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Die vorliegende Erfindung betrifft die Ziehbarkeit von Kegelrädern in einem Kegelradgetriebe. Ausserdem geht es um eine Vorrichtung, die eine Verzahnungsmaschinen und eine entsprechend ausgestattete Entwicklungsumgebung umfasst. Ausserdem geht es um entsprechend modifiziertes Kegelrad-Getriebe.
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Stand der Technik
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Es gibt verschiedene Arten von Kegelrad-Getrieben. Jedes dieser Kegelrad-Getriebe umfasst mindestens zwei Kegelräder, die miteinander im gegenseitigen Eingriff stehen. Kegelrad-Getriebe werden auch als Winkelgetriebe bezeichnet, da die Rotationsachsen der beiden Kegelräder winklig zueinander stehen.
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In 1 sind in einer Perspektivansicht Details eines beispielhaften (Kegelrad-)Getriebes 10 gezeigt, wie es z.B. in einem Brecher zum Einsatz kommt. Das Gehäuse dieses Getriebes 10 ist hier nicht gezeigt. Es kommen zwei Kegelräder 20, 30 zum Einsatz, die in dem nicht gezeigten Gehäuse so montiert sind, dass sie sich im Eingriff befinden. Das erste Kegelrad 20 (hier ein Ritzel) sitzt auf einer Welle 21 und das zweite Kegelrad 30 (hier ein Tellerrad) sitzt auf einer Welle 31. In 1 sind die bogenförmigen Zähne 22 des ersten Kegelrads 20 und die bogenförmigen Zähne 32 des zweiten Kegelrads 30 zu erkennen.
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In 2 sind in einer Seitenansicht Details eines ähnlich aufgebauten (Kegelrad-)Getriebes 10 gezeigt. Diese Abbildung ist stark schematisiert. Es kommt ein rechteckförmiges Gehäuse 11 zum Einsatz, in dem zwei Kegelräder 20, 30 so montiert sind, dass sie sich im Eingriff befinden. Seitlich kann an dem Gehäuse 11 z.B. eine Montage-/Revisionsöffnung vorgesehen sein, die hier mit einer Platte 12 und einer geeigneten Dichtung (nicht gezeigt) öldicht verschlossen ist. Bei der Montage kann zuerst das zweite Kegelrad 30 durch die Montage-/Revisionsöffnung ins Gehäuse 11 eingebracht und dort z.B. mit einem Wellenstumpf oder einer Welle 31 verschraubt oder zusammengesteckt werden. Dann wird das erste Kegelrad 20 in Axialrichtung, d.h. parallel zur ersten Welle 21, durch die Montage-/Revisionsöffnung in das Gehäuse 11 eingeschoben, wobei darauf geachtet wird, dass die Zähne des ersten Kegelrades 20 sauber mit den Zähnen des zweiten Kegelrades 30 in Eingriff gebracht werden. Die entsprechenden Lager und Dichtungen für die Wellen 21, 31 sind hier nicht gezeigt. Nach den genannten Montageschritten kann Öl eingefüllt werden und es kann die Platte 12 samt Dichtung an dem Gehäuse 11 befestigt werden.
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Die Demontage erfolgt typischerweise in umgekehrter Reihenfolge der beispielhaft genannten Schritte.
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Sowohl bei der Montage als auch bei der Demontage kann es zu einer Kollision der Zähne der beiden Kegelräder kommen. Eine solche Kollision tritt vor allem bei schrägverzahnten und bei bogenverzahnten Kegelrädern auf. In der Praxis wird teilweise beim Einschieben des ersten Kegelrades 20 ein Hammer zur Hand genommen, um den mechanischen Widerstand zu überwinden, der sich durch eine solche Kollision ergeben kann, auch wenn diese Vorgehensweise nicht fachgerecht ist. Es ist auch bekannt einen Winkelschleifer zur Hand zu nehmen, um z.B. an ein oder zwei Zähnen des ersten Kegelrades 20 Teile der Zahnflanken zu entfernen, damit diese beim Einschieben nicht mehr kollidieren und klemmen.
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Es liegt auf der Hand, dass derartige Ansätze Nachteile haben. Das Wegflexen oder -schleifen von Teilen einer Zahnflanke führt zu einer Schwächung dieses Zahnes. Dadurch wird die Möglichkeit zur Lastübertragung vom dem einen auf das andere Kegelrad reduziert. Es kann hier zur Rissbildung und zum Versagen des betroffenen Zahnes kommen. Weiterhin führt die Wegnahme von Material an einem oder an zwei Zähnen zu einer Unwucht, was wiederum einen Einfluss auf die Laufruhe haben kann.
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Selbst wenn nach dem Wegflexen oder -schleifen beim Einschieben des ersten Kegelrades 20 keine Probleme mehr auftreten sollten, da man beim Einschieben darauf achten kann, dass das ersten Kegelrad 20 mit dem/den veränderten Zähnen mit den Zahnlücken des zweiten Kegelrades 30 in einer geeigneten Winkelstellung exakt in Eingriff gebracht wird, so kann das Trennen (auch Ziehen genannt) der beiden Kegelräder 20, 30 trotzdem schwierig oder gar unmöglich sein, falls man nicht erneut die gleiche Winkelstellung findet.
