gleichzeitig bleibt eine hinreichende Steifigkeit in axialer Richtung erhalten, sodass der Federstahldraht mit seiner Spitze genau in Bezug auf das Werkstück positioniert werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am radial innen liegenden Ende der Nut bzw. der Nuten eine Axialbohrung angeordnet, deren Durchmesser dem Durchmesser des Federstahldrahtes entspricht. Die Axialbohrung dient der Fixierung des Federstahldrahtes.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Spannelement als Scheibe ausgebildet, welche planparallel zur Planfläche des Grundkörpers angeordnet ist und mit dem Grundkörper verschraubt werden kann. Zwischen der Planfläche des Grundkörpers und der Planfläche der Scheibe werden der oder die Federstahldrähte eingespannt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Federstahldraht L-förmig ausgebildet, d. h. er weist einen langen L-Schenkel mit einem ersten, überstehenden und einem zweiten, einspannbaren Bereich sowie einen kurzen L-Schenkel auf, der in die Axialbohrung eingesetzt wird, womit der Federstahldraht vorfixiert ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Bereich des Federstahldrahtes in einer der Nuten angeordnet und reibschlüssig zwischen Scheibe und Grundkörper gehalten.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einer Anordnung des Werkzeuges und des Werkstückes, welches als Hohlrad mit einer Innenverzahnung und einer umlaufenden Nut ausgebildet ist, vorgesehen, dass der Durchmesser des Werkzeuges kleiner als der Innendurchmesser des Hohlrades bzw. der umlaufenden Nut ist. Dadurch ist es möglich, dass das Werkzeug mit dem oder den Entspanelementen axial in das Hohlrad eingeführt werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind bei einem Verfahren zum Entfernen von Spänen folgende Verfahrensschritte vorgesehen: Das Werkzeug wird zunächst – etwa koaxial zum Werkstück – in axialer Richtung in das Werkstück respektive das Hohlrad zugestellt, bis der Federstahldraht im axialen Bereich der umlaufenden Nut, auch Inneneinstich genannt, positioniert ist; anschließend wird das Werkzeug radial soweit zugestellt, bis die Spitze eines Entspanungselements in den Inneneinstich eintaucht und annährend den Grund des Inneneinstichs erreicht hat. Die Achsen von Werkzeug und Werkstück sind dann nicht mehr koaxial, sondern versetzt zueinander angeordnet. Damit ist gewährleistet, dass die auf dem Umfang des Werkzeuges angeordneten Entspanelemente positionsgenau in den Inneneinstich eingreifen und die dort zurückgehaltenen Späne erfassen und abtransportieren können.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden das Werkzeug und das Werkstück zum Entfernen der Späne relativ zueinander in eine Drehbewegung versetzt. Dabei rotieren das Werkzeug und das Hohlrad in entgegengesetzten Drehrichtungen; dadurch werden die durch den Federstahldraht mitgenommenen Späne in radialer bzw. tangentialer Richtung in den Sichelspalt, der sich zwischen Werkzeug und Hohlrad befindet, abgeschleudert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 ein erfindungsgemäßes Werkzeug zum Entspanen in einem Axialschnitt,
2 das Werkzeug gemäß 1 in einer Ansicht von rechts,
3 das Werkzeug in einer Ansicht von links,
4 das Werkzeug in einer perspektivischen Darstellung,
5 eine Anordnung des Werkzeuges und eines Werkstückes im Schnitt,
6 die Anordnung gemäß 5 in einer Ansicht von links,
7 eine Einzelheit A aus 5,
8 Einzelteile des Werkzeuges in einem Axialschnitt,
9 ein Entspanelement (Federstahldraht) und
10 Anordnung von Nuten auf dem Grundkörper des Werkzeuges.
1 zeigt ein Werkzeug 1 zum Entfernen von Spänen, kurz zum Entspanen, ausgebildet als Rotationskörper mit einer Rotations- oder Werkzeugachse a in einem Axialschnitt. Das Werkzeug 1 umfasst einen Grundkörper 2, eine als Spannelement ausgebildete Scheibe 3 sowie zwei diametral zueinander angeordnete, als Federstahldraht ausgebildete Entspanelemente 4, welche zwischen Grundkörper 2 und Scheibe 3 eingespannt sind und in radialer Richtung über den Umfang des Grundkörpers hinaus stehen. Der Grundkörper 2 weist eine Bohrung 5 auf, über welche das Werkzeug 1 mit einer nicht dargestellten Antriebswelle verbunden werden kann.
2 zeigt das Werkzeug 1 in einer Ansicht von rechts, d. h. mit Blick auf den Grundkörper 2.
