DE102017009924B4

DE102017009924B4 - Verfahren zur Bearbeitung von Kegelrad-Werkstücken

Info

Publication number: DE102017009924B4
Application number: DE102017009924.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Weber; Karl-Martin Ribbeck
Original assignee: Klingelnberg GmbH
Current assignee: Klingelnberg GmbH
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: CN109702276B; CN109702276A; DE102017009924A1

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten eines Kegelrad-Werkstücks (11) mit den Schritten:
- Befestigen eines Kegelrad-Werkstücks (11) an einer ersten Werkstückspindel einer ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine,
- Befestigen eines ersten Messerkopfes, der mindestens eine Innenschneide und mindestens eine Außenschneide umfasst, in der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine,
- kontinuierliches Drehantreiben des ersten Messerkopfes,
- Durchführen eines einzelteilenden Bearbeitungsverfahrens, um das Kegelrad-Werkstück (11) vorzuverzahnen,
- Entnehmen des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks (11) aus der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine,
- Durchführen einer Warmbehandlung des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks (11),
- Befestigen des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks (11) in einer zweiten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine oder in einer ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine,
- Befestigen eines zweiten Messerkopfes, der gruppenweise angeordnete Innenschneiden und Außenschneiden umfasst, in der ersten oder zweiten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine,
- kontinuierliches Drehantreiben des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks (11),
- gekoppeltes, kontinuierliches Drehantreiben des zweiten Messerkopfes,
Durchführen eines kontinuierlich teilenden Bearbeitungsverfahrens, um die konkaven Zahnflanken (13k) und die konvexen Zahnflanken (13x) des Kegelrad-Werkstücks (11) nachzubearbeiten.

Description

Gebiet der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Bearbeiten von Kegelrad-Werkstücken.
Die EP 0 229 894 offenbart ein verfahren zum Schleifen der Verzahnung von Kegelrädern mit längsgekrümmten Zähnen, bei dem die Kegelräder als Werkstücke geschliffen werden, indem ein kegelschraubenförmiges und mit Achsversetzung zu einem Werkstück ausgelegtes sowie mindestens eine abrasive Oberfläche an Zahnflanken seiner Verzahnung aufweisendes Werkzeug verwendet wird. Werkzeug und Werkstück sind im Verhältnis ihrer Zähnezahlen miteinander kämmend angeordnet und werden zwangsläufig und synchron angetrieben. Die Achsversetzung des Werkzeugs und die Drehzahlen von Werkstück werden dabei derart gewählt, dass eine relative Gleitgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück in den Bereich der Schleifgeschwindigkeit fällt, sowie mit vorgegebener Zustellbewegung mindestens alle hohlen oder erhabenen Zahnflanken des Werkstücks kontinuierlich in einem Arbeitsgang geschliffen werden. Als Schleifwerkzeug wird ein Zahnrad verwendet, das kegelschraubenförmig gekrümmte Zähne aufweist, welche an ihren Zahnflanken mit einer abrasiven Schicht versehen sind, wobei das Werkzeug achsversetzt zu dem zu schleifenden Werkstück angeordnet wird. Sowohl Werkzeug als auch Werkstück sind an je einem Elektromotor befestigt und die beiden Elektromotoren sind über eine «elektrische Welle» miteinander verbunden.
Aus der DE 39 37 112 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades bekannt,, bei dem bei der Ausbildung der Verzahnung ein wärmebedingter Verformungsbetrag von vornherein berücksichtigt wird, so dass im Anschluss an eine Wärmebehandlung und vor einem Schleifvorgang ein Bodenbereich zwischen benachbarten Zahnflanken sich in einer gewünschten Lage bzw. Form befindet.
In der WO 2007/048516 A2 wird ein hochübersetzendes Kegelradgetriebe nach einem Einzelteileverfahren hergestellt, welches einen Achsversatz zwischen den Drehachsen von Ritzel und Tellerrad besitzt, und dessen Ritzel als kegelige Schnecke ausgeführt ist, die im wälzenden Verfahren hergestellt wurde, während das Tellerrad formverzahnt ist. Der Seelendurchmesser des Ritzels an der Ferse entspricht mindestens der doppelten Zahnhöhe an der Ferse und ein Einstich trennt die Ritzelzähne und ihre Anbindung am Lagerschulterabsatz bzw. dem Ritzelschaft.