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Um die genannten Probleme bei der Montage oder beim Ziehen von Kegelrädern eines Kegelradgetriebes zu vermeiden, kann man bei der Auslegung des Getriebes von vorneherein die Ziehbarkeit berücksichtigen. Teilweise ist es möglich, durch eine kleine Anpassung der Makrogeometrie der beiden Kegelräder des Kegelradgetriebes das Klemmen von vorneherein zu vermeiden. Falls zum Beispiel die spiralförmig verlaufenden Zahnflanken einen zu engen Krümmungsradius haben sollten, so kann beim Verzahnen ein Verzahnungswerkzeug mit einem grösseren Werkzeugnennradius eingesetzt werden. Der grössere Nennradius führt zu einem weniger stark gekrümmten Verlauf der Zahnflanken und damit auch zu einer geringeren Neigung zum Klemmen. Vor allem bei grossmoduligen Kegelrädern, wie sie in Steinmühlen und dergleichen eingesetzt werden, sind jedoch keine Verzahnungswerkzeug mit ausreichend grossem Werkzeugnennradius verfügbar. Ausserdem werden solche Veränderungen der Makrogeometrie oft mit einem reduzierten Überdeckungsgrad und dadurch bedingt auch einer reduzierten Tragfähigkeit „erkauft“.
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Es gibt daher immer wieder Situationen, in denen eine Anpassung der Makrogeometrie die Ziehbarkeit nicht ermöglicht oder in denen die rechnerisch ermittelte Anpassung der Makrogeometrie unerwünscht ist.
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Es stellt sich daher die Aufgabe einen Weg zu finden, der es ermöglicht die Ziehbarkeit beim Trennen zweier Kegelräder zuverlässig zu ermöglichen, ohne auf eine manuelle Nachbearbeitung zu setzen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 7 und durch ein Kegelrad-Getriebe gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde speziell zum Ermöglichen oder Verbessern der Ziehbarkeit eines ersten Kegelrades entwickelt, das zusammen mit mindestens einem zweiten Kegelrad ein Getriebe bilden soll, wobei das Getriebe so in einem Gehäuse zu montieren ist, dass eine Drehbewegung des ersten Kegelrades in eine Drehbewegung des zweiten Kegelrades übertragen werden kann, oder umgekehrt.
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Das Verfahren der Erfindung umfasst die folgenden Schritte:
- - Durchführen eines Ziehbarkeitsverfahrens mit den folgenden Teilschritten:
- ￮ rechnerisches Ermitteln, ob bei der Montage in dem Gehäuse das erste Kegelrad durch eine axiale Einschubbewegung mit dem zweiten Kegelrad in Eingriff bringbar ist und/oder ob das erste Kegelrad durch eine axiale Zugbewegung aus dem Eingriff mit dem zweiten Kegelrad trennbar ist,
- ￮ falls das rechnerische Ermitteln eine Kollision beim in Eingriff bringen oder beim Trennen zwischen einem Zahn des ersten Kegelrades und einem Zahn des zweiten Kegelrades ergibt,
- ■ rechnerisches Ermitteln einer Flankenmodifikation an den Zähnen des ersten oder der zweiten Kegelrades, um die Kollision zu vermeiden,
- ■ Ermitteln von zweiten Maschinendaten anhand dieser Flankenmodifikation,
- - Durchführen einer Verzahnungsbearbeitung in der Kegelradverzahnungsmaschine, um das erste oder das zweite Kegelrad gemäß ersten Maschinendaten mit einer Verzahnung zu versehen;
- - Durchführen einer Nachbearbeitung in der Kegelradverzahnungsmaschine, um die Flankenmodifikation gemäß der zweiten Maschinendaten an den bereits vorhandenen Zähnen des ersten oder des zweiten Kegelrades vorzunehmen.
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Die Nachbearbeitung in der Kegelradverzahnungsmaschine kann bei allen Ausführungsformen als eine kontinuierlich teilende Nachbearbeitung oder als eine diskontinuierliche teilende Nachbearbeitung (auch Einzelteilverfahren genannt) erfolgen.
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Vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen in einem vorbereitenden Verfahrensschritt, der vor einem Ermitteln der ersten Maschinendaten erfolgt, Auslegungsdaten für das erste oder das zweite Kegelrad bereit gestellt, wobei die ersten Maschinendaten dann aus diesen Auslegungsdaten abgeleitet werden.
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Vorzugsweise wird der vorbereitende Verfahrensschritt bei allen Ausführungsformen in einer Entwicklungsumgebung durchgeführt, die mit einer Software zum Auslegen eines Getriebes ausgestattet ist.
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Die Entwicklungsumgebung umfasst vorzugsweise bei allen Ausführungsformen einen Rechner, der mit einer Software zum Auslegen von Getrieben ausgestattet ist.