3 zeigt das Werkzeug 1 in einer Ansicht von links, d. h. mit Blick auf die Scheibe 3, welche mit vier als Schrauben ausgebildeten Befestigungselementen 6 mit dem Grundkörper 2 verspannt ist.
4 zeigt das Werkzeug 1 in einer perspektivischen Darstellung mit Blick auf die Scheibe 3.
5 zeigt eine Anordnung des Werkzeuges 1 relativ zu einem als Hohlrad 7 ausgebildeten Werkstück, welches eine Rotationsachse b aufweist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weisen die Werkzeugachse a und die Werkstückachse b einen Achsversatz c auf, d. h. das Werkzeug 1, welches sich in seiner Entspanposition befindet, ist exzentrisch zum Hohlrad 7 angeordnet.
6 zeigt die Anordnung gemäß 5 in einer Ansicht von links, wobei die Exzentrizität des Werkzeuges 1 gegenüber dem Hohlrad 7 deutlich erkennbar ist. Das Werkzeug 1 weist, gemessen über die Spitzen der beiden Federstahldrähte 4 einen Werkzeugdurchmesser d auf, während der Innendurchmesser des Hohlrades 7 mit D bezeichnet ist. Aufgrund dieser unterschiedlichen Durchmesser (D > d) und der exzentrischen Anordnung ergibt sich zwischen dem Werkzeug 1 und dem Hohlrad 7 ein Sichelspalt 8, welcher einen hinreichend großen Raum für die Spanabfuhr bildet.
7 zeigt eine Einzelheit A (in Bezug auf die Werkstückachse b nach oben gespiegelt) aus 5. Das Hohlrad 7 weist eine durch Räumen hergestellte Innenverzahnung 7a, hier eine Schrägverzahnung 7a, und außerhalb der Innenverzahnung 7a eine umlaufende Nut 9 auf, welche auch als Inneneinstich 9 bezeichnet wird. In die Nut 9 greift die Spitze 4a des Federstahldrahtes 4 ein, welche den Abmessungen der Nut 5, insbesondere der Nutbreite angepasst ist. Der Durchmesser des Federstahldrahtes 4 beträgt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 0,8 bis 1,0 mm. Zwischen dem Federstahldraht 4 und den Flanken der Nut 9 ist ein geringes Axialspiel belassen, sodass der Federstahldraht 4 nicht am Werkstück 7 schleift.
Die 8, 9 und 10 zeigen die Einzelteile des Werkzeuges 1, wobei in 8 der Grundkörper 2 und die Scheibe 3 dargestellt sind. Der Grundkörper 2 weist eine Planfläche 2a auf, in welche eine etwa radial verlaufende Nut 10 zur Aufnahme des hier nicht dargestellten Federstahldrahtes 4 eingearbeitet ist. Am radial innen liegenden Ende der Nut 10 ist eine Axialbohrung 11 angeordnet, welche in die Nut 10 übergeht. Die Scheibe 3 weist eine Planfläche 3a auf, welche auf die Planfläche 2a des Grundkörpers 2 aufgelegt wird.
9 zeigt den L-förmig ausgebildeten Federstahldraht 4, welcher einen langen Schenkel 4b mit der Spitze 4a und einen kurzen Schenkel 4c aufweist. Der kurze Schenkel 4c wird in die Axialbohrung 11 (8) eingesetzt, während der lange Schenkel 4b teilweise in die Nut 10 eingelegt wird, womit die Richtung des Federstahldrahtes 4 fixiert ist.
10 zeigt die Planfläche 2a des Grundkörpers 2 mit zwei diametral angeordneten, radial verlaufenden Nuten 10, kurz Radialnuten 10 genannt. Zusätzlich zu den Radialnuten 10 sind weitere Nuten 12, jeweils ausgehend von der Axialbohrung 11, in einem spitzen Winkel zur Radialnut 10 angeordnet. Die weiteren Nuten 12 verlaufen somit in Radial- und Umfangsrichtung. Es besteht die Option, den Federstahldraht 4, d. h. die Entspanelemente entweder in die Radialnuten 10 oder die weiteren Nuten 12 einzulegen, womit unterschiedliche Ausrichtungen der Entspanelemente 4 möglich sind. Durch die Ausrichtung des Federstahldrahtes 4 in Umfangsrichtung ergibt sich eine höhere Flexibilität oder Nachgiebigkeit des Federstahldrahtes in Umfangs- und in Radialrichtung.
