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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wälzfräser, insbesondere einen Stollen-Wälzfräser, zum Herstellen einer Verzahnung, mit einem walzen- oder trommelartigen Grundkörper und vom Grundkörper getragenen, über den Umfang hinweg axial und äquidistant zueinander verlaufenden Stollen mit quer oder schräg zur Längsachse des Grundkörpers ausgerichteten Schneidzähnen, wobei der Grundkörper aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, und die Stollen aus Hartmetall gefertigt sind und wobei die Stollen mit dem Grundkörper materialschlüssig verbunden sind.
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Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren.
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Der Begriff „Verzahnung“ ist dabei im weitesten Sinne zu verstehen. Neben der Verzahnung von Zahnrädern, Zahnstangen, etc. lassen sich mit einem solchen Wälzfräser beispielsweise auch Sägeblätter herstellen.
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Das Wälzfräsen zählt zu den kontinuierlich arbeitenden Verzahnungsverfahren und ist äußerst flexibel und produktiv. Die Fräserdrehung erzeugt die eigentliche Schnittbewegung, wobei sich mit einem Wälzfräser sämtliche Zähnezahlen, Profilverschiebungen und beliebige Schrägwinkel durch Variieren der Maschineneinstellung erzeugen lassen. Eine Einschränkung ergibt sich im Allgemeinen nur durch den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschinen.
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Der Wälzfräser ist in geometrischer Hinsicht eine ein- oder mehrgängige Schnecke mit Spannuten und bildet mit dem zu verzahnenden Werkstück ein Schneckengetriebe. Zusätzlich zur Drehung fährt der Wälzfräser in der Achse des Werkstücks an dem Werkstück entlang, um die Zahnlücken zu erzeugen.
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Durch das Zerspanen des zu bearbeitenden Werkstücks verschleißen die Zähne des Wälzfräsers. Aus diesem Grund wird der Wälzfräser kontinuierlich oder in gewissen Zeitabständen tangential zum Werkstück verschoben, um neue Zähne in Eingriff zu bringen. Sind alle Zähne über die ganze Länge des Wälzfräsers verschlissen, muss das Werkzeug ausgewechselt werden. Danach können diese auf einer Schleifmaschine geschärft und nachprofiliert werden.
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Aus der Praxis sind unterschiedlichste Wälzfräser bekannt, so auch Stollen-Wälzfräser. Dazu sei lediglich beispielhaft auf die
EP 0 371 235 A2 verwiesen. Üblicherweise sind die Stollen-Wälzfräser mit in Längsnuten eines zylindrischen Grundkörpers einsetzbaren kammartigen Schneidzahnstollen versehen, deren einzelne Zahnköpfe über den Grundkörper eine schraubenlinienförmige Anordnung ergeben.
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Aus der Praxis sind Wälzfräser bekannt, die aus Hartmetall bestehen. Solche Wälzfräser kommen vor allem in der Großserienfertigung zum Einsatz. Sie zeichnen sich besonders aus durch kurze Bearbeitungszeiten aufgrund hoher Schnittgeschwindigkeiten, hoher Oberflächengüte, Eignung zur Trockenbearbeitung und durch sehr lange Standzeiten aufgrund leistungsfähiger PVD-Schichten.
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Entsprechend dem Offenbarungsgehalt der
EP 0 371 235 A2 gibt es auch bereits Wälzfräser, deren walzen- oder trommelartiger Grundkörper aus Metall, insbesondere aus gehärtetem Stahl besteht. Die Stollen werden mittels als Spannmittel dienender Schrauben verspannt und so am Grundkörper befestigt. Dies hat den Vorteil, dass die dem Verschleiß unterliegenden Stollen austauschbar bzw. auswechselbar sind, wobei lediglich die Stollen aus relativ teuren Hartmetall, geschmiedetem Stahl oder Keramik bestehen.
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Die Vorkehrung separater Stollen aus Hartmetall hat gegenüber dem Stollenfräser aus Vollhartmetall erhebliche Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Kosten des Werkzeugs. Nachteil ist jedoch die komplizierte und konstruktiv aufwändige Mimik zur Befestigung der Stollen. Die Montagezeiten sind nicht unerheblich. Außerdem kann Verschleiß sowie eine Beschädigung an den Spannmitteln zur Dejustage der Stollen führen, wodurch das Werkzeug unbrauchbar wird.
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Aus der
DE 21 57 473 A1 ist ein Werkzeug zum Fräsen von Zahnrädern bekannt. Das Werkzeug weist einen zylindrischen Fräserkörper aus Stahl und einen Schneidstollen aus einem Hochleistungswerk auf. Der Schneidstollen hat quer zur Längsrichtung des Fräserkörpers verlaufende Schneidzähne.