Schließlich offenbart die DE 10 2011 118 702 A1 ein Herstellverfahren zu einer Herstellung eines Spiralkegelrads, bei dem eine Spiralverzahnung in einem Weichbearbeitungsvorgang durch ein kontinuierlich teilendes Walzverfahren in einem Zweiflankenschnitt mittels eines einteiligen Messerkopfs in einen Rohling eingebracht, in einem Härtungsvorgang gehärtet und nach dem Härtungsvorgang in einem Härtebearbeitungsvorgang durch einen als ein Schälwälzfräsen ausgebildeten Hartbearbeitungsschritt feinbearbeitet wird.
Kegelräder werden teilweise mittels eines sogenannten Klingelnberg Zyklo-Palloid^®-Verfahrens verzahnt (Zyklo-Palloid ist eine Marke der Firma Klingelnberg GmbH, Deutschland). Bei dem Zyklo-Palloid-Verfahren handelt es sich um ein kontinuierlich teilendes Verzahnungsverfahren.
Es kommt bei diesem Verfahren beispielweise ein zweiteiliger Messerkopf als Schneidwerkzeug zum Einsatz. Dieser zweiteilige Messerkopf umfasst zwei ineinander geschachtelte Messerkopfteile, von denen einer mehrere Innenmesser und der andere mehrere Außenmesser trägt. Außerdem trägt jeder der Messerkopfteile üblicherweise sogenannte Mittelmesser. Die Innenmesser kommen beispielsweise zum Weichbearbeiten der konvexen Flanken und die Außenmesser zum Weichbearbeiten der konkaven Flanken des Kegelrad-Werkstücks zum Einsatz. Ein solcher zweiteiliger Messerkopf erfordert eine Verzahnungsmaschine, die ein entsprechendes Getriebe zum zeitgleichen Drehantreiben der beiden ineinander geschachtelten Messerkopfteile umfasst.
Nachdem ein solches Kegelrad-Werkstück mittels eines Zyklo-Palloid-Verfahrens im weichen Material vorverzahnt wurde, wird das Kegelrad-Werkstück typischerweise einer Wärmebehandlung zum Zwecke des Härtens unterzogen. Dann erfolgt eine Zyklo-Palloid-Hartbearbeitung auf der Maschine, die bereits zuvor verwendet wurde.
Es ist ein Nachteil dieses bisher gängigen Ansatzes, dass die Zyklo-Palloid-Bearbeitung im weichen Material des Kegelrad-Werkstücks eher langsam ist. Ausserdem braucht man eine spezielle Verzahnungsmaschine mit zwei Werkzeugspindeln und einem Getriebe, wie bereits erwähnt. Zusätzlich ist es meist erforderlich Kühl-Schmierstoff einzusetzen.
Um bei der Zyklo-Palloid-Bearbeitung die Abtragsleistung am weichen Material des Kegelrad-Werkstücks zu erhöhen, kann man z.B. auf teurere Werkzeugsysteme setzen, die eine höhere Standzeit haben.
Beim Verzahnen von Werkstücken in der Serienfertigung geht es häufig auch um wirtschaftliche Aspekte. Der Einsatz von teuren und komplexen Werkzeugsystemen ist nicht immer wirtschaftlich darstellbar.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereit zu stellen, das weniger teuer ist als der beschriebene Ansatz, der auf einem zweimaligen Einsatz (im weichen und im harten Material) des Zyklo-Palloid-Verfahrens beruht. Ausserdem soll möglichst die Abtragsleistung erhöht werden, was im Prinzip einer schnelleren Durchführung des gesamten Verzahnungsvorganges entspricht. Diese beiden Vorgaben scheinen sich zu widersprechen, da man typischerweise entweder den einen oder den anderen Aspekt eines Zyklo-Palloid-Verzahnungsverfahrens optimieren kann.