Das Verfahren zum Entfernen der Späne oder – kurz gesagt – zum Entspanen läuft folgendermaßen ab: Wie aus den 5 bis 7 ersichtlich, wird das Werkzeug 1, welches mit einer nicht dargestellten Vorrichtung verbunden ist, in axialer und radialer Richtung derart in Bezug auf das Werkstück 7 zugestellt, dass es die dargestellte Position, die so genannte Entspanposition, erreicht und die Spitze 4a des Federstahldrahtes 4 in den Inneneinstich 9 eintaucht. Das als Hohlrad 7 ausgebildete Werkstück ist zur Herstellung der Innenverzahnung 7a Span gebend, d. h. durch Räumen bearbeitet worden, wobei sich Späne im Inneneinstich 9 festgesetzt haben. Durch Rotation des Werkzeuges 1 und des Werkstückes 7 in entgegengesetzten Richtungen werden die Späne erfasst und in den Sichelspalt 8 gefördert, wo sie – bedingt durch die Fliehkraft – abgeschleudert und entsorgt werden.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeug
2: Grundkörper
2a: Planfläche
3: Scheibe (Spannelement)
3a: Planfläche
4: Federstahldraht (Entspanelement)
4a: Spitze
4b: langer Schenkel
4c: kurzer Schenkel
5: Bohrung
6: Schraube
7: Werkstück (Hohlrad)
7a: Innenverzahnung
8: Sichelspalt
9: umlaufende Nut (Inneneinstich)
10: Radialnut
11: Axialbohrung
12: weitere Nut
a: Werkzeugachse
b: Werkstückachse
c: Achsversatz
d: Werkzeugdurchmesser
D: Innendurchmesser/Hohlrad

Claims

Werkzeug zum Entfernen von Spänen aus einem Werkstück (7), wobei das Werkzeug (1) einen um eine Werkzeugachse (a) drehbaren Grundkörper (2) und mindestens ein sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckendes, aus dem Grundkörper (2) hervorstehendes Entspanelement (4), welches lösbar mit dem Grundkörper (2) verbunden ist, umfasst.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Entspanelement als Federstahldraht (4) ausgebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundkörper (2) ein Spannelement (3) angeordnet und der Federstahldraht (4) respektive das Entspanelement (4) mittels des Spannelements (3) mit dem Grundkörper (2) verspannbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) eine Planfläche (2a) aufweist und dass in der Planfläche (2a) mindestens eine Nut (10) zur Aufnahme eines Bereiches des mindestens einen Federstahldrahtes (4) angeordnet ist.
Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Nut (10) in radialer Richtung verläuft.
Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Planfläche (2a) mindestens eine weitere Nut (12) angeordnet ist, welche in radialer und in Umfangsrichtung verläuft.
Werkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine und/oder die mindestens eine weitere Nut (10, 12) an ihrem radial innen angeordneten Ende in eine Axialbohrung (11) zur Aufnahme des Federstahldrahtes (4) übergeht.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement als Scheibe (3) ausgebildet ist, welche auf der Planfläche (2a) aufliegt und mit dem Grundkörper (2a) verschraubt ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Federstahldraht (4) L-förmig ausgebildet ist, einen ersten, überstehenden Bereich, einen zweiten, eingespannten Bereich (langer Schenkel 4b) und einen dritten, abgewinkelten Bereich (kurzer Schenkel 4c) aufweist.
Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich des Federstahldrahts (4) in der mindestens einen oder in der mindestens einen weiteren Nut (10, 12) angeordnet und reibschlüssig zwischen Planfläche (2a) und Scheibe (3) gehalten ist.
Werkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte, abgewinkelte Bereich (4c) des Federstahldrahtes (4) in der Axialbohrung (11) angeordnet ist.
Anordnung des Werkzeuges (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche relativ zu einem als Hohlrad (7) mit einer Innenverzahnung (7a) und einer umlaufenden Nut (9) ausgebildeten, eine Werkstückachse (b) aufweisenden Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (7) respektive die umlaufende Nut (9) einen Innendurchmesser (D) aufweist, dass die Spitze des mindestens einen Entspanelements (4) bei Rotation um die Werkzeugachse (b) einen Kreis mit dem Durchmesser (d) beschreibt und dass d < D ist.
Verfahren zum Entfernen von Spänen aus einem Span gebend bearbeiteten Werkstück (7) nach Anspruch 12 mit einem Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) das Werkzeug (1) wird zunächst axial bis in den Bereich der umlaufenden Nut (9) und b) anschließend radial so weit zugestellt, bis die Spitze (4a) des mindestens einen Entspanelements (4) in die umlaufenden Nut (9) eintaucht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (1) und das Werkstück (7) relativ zueinander in eine Drehbewegung um ihre Achsen (a, b) versetzt werden.