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Die Erfindung wird auch durch eine (Gesamt-)Vorrichtung gelöst, die eine CNC-steuerbare Verzahnungsmaschine und eine Entwicklungsumgebung umfasst, wobei die Entwicklungsumgebung mit der Verzahnungsmaschine in eine Kommunikationsverbindung bringbar ist. Die Verzahnungsmaschine umfasst eine CNC-Steuerung und mehrere CNC-gesteuerte Achsen, um anhand von Maschinendaten im Rahmen eines kontinuierlichen Verzahnungsvorgangs ein Kegelrad mit einer Verzahnung zu versehen. Die (Gesamt-)Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - die Entwicklungsumgebung mit einer Software zum Auslegen eines Getriebes mit einem ersten Kegelrad und einem damit zu paarenden zweiten Kegelrad ausgestattet ist, um im Rahmen dieser Auslegung Auslegungsdaten für das erste und/oder das zweite Kegelrad bereitstellen zu können;
- - die Entwicklungsumgebung zum Durchführen eines Ziehbarkeitsverfahrens ausgelegt ist, um im Rahmen dieses Ziehbarkeitsverfahrens rechnerisch eine Flankenmodifikation an den Zähnen des ersten oder des zweiten Kegelrades zu ermitteln, um eine Kollision der Zähne des ersten Kegelrades mit Zähnen des zweiten Kegelrads beim Ein- oder Ausbau zu vermeiden,
- - die Entwicklungsumgebung beim Durchführen des Ziehbarkeitsverfahrens zweite Maschinendaten bereitstellt, die in der Verzahnungsmaschine zum CNC-gesteuerten Nachbearbeiten der Zähne des ersten oder des zweiten Kegelrades einsetzbar sind.
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Die Erfindung ermöglicht eine teil-automatisierte Bearbeitung mindestens eines Kegelrads eines Kegelrad-Getriebes, um die Ziehbarkeit zu verbessern oder zu ermöglichen.
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Gemäß Erfindung wird mittels modifizierten Maschinen(einstell)daten (hier zweite Maschinendaten genannt) der Durchdringungsbereich gezielt und punktgenau durch einen zerspanenden Nachbearbeitungsvorgang entfernt. Vorzugsweise zerspanender Nachbearbeitungsvorgang ein kontinuierlich ablaufender Fräs- oder Schleifvorgang zum Einsatz.
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Die Nachbearbeitung, die zur Flankenmodifikation eingesetzt wird, kann bei allen Ausführungsformen z.B. an den Schubflanken von Tellerrädern eingesetzt, falls das Getriebe nur im Zugbetrieb eingesetzt werden soll.
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Die Erfindung liefert reproduzierbare und zuverlässige Ergebnisse. Ein Kegelrad-Getriebe, das mit der Erfindung im Hinblick auf die Ziehbarkeit an allen Zähnen eines der Kegelräder verbessert/optimiert wurde, zeigt keine Unwucht, wie dies bei Kegelrad-Getrieben der Fall ist, bei denen eines der zu paarenden Kegelräder manuell nachbearbeitet wurde.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass sich eine reproduzierbare, da messbare, Nachbearbeitung ergibt.
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Da die Nachbearbeitung auf alle rechten und/oder alle linken Flanken eines der beiden Kegelräder angewendet wird, ist die Ziehbarkeit bei jeder beliebigen Eingriffsstellung des Radsatzes gegeben.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass beim Durchführen des Ziehbarkeitsverfahrens die Tragfähigkeit der Zähne berücksichtigt werden kann, um so eine zu grosse lokale Schwächung der Zähne zu vermeiden.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass selbst bei grossen und schweren Kegelrad-Getrieben das Kegelrad-Ritzel bei einer Demontage axial gezogen werden kann, ohne das eine axiale (Absenk-)Bewegung des Tellerrades erforderlich ist.
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Die Erfindung ist sowohl im kontinuierlichen als auch im diskontinuierlichen Teilverfahren auf CNC-gesteuerten Verzahnungsmaschine einsetzbar. Besonders geeignet sind Kegelradfräsmaschinen und Kegelradschleifmaschinen, die mindestens fünf CNC-gesteuerte Achsen aufweisen.
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Das Nachbearbeiten zum Zwecke der Flankenmodifikation kann gemäß Erfindung am weichen Kegelrad (d.h. vor dem Härten) oder am gehärteten Kegelrad durchgeführt werden.
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Die Erfindung eignet sich besonders für Industriegetriebe und für Getriebe, die sich durch eine hohe Tragfähigkeit auszeichnen und für Getriebe, die ein Modul > 10 haben.
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Die Bezugszeichenliste ist Bestandteil der Offenbarung.