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Wälzfräser, die entlang einem Grundkörper mehrere Abschnitte mit gleich langen oder unterschiedlich langen Stollen vorgesehen sind und bei denen die Abschnitte durch einen zahnfreien Zwischenraum getrennt sind, sind aus der
JP S58-165917 A ,
JP S62-44310A und der
CN 103706889 A bekannt.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Begriff „Stollenfräser“ oder „Stollenwälzfräser“ in der Literatur unterschiedlich definiert ist. Man findet eine Definition, wonach der Stollenfräser ein Wälzfräser mit einsetzbaren Stollen ist. Eine andere Definition bezeichnet die aus Schneidzähnen bestehende Reihe als Stollen, so dass auch ein Vollstahl-Wälzfräser oder Hartmetall-Wälzfräser als „Stollenfräser“ definiert ist, wobei dort die „Stollen“ nicht einsetzbar sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik auftretenden Nachteile zumindest weitgehend zu eliminieren. Der Wälzfräser soll einfach herzustellen sein und geringstmögliche Materialkosten verursachen. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fräsers angegeben werden.
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Voranstehende Aufgabe ist in Bezug auf den Wälzfräser durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In Bezug auf das Verfahren zum Herstellen des Wälzfräsers ist die Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 5 gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 umfasst der Wälzfräser bzw. Stollen-Wälzfräser einen walzen- oder trommelartigen Grundkörper und vom Grundkörper getragene Stollen. Die Stollen erstrecken sich über den Umfang des Grundkörpers hinweg axial und sind zueinander sowohl mit gleicher als auch mit ungleicher Teilung angeordnet. Die Stollen haben quer oder schräg zur Längsachse des Grundkörpers aufgerichtete Schneidzähne, wobei die Schneidzähne benachbarter Stollen in konkreter Anordnung/Lage und Ausrichtung zueinander stehen.
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Der Grundkörper besteht aus gehärtetem Stahl. Die Stollen sind aus Hartmetall, geschmiedetem Stahl oder Keramik gefertigt, wobei die Stollen mit dem Grundkörper materialschlüssig verbunden sind. Der Begriff „materialschlüssig“ ist im Gegensatz zu einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung gemäß Stand der Technik zu verstehen. So ist die Verbindung dadurch hergestellt, dass die Stollen unter Zwischenschaltung eines die Haftung vermittelnden Materials erfolgt, und zwar unter Nutzung grenzflächenenergetischer Phänomene. Mechanische sowie chemische Haftungsmechanismen können dabei ebenso realisiert sein.
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Die Stollen werden ohne Vorkehrung aufwändiger Spannmittel mit dem Grundkörper verbunden, wobei darauf zu achten ist, dass die Verbindung eine gute Wärmeleitung zwischen den Stollen und dem Grundkörper gewährleistet.
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In ganz besonders vorteilhafter Weise sind bzw. werden die Stollen mit dem Grundkörper verlötet. Eine Klebeverbindung ist ebenfalls denkbar. Beim Löten wird ein temperaturbeständiges Lot verwendet, welches den beim Beschichten und im Einsatz auftretenden Temperaturen standhält. Gleiches gilt für den Klebstoff.
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In der einfachen Variante eines Stollen-Wälzfräsers verlaufen die auf dem Grundkörper befestigen Stollen geradlinig in Längsrichtung des Grundkörpers und parallel zueinander. Ebenso ist es denkbar, dass die Stollen auf dem Grundkörper schräg zur Längsachse oder spiralförmig um die Längsachse des Grundkörpers verlaufen. Eine entsprechende Ausgestaltung der Stollen als Halbfertigprodukt ist möglich.
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Der Fräser hat entlang dem Grundkörper zwei oder mehrere Abschnitte mit gleich langen oder unterschiedlich langen Stollen, wobei die Abschnitte durch einen zahnfreien Freiraum voneinander getrennt sind. Bei Vorkehrung von zwei Abschnitten spricht man von einem Tandem- oder Duplex-Fräser.
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An der Oberfläche des Grundkörpers sind zur Vorbereitung der Aufnahme der Stollen Vorkehrungen getroffen. So weist der Grundkörper Kontaktflächen für die Stollen auf, die entsprechend der Ausgestaltung der Stollen ausgebildet sind. Zwischen den Kontaktflächen und den Stollen wirkt das Lot oder der Klebstoff und sorgt für eine feste Verbindung zwischen dem Grundkörper und den Stollen.
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Im Konkreten umfassen die Kontaktflächen tiefgelegene Grundflächen und den jeweiligen Stollen gegen die Schneidkräfte abstützende, vom Grundkörper abragende Stützflanken mit stollenseitigen Stützflächen. So wird der Stollen auf seiner dem Grundkörper zugewandten Unterseite und auf einer Seite/Flanke abgestützt und lässt sich an den Kontaktflächen sicher durch Lot oder Klebstoff mit dem Grundkörper verbinden.
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Zwischen den Stollen und den Stützflanken ist jeweils eine Nut ausgebildet, deren Nutengrund in der Ebene der Grundfläche liegt oder tiefer gelegen ist, je nach Bedarf. Die Nut dient zur Aufnahme und zum Abtransport der Späne.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines Stollen-Wälzfräsers entsprechend den voranstehenden Ausführungen. Dabei ist wesentlich, dass die Stollen mit dem Grundkörper materialschlüssig verbunden werden. Die Verbindung erfolgt durch Löten oder Kleben.