Diese Aufgabenstellungen werden erfindungsgemäß wie folgt gelöst. Es wird ein Verfahren (hier auch als Hybrid-Verfahren bezeichnet) zum Bearbeiten eines Kegelrad-Werkstücks mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:

- Befestigen eines Kegelrad-Werkstücks an einer ersten Werkstückspindel einer ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine,
- Befestigen eines Messerkopfes, der mindestens eine Innenschneide und mindestens einem Außenschneide umfasst, an einer Werkzeugspindel der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine,
- Drehantreiben des Messerkopfes,
- Durchführen von Relativbewegungen des Messerkopfes relativ zum Kegelrad-Werkstück, um mit zwei unterschiedlichen Maschineneinstellungen der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine in einem Einzelteilverfahren das Kegelrad-Werkstück vorzuverzahnen, wobei konkave und konvexe Zahnflanken mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien erzeugt werden,
- Drehantreiben des Kegelrad-Werkstücks von Zeit zu Zeit, um Teilungsdrehungen vorzunehmen.

Dann wird das vorverzahnte Kegelrad-Werkstück aus der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine entnommen und es wird eine Warmbehandlung des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks vorgenommen, um dieses zu härten. Daraufhin folgen die Schritte:

- Befestigen des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks an einer Werkstückspindel einer zweiten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine oder an einer Werkstückspindel der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine,
- Befestigen eines zweiten Messerkopfes (z.B. eines Zyklo-Palloid-Werkzeugs), der gruppenweise angeordnete Innenschneiden und Außenschneiden umfasst in der zweiten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine oder in der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine,
- Drehantreiben des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks,
- Drehantreiben des zweiten Messerkopfes,
- Durchführen von Relativbewegungen des zweiten Messerkopfes relativ zum vorverzahnten Kegelrad-Werkstück, um in einem kontinuierlichen Bearbeitungsverfahren das Zahnrad-Werkstück hart zu bearbeiten.

Die beiden unterschiedlichen Maschineneinstellungen im ersten Durchgang werden vorgegeben, da es sich bei dem Einzelteilverfahren, das zum Vorverzahnen zum Einsatz kommt, um ein Semicompleting-Verfahren handelt.
Die Innenschneiden und Außenschneiden des ersten Messerkopfes können jeweils paarweise an einem gemeinsamen Messer angeordnet sein. Sie können aber auch jeweils an einem separaten Messer vorgesehen sein.
Vorzugsweise umfassen die Relativbewegungen des Kegelrad-Werkstücks und des ersten Messerkopfes eine gemeinsame Wälzbewegung.
Das Drehantreiben des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks und das Drehantreiben des zweiten Messerkopfes erfolgt in einer gekoppelten Art und Weise so, dass die Innenschneiden und Außenschneiden einer Gruppe durch eine Zahnlücke am vorverzahnten Kegelrad-Werkstück und die Innenschneiden und Außenschneiden einer weiteren Gruppe durch eine andere Zahnlücke am vorverzahnten Kegelrad-Werkstück geführt werden.
Es handelt sich bei dem Verfahren der Erfindung quasi um ein 2-teiliges Verfahren (hier auch als Hybrid-Verfahren bezeichnet), bei dem in einem ersten Durchgang, der am weichen Material des Kegelrad-Werkstücks durchgeführt wird, Zahnflanken mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien erzeugt werden. Nach dem ersten Durchgang wird das vorverzahnte Kegelrad-Werkstück einer Wärmebehandlung unterzogen. In einem zweiten Durchgang, der am gehärteten Material des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks durchgeführt wird, werden die Zahnflanken mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien in Zahnflanken mit epizykloidischen Flankenlängslinien geändert.
Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein Kreisbogen-Verzahnungsverfahren während des ersten Durchgangs zum Einsatz.
Z.B. kann ein Arcoflex™ Verfahren als Kreisbogen-Verzahnungsverfahren während des ersten Durchgangs zum Einsatz kommen (Arcoflex ist ein Kennzeichen der Firma Klingelnberg GmbH, Deutschland). Das Arcoflex Verfahren ist ein Einzelteilverfahren, bei dem z.B. ein ARCON^®-Stirnmesserkopf der Firma Klingelnberg als Schneidwerkzeug eingesetzt wird, um Zahnlücke für Zahnlücke Zahnflanken mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien zu erzeugen (ARCON ist eine Marke der Firma Klingelnberg GmbH, Deutschland).
Unter dem Begriff Kreisbogen-Verzahnungsverfahren sind sämtliche einzelteilenden Verzahnungsverfahren zu verstehen, die dazu ausgelegt sind, um Zahnflanken mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien zu erzeugen. Es können hier also auch andere Verfahren zum Einsatz kommen, die es ermöglichen kreisbogenförmige Flankenlängslinien im Einzelteilverfahren zu erzeugen.