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Figurenliste
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 zeigt eine schematisierte Perspektivansicht eines beispielhaften Getriebes, das z.B. als Teil des Antriebs eines Brechers ausgelegt ist;
- 2 zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht eines beispielhaften Getriebes, das hier in einem rechteckförmigen Gehäuse montiert ist;
- 3 zeigt eine stark schematisierte Perspektivansicht eines weiteren beispielhaften Getriebes, das hier in einem rechteckförmigen Gehäuse montiert ist;
- 4 zeigt ein schematisiertes Flussdiagramm mit den wesentlichen Schritten des Verfahrens der Erfindung;
- 5 zeigt ein schematisiertes Flussdiagramm mit weiteren Schritten des Verfahrens der Erfindung;
- 6 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemässen (Gesamt-)Vorrichtung;
- 7 zeigt eine schematisierte Ansicht eines bogenverzahnten Zahnes eines Kegelrads in Radialprojektion, bei dem der Durchdringungsbereich dargestellt wurde;
- 8 zeigt eine schematisierte Perspektivansicht einiger bogenverzahnten Zähne eines Kegelrads, das gemäß Erfindung modifiziert wurde (im gezeigten Beispiel wurden die konkaven Schubflanken eines Tellerrades modifiziert).
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Detaillierte Beschreibung
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung werden Begriffe verwendet, die auch in einschlägigen Publikationen und Patenten Verwendung finden. Es sei jedoch angemerkt, dass die Verwendung dieser Begriffe lediglich dem besseren Verständnis dienen soll. Der erfinderische Gedanke und der Schutzumfang der Patentansprüche soll durch die spezifische Wahl der Begriffe nicht in der Auslegung eingeschränkt werden. Die Erfindung lässt sich ohne weiteres auf andere Begriffssysteme und/oder Fachgebiete übertragen. In anderen Fachgebieten sind die Begriffe sinngemäß anzuwenden.
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Als axiale Zugbewegung wird in den meisten Fällen eine Überlagerung von Dreh- und Zugbewegung bezeichnet. Der Begriff „axiale Zugbewegung“ soll andeuten, dass die Zugbewegung eine deutliche axial gerichtete Komponente umfasst. Eine „axiale Einschubbewegung“ ist in den meisten Fällen eine Überlagerung von Dreh- und Schubbewegung.
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In 2 sind in einer Seitenansicht Details eines beispielhaften (Kegelrad-)Getriebes 10 gezeigt. Diese Abbildung ist schematisiert. Das Getriebe 10 umfasst, wie eingangs erwähnt, zwei zu paarende Kegelräder 20, 30.
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Es kommt ein rechteckförmiges Gehäuse 11 zum Einsatz, in dem die beiden Kegelräder 20, 30 so montiert (miteinander gepaart) sind, dass sie sich im Eingriff befinden. Seitlich kann an dem Gehäuse 11 eine Montage-/Revisionsöffnung vorgesehen sein, die hier mit einem Platte 12 und einer geeigneten Dichtung (nicht gezeigt) öldicht verschlossen ist. Bei einer DeMontage wird zuerst die Montage-/Revisionsöffnung am Gehäuse 11 geöffnet und es wird das Öl (teilweise oder ganz) abgelassen. Dann kann das erste Kegelrad 20 in Axialrichtung, d.h. parallel zur Rotationsachse R1 der ersten Welle 21, durch die Montage-/Revisionsöffnung aus dem Gehäuse 11 gezogen werden. Das Ziehen ist in den 2 und 3 je durch einen Blockpfeil mit dem Bezugszeichen Z1 dargestellt. In den meisten Fällen wird der axial gerichteten Zugbewegung Z1 eine Drehbewegung überlagert, um die beiden Kegelräder 20, 30 trennen zu können. In den meisten Fällen wird das zweite Kegelrad 30 (des Tellerrad) leicht um die Rotationsachse R2 gedreht, während das erste Kegelrad 20 (das Ritzel) gezogen wird.
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Falls das zweite Kegelrad 30 repariert oder ausgetauscht werden muss, so kann dieses zweite Kegelrad 30 losgeschraubt und durch die Montage-/Revisionsöffnung am Gehäuse 11 entnommen werden. Das zweite Kegelrad 30 kann aber auch durch eine andere Öffnung des Gehäuses 11 z.B. durch axiales Absenken entnommen werden, was bei extrem schweren Tellerrädern nur mit grossem Aufwand machbar ist. Oft erlaubt auch die Einbausituation kein Absenken des zweiten Kegelrads 30, d.h. man muss auch in diesen Fällen das erste Kegelrad 20 durch Ziehen in Axialrichtung ausbauen.
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Falls eines des Kegelräder 20 oder 30 gemäß Erfindung modifiziert wurde, so kann das Ziehen Z1 problemlos und ohne Klemmen der Zähne 22, 32 der beiden Kegelräder 20, 30 vonstatten gehen.
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In den 3 ist in einer Perspektivansicht ein weiteres beispielhaftes (Kegelrad-)Getriebe 10 schematisch gezeigt. Beide Kegelräder 20, 30 haben im gezeigten Beispiel je eine Welle 21, 31, deren Enden aus dem Gehäuse 11 herausragen. Wenn das erste Kegelrad 20 im Uhrzeigersinn drehangetrieben wird, wie in 3 durch den Pfeil ω1 dargestellt, dann dreht sich das zweite Kegelrad 30 im Gegenuhrzeigersinn, wie durch den Pfeil ω2 dargestellt. Die Drehrichtung ist hier jeweils mit einer Blickrichtung entlang der Rotationsachsen R1, R2 definiert.