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In Bezug auf die Herstellung, insbesondere die Erzeugung der Schneidzähne, gibt es unterschiedliche Verfahrens-Varianten.
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Im Rahmen einer ersten Variante ist es möglich, dass die Stollen als Rohlinge, ohne Zähne, mit dem Grundkörper verbunden werden, wobei die Zahnung nach dem Verbinden/Verlöten oder Verkleben hergestellt wird. Im Rahmen einer solchen Variante lassen sich Standard-Stollen mit entsprechender Vermaßung verwenden.
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Auch ist es denkbar, dass die Stollen mit zumindest teilweise angelegten Zähnen mit dem Grundkörper verbunden werden, wobei die Zahnung nach dem Verbinden/Verlöten oder Kleben fertiggestellt wird. So findet zum Schluss eine Art Finish statt.
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Weiter ist es denkbar, dass die Stollen mit komplett ausgebildeten Zähnen mit dem Grundkörper verbunden werden, wodurch der Stollen-Wälzfräser mehr oder weniger fertiggestellt ist. Ein Nacharbeiten an den Schneidzähnen ist im Rahmen einer solchen Ausführung des Verfahrens nicht notwendig.
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Schließlich ist es denkbar, dass nach dem Verbinden der Stollen mit dem Grundkörper und ggf. nach Fertigstellung der Zähne eine Oberflächenbehandlung oder Oberflächenbeschichtung, insbesondere der Zähne, stattfindet. Dadurch lassen sich die Oberflächengüte und die Standzeit des Werkzeugs abermals erhöhen.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
- 1 in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stollen-Wälzfräsers,
- 2 den Fräser aus 1 in einer Stirnansicht und
- 3a bis d in schematischen Stirnansichten den trommelartigen Grundkörper mit den Stollen und zur Verbindung dienenden Lot in verschiedenen Bearbeitungsphasen.
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1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stollen-Wälzfräsers, wobei dieser zwei unterschiedlich lange Abschnitte 1 mit einem Freiraum 2 zwischen den Abschnitten 1 aufweist. Es handelt sich hier um einen sogenannten Duplex-Fräser.
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Der Fräser besteht aus einem Grundkörper 3 und mit dem Grundkörper 3 verlöteten Stollen 4, wobei die Stollen 4 axial ausgerichtet sind.
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Jeder der Stollen 4 hat Schneidzähne 5, wobei die Anordnung aller Schneidzähne 5 spiralförmig ist bzw. evolventenähnlichen Verlauf hat.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Grundkörper 3 aus gehärtetem Stahl und die Stollen 4 und somit auch die Schneidzähne 5 aus Hartmetall, geschmiedetem Stahl oder Keramik bestehen.
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1 zeigt darüber hinaus, für sich gesehen, mehrere Stollen 4, die als Rohlinge gezeigt sind. Sie werden mit dem Grundkörper 3 verlötet. Danach wird die Verzahnung aufgebracht.
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2 zeigt den Gegenstand aus 1 in einer Ansicht von der Stirnseite her. Diese Ansicht lässt den Grundkörper 3 und die bereits gezahnten Stollen 4 erkennen. Die Stollen 4 sind mit dem Grundkörper 3 verlötet. Die Schneidzähne 5 sind ausgebildet.
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Die 3a, b, c und d zeigen den trommelartigen Grundkörper 3, der mit einer Grundfläche 6 und abragenden Stützflanken 7 ausgestattet ist, wobei die Stützflanken 7 wiederum stollenseitige Stützflächen 9 haben. Zwischen der Grundfläche 6 und der Stützfläche 9 wirkt ein Lot 10, welches die materialschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper 3 und den Stollen 4 bewerkstelligt.
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Außerdem zeigen die 3c und 3d die einzelnen Schneidzähne 5, wobei der Schliff bzw. die Ausgestaltung der Schneidzähne 5 angedeutet ist.
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Gemäß 3a werden die einzelnen Stollen 4 an die vorgesehenen Stellen am Grundkörper 3 angesetzt und gemäß 3b verlötet.
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Gemäß 3c findet eine Bearbeitung der Stollen 4 am Grundkörper 3 statt, werden nämlich die einzelnen Schneidzähne 5 herausgearbeitet. 3d zeigt den fertigen Stollen-Wälzfräser, dessen Grundkörper 3 mit Schneidzähnen 5 ausgestattet ist, wobei die Stollen 4 löttechnisch mit dem Grundkörper 3 verbunden sind.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lehre wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.
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Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lehre lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abschnitt
- 2
- Freiraum
- 3
- Grundkörper
- 4
- Stollen
- 5
- Schneidzahn, Zahn
- 6
- Grundfläche
- 7
- Stützflanke
- 8
- Frei
- 9
- Stützfläche
- 10
- Lot