Diese Weichbearbeitung mittels eines Kreisbogen-Verzahnungsverfahrens, die z.B. nach dem Arcoflex-Verfahren erfolgen kann, kann entweder mit oder ohne Kühl- oder Schmiermittel erfolgen.
Bisher werden Verzahnungen, die einem Kreisbogen-Verzahnungsverfahren unterzogen wurden, nach dem Härten typischerweise durch Schleifen hartbearbeitet. Das Schleifen des gehärteten Kegelrad-Werkstücks wird deswegen bevorzugt, da das Kreisbogen-Verzahnungsverfahren Zahnflanken mit einem Kreisbogen erzeugt und da das Schleifen mit einem Schleiftopf gezwungenermassen auch Kreisbögen erzeugt.
Gemäß Erfindung folgt aber auf ein Kreisbogen-Verzahnungsverfahren kein Kreisbogen-Hartbearbeitungsverfahren, sondern ein Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahren (z.B. ein Zyklo-Palloid-Nachbearbeitungsverfahren, das z.B. ein Zyklo-Palloid-Werkzeug einsetzt). Dieses Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahren resultiert in Zahnflanken mit epizykloidischen Flankenlängslinien.
Unter dem Begriff Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahren sind sämtliche Verzahnungsverfahren zu verstehen, die dazu ausgelegt sind, um Zahnflanken mit epizykloidischen Flankenlängslinien in einem kontinuierlich teilenden Wälzverfahren zu erzeugen. Es können hier also auch andere Verfahren zum Einsatz kommen, als das genannte Zyklo-Palloid-Verfahren, die es ermöglichen epizykloidische Flankenlängslinien im kontinuierlichen Verfahren zu erzeugen.
Es ist ein Vorteil des Hybridverfahrens der Erfindung, dass beim Weichverzahnen ein relativ einfacher und kostengünstiger (Stirn-)Messerkopf als Schneidwerkzeug eingesetzt werden kann. Ein solches Einzelteil-Weichverzahnen (das z.B. ein Arcoflex-Verfahren mit einem ARCON-Stirnmesserkopf sein kann) ist im weichen Material deutlich produktiver als das eingangs beschriebene Zyklo-Palloid-Weichbearbeitungsverfahren.
Es ist eine weiterer Vorteil dieses Hybrid-Ansatzes, dass man z.B. sowohl einen ARCON-Stirnmesserkopf als auch ein Zyklo-Palloid-Werkzeug auf einer Zyklo-Palloid-Verzahnungsmaschine einsetzen kann.
Als Zyklo-Palloid-Verzahnungsmaschinen eignen sich z.B. die Mehrachs-Bearbeitungsmaschinen C 40 U, C 60 U, C 100 U, die von der Firma Klingelnberg GmbH, Peterstrasse 45, D-42499 Deutschland, angeboten werden.
Statt das ARCON-Messerkopfsystem der Firma Klingelnberg zu verwenden, können auch UAC-Stirnmesserköpfe zum Einsatz kommen, die speziell für das Arcoflex-Verfahren und damit auch das vorliegende Hybrid-Verfahren ausgelegt wurden. Solche UAC-Stirnmesserköpfe bauen auf dem ARCON-Messerkopfsystem der Firma Klingelnberg auf bzw. sind von diesem System abgeleitet.
Vorzugsweise sind die ARCON-Stirnmesserköpfe und die UAC-Stirnmesserköpfe als Hochleistungs-Messerkopfsystem ausgelegt.
Es ist eine weiterer Vorteil dieses Hybrid-Ansatzes, dass man z.B. einige wenige, standardisierte Messerköpfe (z.B. ARCON-Stirnmesserköpfe oder UAC-Stirnmesserköpfe) für das Kreisbogen-Verzahnungsverfahren vorhalten muss, um trotzdem eine grosse Vielfalt unterschiedlicher Kegelräder im weichen Material bearbeiten (vorverzahnen) zu können.
Es ist auch ein Vorteil, dass der (Stirn-)Messerkopf, der zum weichen Bearbeiten im Rahmen des Kreisbogen-Verzahnungsverfahrens eingesetzt wird, mit hohen Drehzahlen angetrieben werden kann. Ausserdem braucht ein solcher (Stirn-)Messerkopf keinen exzentrischen Antrieb.