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Um das anhand mehrerer beispielhaft zu verstehender Figuren erläuterte Montieren und Demontieren zu ermöglichen oder zu vereinfachen, wird ein Verfahren vorgeschlagen, dessen wesentlichen Aspekte im Folgenden unter Bezugnahme auf die Flussdiagrammen der 4 und 5 beschrieben werden.
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Vorzugsweise werden in einem ersten Schritt S1 erste Maschinendaten MD1 bereit gestellt. Diese Daten MD1 können z.B. aus einem Speicherbereich 51 geladen oder durch eine Software SW1 zur Verfügung gestellt werden. Die Maschinendaten MD1 dienen zum CNC-kontrollierten Steuern einer Kegelradverzahnungsmaschine 100 (siehe z.B. 6) beim Verzahnen des ersten Kegelrades 20 oder des zweiten Kegelrades 30. In den Maschinendaten MD1 sind quasi die einzelnen CNC-kontrollierten Bewegungen der Achsen der Kegelradverzahnungsmaschine 100 definiert.
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Die Maschinendaten MD1 können in einem (Zwischen-)Schritt an die Kegelradverzahnungsmaschine 100 übergeben werden, wie in 4 durch den Schritt S2 angedeutet. In 4 ist der Schritt S2 lediglich durch eine Schnitt- oder Grenzstelle zu der CNC-Steuerung 101 der Kegelradverzahnungsmaschine 100 dargestellt.
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In einem wesentlichen Verfahrensschritt der Erfindung wird nun ein Ziehbarkeitsverfahren ZV durchgeführt. Der Verfahrensschritt ZV nutzt entweder die Maschinendaten MD1, oder er nutzt Auslegungsdaten AD des Getriebes 10. Das Ziehbarkeitsverfahren ZV kann aber auch eine Kombination der Maschinendaten MD1 und der Auslegungsdaten AD einsetzen. In 4 ist daher durch einen Knoten 52 angedeutet, dass die Maschinendaten MD1 und die Auslegungsdaten AD zusammengeführt werden können.
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In 4 ist das Ziehbarkeitsverfahren ZV lediglich als Prozess dargestellt, der mit dem Bezugszeichen ZV versehen ist. Als Resultat liefert das Ziehbarkeitsverfahren ZV in einem Schritt S3 Maschinendaten MD2 oder - bei einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung - geänderte erste Maschinendaten MD1.
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Die Maschinendaten MD2, oder gegebenenfalls die geänderten ersten Maschinendaten MD1, können in einem (Zwischen-)Schritt an die Kegelradverzahnungsmaschine 100 übergeben werden, wie in 4 durch den Schritt S4 angedeutet. In 4 ist der Schritt S4 lediglich durch eine Schnitt- oder Grenzstelle zu der CNC-Steuerung 101 der Kegelradverzahnungsmaschine 100 dargestellt.
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In 5 sind beispielhafte Details eines besonders bevorzugten Ziehbarkeitsverfahrens ZV der Erfindung dargestellt.
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Das Ziehbarkeitsverfahren ZV kann z.B. die folgenden Teilschritte umfassen:
rechnerisches Ermitteln, ob bei der Montage in dem Gehäuse 11 das erste Kegelrad 20 durch eine axiale Einschubbewegung mit dem zweiten Kegelrad 30 in Eingriff bringbar ist und/oder ob das erste Kegelrad 20 durch eine axiale Zugbewegung aus dem Eingriff mit dem zweiten Kegelrad 30 trennbar ist. Um eine Kollision der beiden Kegelräder 20, 30 bei der Montage oder Demontage ermitteln zu können, werden vorzugsweise die Auslegungsdaten AD des Getriebes 10 rechnerisch ausgewertet. Insbesondere muss man die genaue Flankengeometrie und Einbaulage kennen, um eine Kollision der beiden Kegelräder 20, 30 ermitteln zu können. D.h., die Auslegungsdaten AD, die hier zum Einsatz kommen, sollten insbesondere Informationen zur Flankengeometrie und Einbaulage enthalten. Die Auslegungsdaten AD können z.B. aus einem Speicherbereich 53 geladen werden, wie in 5 gezeigt. Die Speicherbereiche 51 und 53 können bei allen Ausführungsformen in ein und demselben Speicher (z.B. in dem Speicher 102) vorgesehen sein.
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TS1. Falls das rechnerische Ermitteln im Schritt TS1 eine Kollision bei dem in Eingriff Bringen oder beim Trennen zwischen einem Zahn 22 des ersten Kegelrades 20 und einem Zahn 32 des zweiten Kegelrades 30 ergibt, folgen die Schritte i. und ii.:
- i. rechnerisches Ermitteln einer Flankenmodifikation FM an den Zähnen 22 des ersten Kegelrades 20 oder an den Zähnen 32 des zweiten Kegelrades 30, um die Kollision zu vermeiden,
- ii. Ermitteln von zweiten Maschinendaten MD2 anhand dieser Flankenmodifikation FM.