Beim Anwenden des 2-teiligen Hybridverfahrens der Erfindung ist darauf zu achten, dass die Abweichungen, die es zwischen den Zahnflanken mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien und den anschliessend zu erzeugenden epizykloiden Flankenlängslinien nur geringe Abweichungen ergibt. Diese Abweichungen werden hier auch als Zykloidenabweichung bezeichnet.
Da die Kegelrad-Werkstücke nach der Vorbearbeitung im weichen Material einer Warmbehandlung unterzogen werden, können sich daraus leichte Veränderungen der Geometrie des vorverzahnten, gehärteten Kegelrad-Werkstücks ergeben (Verzüge genannt).
Der zweite Durchgang des Verfahrens der Erfindung sollte daher nicht nur in der Lage sein die Zykloidenabweichung am gehärteten Material des vorverzahnten Zahnrad-Werkstücks abzutragen, sondern auch die Verzüge zu beheben.
Bei dem kontinuierlich wälzenden Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahren kann beispielweise ein zweiteiliger Messerkopf als Schneidwerkzeug zum Einsatz kommen. Dieser zweiteilige Messerkopf umfasst, wie bereits erwähnt, zwei ineinander geschachtelte Messerkopfteile, von denen einer mehrere Innenmesser und der andere mehrere Außenmesser trägt. Außerdem kann jeder der Messerkopfteile sogenannte Mittelmesser tragen. Die Innenmesser dienen hier zum Fertigbearbeiten der konvexen Flanken und die Außenmesser dienen zum Fertigbearbeiten der konkaven Flanken des Kegelrad-Werkstücks.
Es gibt aber auch andere Schneidwerkzeuge (z.B. einteilige Messerköpfe), die im Rahmen des Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahrens der Erfindung eingesetzt werden können.
Eine Fabrikation, die z.B. über eine Zyklo-Palloid-Verzahnungsmaschine verfügt, braucht daher nur geeignete ARCON-(Stirn-) Messerköpfe sowie mindestens einen ein- oder zweiteiligen Zyklo-Palloid-Messerkopf.
Vorzugsweise kommt bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen ein Bornitritwerkzeug als Schneidwerkzeug für die Messer des Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahrens zum Einsatz, da diese Art von Werkzeugen sehr effizient sind und eine Epizykloid-Nachbearbeitung am vorverzahnten, gehärteten Kegelrad-Werkstück mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit ermöglichen.
Das Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahren unter Einsatz von Bornitritwerkzeugen ermöglicht ein Fertigverzahnen mit hoher Leistung und großer Präzision.
Die Hartfeinbearbeitung nach dem Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahren kann bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen auch als Trockenbearbeitung, d.h. ohne den Einsatz von Kühl- oder Schmiermittel, durchgeführt werden.
Vorzugsweise werden in einem vorbereitenden Verfahrensschritt Berechnungen vorgenommen, um die Auslegung des Kegelrades, das mit dem Hybrid-Verfahren der Erfindung erzeugt werden soll, vorzunehmen. Bei der Berechnung einer solchen Auslegung wird darauf geachtet, dass das Einzelteil-Weichverzahnen kreisbogenförmige Flankenlängslinie bereit stellt, die so nahe an dem Verlauf der später zu erzeugenden epizykloiden Flankenlängslinie liegen, dass die entsprechenden Zykloidenabweichungen mit dem Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahren schnell und effizient behoben werden können.
Durch den Einsatz der Erfindung können Zahnflanken mit qualitativ hochwertigen Oberflächen effizient und günstig gefertigt werden.
Als Ergebnis liefert der Einsatz der Erfindung spiralverzahnte Kegelräder mit hoher Genauigkeit und qualitativ hochwertigen Oberflächen.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

1A zeigt eine schematische Illustration eines Einzelteilverfahrens (z.B. ein Einzelteil- Completing-Verfahren) gemäß Stand der Technik, um die Grundlagen eines Einzelteilverfahrens beschreiben zu können ;
1B zeigt eine schematische Illustration eines kontinuierlich wälzenden Teilverfahrens (z.B. ein Zyklo-Palloid-Verfahren), gemäß Stand der Technik;
1C zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Bearbeitungsphase eines Semicompleting-Verfahrens, gemäß Stand der Technik, während dem Fertigverzahnen einer linken Flanke und dem gleichzeitigen Vorverzahnen einer rechten Flanke eines Kegelrad-Werkstücks;
1D zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Bearbeitungsphase, gemäß Stand der Technik, während dem Fertigverzahnen der rechten Flanke des Kegelrad-Werkstücks der 1C;
2 zeigt eine schematische Illustration eines Abschnitts eines Kegelrad-Werkstücks nach einem Kreisbogen-Verzahnungsverfahren gemäß Stand der Technik, wobei nur eine Zahnlücke mit den beiden kreisbogenförmigen Zahnflanken gezeigt ist;
3 zeigt eine schematische Illustration eines Abschnitts eines anderen Kegelrad-Werkstücks, das gemäß Stand der Technik nach einem Zyklo-Palloid-Verfahren vorverzahnt wurde, wobei nur eine Zahnlücke mit den beiden epizykloiden Zahnflanken und eine weitere Zahnflanke bei deren Erzeugung gezeigt sind;
4 zeigt eine schematische Illustration eines Abschnitts eines Kegelrad-Werkstücks nach dem Vorverzahnen gemäß Erfindung, wobei die Zahnlücken mit deren kreisbogenförmigen Zahnflanken weiss dargestellt sind und wobei an einer der Zahnlücken anhand von zwei strichlierten Epizykloiden der Verlauf der Zahnlängslinien nach dem Hartbearbeiten mittels eines Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahrens gezeigt sind;
5 zeigt eine schematische Illustration der beiden Messerkopfteile eines zweiteiligen Messerkopfes eines Drittanbieters, bevor sie ineinander gesteckt und mit Messergruppen bestückt werden;
6 zeigt eine schematische Illustration eines Abschnitts eines Zyklo-Palloid-Messerkopfes der Firma Klingelnberg, bei dem die beiden Messerkopfteile ineinander gesteckt und der Messerkopf mit Messergruppen bestückt ist;
7 zeigt eine schematische Draufsicht eines beispielhaften ARCON-Messerkopfes der Firma Klingelnberg, wobei abwechselnd Aussparungen für Aussenmesser und für Innenmesser zu erkennen sind;
8A-8C zeigen Details eines weiteren ARCON-Messerkopfes 20 der Firma Klingelnberg;
9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Verzahnungsmaschine, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann.

In 1A sind beispielhafte Grundlagen eines Einzelteilverfahrens (auch intermittierendes Teilverfahren, intermitted indexing process, single indexing process oder face milling genannt) gezeigt. Es handelt sich hier, um konkret zu sein, um ein Einzelteil- Completing-Verfahren.
Im Rahmen des ersten Durchgangs kommt ein Einzelteil-Semicompleting-Verfahren als Kreisbogen-Verzahnungsverfahren zum Einsatz.
Das Einzelteil- Completing-Verfahren ist in 1A schematisch dargestellt. Hierbei wird vereinfachend die gemeinsame Wälzbewegung von Kegelrad-Werkstück 11 und Messerkopf 20, welche um vieles langsamer erfolgt als die Drehung ω1 des Messerkopfs 20, nicht dargestellt. Es handelt sich bei der Darstellung quasi um eine Momentaufnahme des Wälzprozesses. Die Messer 21.a, 21.i des Messerkopfes 20 (z.B. Stabmesser eines Stabmesserkopfs 20) vollziehen eine kontinuierliche kreisbogenförmige Bewegung. Die Drehbewegung des Messerkopfs 20 (hier im Gegenuhrzeigersinn) ist durch einen mit ω1 bezeichneten Pfeil angedeutet. Zum Fertigen weiterer Zahnlücken wird der Messerkopf 20 zurückgezogen und das Kegelrad-Werkstück 11 um einen Teilungswinkel gedreht (Teilungsdrehung genannt). Das schrittweise Weiterdrehen (hier im Uhrzeigersinn) ist in 1A durch die Pfeile a, b und c angedeutet. Es wird somit immer eine Zahnlücke auf einmal gefertigt.
Bei dem einzeln teilenden Verzahnungsverfahren (Einzelteilverfahren), das im Rahmen des ersten Durchgangs zum Einsatz kommen, handelt es sich um ein Semicompleting-Verfahren. Als Semicompleting-Verfahren wird ein Ansatz bezeichnet, bei dem in einem ersten Schnitt sowohl rechte als auch linke Flanken von Zahnlücken bearbeitet, aber nur die Geometrien der rechten oder der linken Flanken fertig bearbeitet werden. Dann wird in einem zweiten Schnitt, nachdem die Maschineneinstellung verändert wurde, eine der beiden Flanken nachbearbeitet, um die gewünschte Lückenweite und Zahngeometrie zu erhalten. Dieses Prinzip ist in den 1C und 1D in stark schematisierter Form dargestellt.