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Der Schritt TS2 i. kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung von einem Berechnungsansatz ausgehen, bei dem z.B. die Umrisse des zweiten Kegelrads 30 statisch in einem Koordinatensystem definiert sind und bei dem z.B. die Umrisse des ersten Kegelrads 20 relativ zu dem zweiten Kegelrad 30 bewegt werden (z.B. durch eine sukzessive Koordinaten-Transformation). In den meisten Fällen müssen beide Kegelräder 20, 30 gedreht werden, während man z.B. das erste Kegelrad 20 axial verschiebt. Das relative Bewegen umfasst in diesen Fällen eine Überlagerung von Dreh- und Linearbewegungen. Durch dieses relative Bewegen (was hier rechnerisch im Virtuellen geschieht), ergibt sich eine Art Kollisionsbereich im drei-dimensionalen Koordinatensystem. Dieser Kollisionsbereich entspricht bei allen Ausführungsformen der Erfindung vorzugsweise dem Durchdringungsbereich des Volumenkörpers des ersten Kegelrads 20 mit dem Volumenkörper des zweiten Kegelrads 30.
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Anhand dieses Durchdringungsbereichs kann nun rechnerisch eine Flankenmodifikation FM der Zahnflanken der Zähne 22 des ersten Kegelrads 20 oder der Zähne 32 des zweiten Kegelrades 30 ermittelt werden.
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Der Schritt TS2 ii. kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung die zweiten Maschinendaten MD2 so festlegen, dass beim Ausführen der entsprechenden CNC-gesteuerten Bewegungen in der Kegelradverzahnungsmaschine 100 die erforderlichen Flankenmodifikation FM an den Zahnflanken der Zähne 22 des ersten Kegelrads 20 oder an den Zahnflanken der Zähne 32 des zweiten Kegelrades 30 durch spanabhebende Bearbeitung vorgenommen werden können.
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Falls das rechnerische Ermitteln im Schritt TS1 keine Kollision ergibt, so verzweigt das Ziehbarkeitsverfahren ZV über eine Schnittstelle SS1 der 5 zurück zur 4. In diesem Fall wird das erste oder das zweite Zahnrad 20 bzw. 30 ohne Flankenmodifikation FM produziert, bzw. es ist keine Nachbearbeitung in der Kegelradverzahnungsmaschine 100 erforderlich, um eine Flankenmodifikation FM vorzunehmen.
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Vor oder während des Verfahrens der Erfindung wird eine kontinuierlich teilende oder eine diskontinuierlich teilende Verzahnungsbearbeitung in der Kegelradverzahnungsmaschine 100 durchgeführt, um das erste Kegelrad 20 oder das zweite Kegelrad 30 gemäß der ersten Maschinendaten MD1 mit einer Verzahnung zu versehen. Es ist nicht erfindungswesentlich wann diese Verzahnungsbearbeitung durchgeführt wird.
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Als Teil des Verfahrens der Erfindung wird eine kontinuierlich teilende oder eine diskontinuierlich teilende Nachbearbeitung in Kegelradverzahnungsmaschine 100 durchgeführt, um die Flankenmodifikation FM gemäß der zweiten Maschinendaten MD2 an den bereits vorhandenen Zähnen 22 des ersten Kegelrades 20 oder an den bereits vorhandenen Zähnen 32 des zweiten Kegelrades 30 vorzunehmen. Dieser Schritt der Nachbearbeitung wird in jedem Fall nach dem ursprünglichen Verzahnen des entsprechenden Kegelrads 20 oder 30 durchgeführt. D.h. das nachzubereitende Kegelrad 20 oder 30 wurde bereits (vor-)verzahnt.
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6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemässen (Gesamt-)Vorrichtung 200.
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Die (Gesamt-)Vorrichtung 200 umfasst mindestens eine CNC-steuerbare Verzahnungsmaschine 100 und eine Entwicklungsumgebung 50, wobei die Entwicklungsumgebung 50 mit der Verzahnungsmaschine 100 in eine Kommunikationsverbindung 54 bringbar ist. In 6 ist diese Kommunikationsverbindung 54 durch einen Blockpfeil dargestellt. Es kann sich bei allen Ausführungsformen z.B. um ein (firmen-internes) Kommunikationsnetzwerk handeln, das die Verzahnungsmaschine 100 mit der Entwicklungsumgebung 50 verbindet.
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Die Verzahnungsmaschine 100 umfasst eine CNC-Steuerung 101 und mehrere CNC-gesteuerte Achsen X, Y, Z, B, R1, R2 (die Anzahl dieser CNC-gesteuerten Achsen und deren Achsbezeichnungen sind nur als Beispiel zu verstehen). In 6 ist jede der Achsen durch einen Block dargestellt und jeder dieser Blöcke ist durch einen Doppelpfeil mit der CNC-Steuerung 101 verbunden. Dadurch wird schematisch angedeutet, dass die CNC-Steuerung 101 die einzelnen Achsen ansteuert und dass die Achsen Signal (z.B. Signale oder Daten von Wegesensoren oder Winkelsensoren) zurück an die CNC-Steuerung 101 senden können.