Die 1C und 1D sind stark schematisiert und zeigen nur eine Zahnlücke 12 und den aktiven Bereich 26 eines Messers des Schneidwerkzeugs 20. Der aktive Bereich 26 des Messers umfasst hier eine Innenschneide 21.i und eine Aussenschneide 21.a. Hilfsweise sind folgende Linien eingezeichnet, um in den 1C und 1D die Relativlagen des Schneidwerkzeugs 20 und des Kegelrad-Werkstücks 11 erkennbar zu machen. ML stellt die Mittellinie des aktiven Bereichs 26 dar. Die gedachte Lückenmitte der fertigen Zahnlücke 12 ist durch die Linie LM angezeigt. Eine dicke, punktierte Linie zeigt in schematisierter Form diejenigen Abschnitte (Schneiden oder Schneidkanten) des aktiven Bereichs 26, die im gezeigten Moment Material am Werkstück 11 abtragen.
Es wird nun für einen ersten Schnitt eine erste Relativposition RP1 des Schneidwerkzeugs 20 in Bezug zum Kegelrad-Werkstück 11 angefahren (das geschieht durch das Vorgeben einer ersten Maschineneisteilung). Die erste Relativposition RP1 ist in 1C angedeutet (Die Mittellinie ML sitzt hier links von der gedachten Lückenmitte LM).
In der ersten Relativposition RP1 beginnt eine erste Bearbeitung einer Lücke 12 des Kegelrad-Werkstücks 11. Während der ersten Bearbeitungsphase werden entweder alle rechten Flanken 54 oder alle linken Flanken 53 des Kegelrad-Werkstücks 11 fertig bearbeitet und die jeweils anderen Flanken 53, 54 vorbearbeitet.
In 1C ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die linken Flanken während der ersten Bearbeitungsphase mit der Innenschneide 21.i fertig bearbeitet werden, wie durch das Bezugszeichen 53f (f steht für fertig) angedeutet. Die rechten Flanken werden hingegen mit der Außenschneide 21.a nur vorbearbeitet, wie durch das Bezugszeichen 54v (v steht für vorbearbeitet) angedeutet. Der Begriff „fertig“ bezieht sich lediglich auf die kreisbogenförmigen Zahnflanken.
Nun wird eine zweite Relativposition RP2 des Schneidwerkzeugs 20 in Bezug zum Kegelrad-Werkstück 11 angefahren (das geschieht durch das Vorgeben einer zweiten Maschineneistellung). Die zweite Relativposition RP2 ist in 1D angedeutet (Die Mittellinie ML sitzt hier rechts von der gedachten Lückenmitte LM).
In der zweiten Relativposition RP2 beginnt eine zweite Bearbeitungsphase des Kegelrad-Werkstücks 11. Während der zweiten Bearbeitungsphase werden diejenigen Flanken 53, 54 des Kegelrad-Werkstücks 11 fertig bearbeitet, die zuvor während der ersten Bearbeitungsphase nur vorbearbeitet wurden. Im gezeigten Beispiel werden während der zweiten Bearbeitungsphase die rechten Flanken mit den Außenschneiden 21.a fertig bearbeitet, wie durch das Bezugszeichen 54f (f steht für fertig) angedeutet. Die Innenschneiden 21.i werden hier nicht eingesetzt.
Das bereits erwähnte ARCON-Messerkopfsystem der Firma Klingelnberg stellt ein beispielhaftes Hochleistungs-Messerkopfsystem für das einzeln teilende Verzahnungsverfahren (Einzelteilverfahren) dar, das im Rahmen des ersten Durchgangs zum Einsatz kommen kann. Details eines solchen beispielhaften ARCON-Messerkopfsystems sind den 7 und 8A, 8B, 8C zu entnehmen.