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Die Verzahnungsmaschine 100 kann einen internen und/oder externen Speicher 102 umfassen, wie in 6 angedeutet. Der Speicher 102 kann über eine Kommunikationsverbindung 103 mit der CNC-Steuerung 101 in Verbindung stehen. Der Speicher 102 kann optional über eine weitere Kommunikationsverbindung 104 mit Daten (z.B. mit den Maschinendaten MD1) geladen werden.
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Um anhand der ersten Maschinendaten MD1 im Rahmen eines kontinuierlichen Verzahnungsvorgangs das erste Kegelrad 20 oder das zweite Kegelrad 30 mit einer Verzahnung versehen zu können, werden die ersten Maschinendaten MD1 z.B. aus dem Speicher 102 über die Kommunikationsverbindung 103 in die CNC-Steuerung 101 geladen, damit die CNC-Steuerung 101 Schritt für Schritt die spanende, kontinuierliche Verzahnungsbearbeitung am entsprechenden Kegelrad 20, 30 vornehmen kann. Derartige Verfahren zur Verzahnungsbearbeitung sind hinlänglich bekannt und werden hier daher nicht näher erläutert.
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Die Entwicklungsumgebung 50 ist vorzugsweise bei allen Ausführungsformen der Erfindung mit einer Software SW1 ausgestattet, die zum Auslegen eines Getriebes 10 mit einem ersten Kegelrad 20 und einem damit zu paarenden zweiten Kegelrad 30 ausgelegt ist.
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Die Entwicklungsumgebung 50 kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung mit Mitteln 55 zur (manuellen) Eingabe von Daten D1 ausgestattet sein. Die Daten D1 können z.B. die für ein Auslegungsverfahren erforderlichen Grundangaben umfassen, die zur Definition eines Getriebes 10 erforderlich sind.
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Aus diesen Daten D1 kann die Software SW1 im Rahmen eines Auslegungsvorganges Auslegungsdaten AD1 für das erste Kegelrad 20 berechnen und bereitstellen. Diese Auslegungsdaten AD1 können entweder in der Entwicklungsumgebung 50 in maschinenspezifische Maschinendaten MD1 umgewandelt werden, oder diese Umwandlung erfolgt in der Verzahnungsmaschine 100 selbst (dort z.B. mittels eines Software-Moduls SW2).
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Vorzugsweise ist die Entwicklungsumgebung 50 bei allen Ausführungsformen zum Durchführen eines Ziehbarkeitsverfahrens ZV ausgelegt. Hierzu kann die Entwicklungsumgebung 50 z.B. ein Software-Modul ZV umfassen, wie in 6 angedeutet. Das Software-Modul ZV kann bei allen Ausführungsformen geänderte Auslegungsdaten AD1* bereitstellen und zur Umwandlung in Maschinendaten MD2 an die Verzahnungsmaschine 100 übermitteln, oder das Software-Modul ZV kann bei allen Ausführungsformen Maschinendaten MD2 zur Verfügung stellen, wie anhand des Beispiels der 6 dargestellt. Das Bereitstellen geänderter Auslegungsdaten AD1* ist nicht in 6 gezeigt.
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Die Maschinendaten MD1 und/oder MD2 können von dem Software-Modul SW2 an den Speicher 102 übergeben werden, wie schematisch durch die Kommunikationsverbindung 105 angedeutet, und/oder die Maschinendaten MD1 und/oder MD2 können direkt (z.B. von der Entwicklungsumgebung 50) an die CNC-Steuerung 101 übergeben werden, oder sie können vom Software-Modul SW2 an die CNC-Steuerung 101 übergeben werden, wie schematisch durch die Kommunikationsverbindung 106 angedeutet.
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Das Software-Modul ZV kann bei allen Ausführungsformen auch in einem Rechner der Verzahnungsmaschine 100 ausgeführt werden. In diesem Fall ist die genannte Entwicklungsumgebung 50 Teil der Maschine 100.
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Das Software-Modul ZV ist bei allen Ausführungsformen dazu ausgelegt im Rahmen des bereits erwähnten Ziehbarkeitsverfahrens ZV rechnerisch eine Flankenmodifikation FM an Zähnen 22 des ersten Kegelrades 20 oder des zweiten Kegelrades 30 zu ermitteln. Diese Flankenmodifikation FM wird so ermittelt, dass eine Kollision der Zähne 22 des ersten Kegelrades 20 mit Zähnen 32 des zweiten Kegelrad 30 beim Ein- oder Ausbau vermieden wird.
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Nach dem rechner-basierten Durchführen des Ziehbarkeitsverfahrens ZV, werden direkt oder indirekt die zweiten Maschinendaten MD2 (oder in einer alternativen Ausführungsform die geänderten Auslegungsdaten AD1*) bereitgestellt. Diese zweiten Maschinendaten MD2 sind so definiert, dass sie in der Verzahnungsmaschine 100 zum CNC-gesteuerten Nachbearbeiten der Zähne 22 des ersten Kegelrades 20 oder der Zähne 32 des zweiten Kegelrads 30 einsetzbar sind.
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Vorzugsweise berücksichtigt das Ziehbarkeitsverfahren ZV bei allen Ausführungsformen auch Information zum Gegenflankenspiel, beim Ermitteln der Flankenmodifikation FM.
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In der 7 ist die Zahnflanke 23 eines Zahnes 22 eines beispielhaften ersten Kegelrads 20 in rein schematischer Form in einer Ansicht in Radialprojektion gezeigt. Links ist in 7 die Zehe Z und rechts die Ferse F des ersten Kegelrads 20. Der Zahnkopf 24 befindet sich oben und der Zahnfuß unten. Im rechten oberen Eck im Bereich der Ferse ist anhand mehrerer Linienzüge das Ergebnis eines rechnerisch durchgeführten Ziehbarkeitsverfahrens ZV gezeigt. Umso kleiner und feiner die Punkt oder Striche der Linienzüge sind, umso weniger stark ist die Durchdringung der beiden Volumenkörper des ersten Kegelrads 20 und der zweiten Kegelrads 30. Umso länger die Striche der Linienzüge werden, um so stärker/tiefer wird die Durchdringung. In der Praxis kann eine andere Art der Darstellung gewählt werden, die anschaulicher ist als die Darstellung in 7.
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Das Software-Modul ZV kann diesen Linienzügen einen Materialabtrag zuordnen. Wenn man im Rahmen der Nachbearbeitung entsprechend des errechneten Materialabtrags Material z.B. an den Zahnflanken 23 abträgt, dann wird bei der axial gerichteten Montage oder Demontage eine Kollision oder ein Klemmen vermieden.
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Um dies anhand eines konkreten Beispiel zu verdeutlichen, ist in 8 der Ausschnitt eines zweiten Kegelrads 30 gezeigt, dessen Zähne 32 mit einer Flankenmodifikation FM versehen wurden. Links ist in 8 die Zehe Z und rechts die Ferse F des zweiten Kegelrads 30 gezeigt. An den konkaven Zahnflanken 33 sind im Übergangsbereich zwischen dem Zahnkopf 34 und der Ferse F Flankenmodifikationen FM vorgesehen.
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Wie in 8 zu erkennen ist, das das Ergebnis einer erfindungsgemässen Nachbearbeitung zeigt, wird gemäß Erfindung mittels modifizierten Maschinen(einstell)daten (hier zweite Maschinendaten MD2 genannt) der Durchdringungsbereich gezielt und punktgenau durch einen zerspanenden Nachbearbeitungsvorgang entfernt.
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Die einfachste Form der Nachbearbeitung ergibt sich aus einer Überlagerung einer zuvor im Tauchverfahren erzeugten Tellerradgeometrie mit der ursprünglichen Sollgeometrie der Zahnlücke. Durch die geeignete Wahl der Tauchstellung in Verbindung mit einer an die Durchdringungstiefe angepassten Werkraddrehung, kann sehr exakt der „störende“ Materialanteil von den Flanken 33 des Kegelrads 30 entfernt werden.
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Alternativ kann zum Nachbearbeiten auch eine geänderte gewälzte Geometrie der ursprünglichen Geometrie des Kegelrades überlagert werden.
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Bezugszeichenliste
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| Getriebe |
10 |
| Gehäuse |
11 |
| Platte |
12 |
| |
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| erstes Kegelrad |
20 |
| Welle |
21 |
| Zähne |
22 |
| Zahnflanken |
23 |
| Zahnkopf |
24 |
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| zweites Kegelrad |
30 |
| Welle |
31 |
| Zähne |
32 |
| Zahnflanken |
33 |
| Zahnkopf |
34 |
| |
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| Entwicklungsumgebung |
50 |
| Speicherbereich |
51 |
| Knoten |
52 |
| Speicherbereich |
53 |
| Kommunikationsverbindung |
54 |
| Mitteln zur Eingabe von Daten |
55 |
| |
|
| Kegelradverzahnungsmaschine |
100 |
| CNC-Steuerung |
101 |
| Speicher |
102 |
| Kommunikationsverbindung |
103 |
| Kommunikationsverbindung |
104 |
| Kommunikationsverbindung |
105 |
| |
|
| (Gesamt- )Vorrichtung |
200 |
| |
|
| Auslequnqsdaten |
AD, AD1 |
| Schwenkachse |
B |
| Daten |
D1 |
| Ferse |
F |
| Flankenmodifikation |
FM |
| Schritte |
i., ii. |
| erste Maschinendaten |
MD1 |
| zweite Maschinendaten |
MD2 |
| Rotationsachse der ersten Welle |
R1 |
| Rotationsachse der zweiten Welle |
R2 |
| Schritte |
S1, S2, ... |
| Schnittstelle |
SS1 |
| Software (-modul) |
SW1 |
| Software-Modul |
SW2 |
| (Teil- )Schritte |
TS1, TS2 |
| Drehbewegungen |
ω1, ω2 |
| Zehe |
Z |
| Ziehen / Zugbewegung |
Z1 |
| Ziehbarkeitsverfahren / Software-Modul |
ZV |
| Linearachsen |
X, Y, Z |