Ein entsprechender ARCON^®-Messerkopf 20 trägt zum Beispiel mehrere Stabmessergruppen mit mindestens je einem Innenmesser 21.i und einem Aussenmesser 21.a pro Messergruppe. Eine Aussenschneide 21.a oder ein Aussenmesser 21.a entfernt Material von der konkaven Flanke 13k einer Zahnlücke 12 (siehe 2). Eine Innenschneide 21.i oder ein Innenmesser 21.i entfernt Material von der konvexen Flanke 13x einer Zahnlücke 12. Um einerseits die Aussenschneiden oder -messer 21.a zum Entfernen von Material der konkaven Flanke 13k einer Zahnlücke 12 einsetzen zu können, wird eine entsprechende Maschineneinstellung (hier erste Maschineneinstellung genannt) in einer Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 100 oder 200 vorgegeben. Um anderseits die Innenschneiden oder -messer 21.i zum Entfernen von Material der konvexen Flanke 13x dieser Zahnlücke 12 einsetzen zu können, wird eine andere Maschineneinstellung (hier zweite Maschineneinstellung genannt) in der Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 100 oder 200 vorgegeben. Die Verwendung der Worte „erste“ und „zweite“ soll keine Reihenfolge vorgeben.
Das Einzelteilverfahren, das im ersten Durchgang des Hybrid-Verfahrens der Erfindung zum Einsatz kommt und das mit zwei unterschiedlichen Maschineneinstellungen arbeitet, erzeugt konkave und konvexe Zahnflanken 13k, 13x mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien (siehe 2). Man kann das daran erkennen, dass die Schneidkanten der Innenmesser 21.i und der Aussenmesser 21.a um einen Drehpunkt 102 einer Werkzeugspindel angetrieben werden und somit einer Kreisbahn folgen.
Im zweiten Durchgang des Hybrid-Verfahrens der Erfindung kommt ein kontinuierlich teilendes Wälzverfahren (auch kontinuierliches Wälzfräsen, continuous indexing process, oder face hobbing genannt) zum Einsatz, das dazu ausgelegt ist an dem vorverzahnten Kegelrad-Werkstück 11 die kreisbogenförmigen Flankenlängslinien zu bearbeiten (zu überarbeiten), um erweitert-epizykloidische (auch verlängert-epizykloidisch genannt) Flankenlängslinien daraus zu fertigen. Details hierzu sind der 4 zu entnehmen.
Bei der Erzeugung der Epizykloide mit diesem kontinuierlich teilenden Wälzverfahren entspricht das Verhältnis von Zähnezahl zu Gangzahl des Messerkopfes (Anzahl der Messergruppen) dem Verhältnis vom Radius des Grundkreises G und dem Radius des Rollkreises R (siehe auch 1B). Man spricht von einer verlängerten Epizykloide, wenn der Messerkopfnennradius, auf dem die Schneiden der Messer 33 sitzen, größer als der Radius des Rollkreises R ist. Bei diesem kontinuierlich teilenden Wälzverfahren drehen sich sowohl der Messerkopf 30 als auch das vorverzahnte Kegelrad-Werkstück 11 in einem zeitlich aufeinander abgestimmten Bewegungsablauf. Dieser Teilbewegung von Kegelrad-Werkstück und Messerkopf ist beim wälzenden Verfahren noch die bekannte Wälzbewegung, bei der sich der Mittelpunkt des Messerkopfs 30 um die Planradachse und das Kegelrad-Werkstück 11 um seine Rotationsachse dreht, überlagert. Die Teilung erfolgt also kontinuierlich und alle Lücken werden quasi gleichzeitig erzeugt. Ein entsprechendes Beispiel ist in 1B schematisch dargestellt. Der Messerkopf 30 dreht sich hier kontinuierlich im Gegenuhrzeigersinn, während sich das Werkstück 11 im Uhrzeigersinn dreht. Die kontinuierliche Drehbewegung des Messerkopfs 30 ist durch einen mit ω2 bezeichneten Pfeil angedeutet und die kontinuierlich gekoppelte Drehbewegung des Werkstücks 11 (auch Erzeugerrad-Drehung genannt) ist durch einen mit ω3 bezeichneten Pfeil bezeichnet.
In 1B ist in rein schematischer Form zu erkennen, dass der Messerkopf 30 z.B. paarweise (gruppenweise) mit Innenmessern 33.i und Aussenmessern 33.a (z.B. mit Stabmessern mit Innenschneiden und Stabmessern mit Aussenschneiden) bestückt sein kann. Da im zweiten Durchgang des Hybridverfahrens auch andere Messertypen (z.B. Formmesser) zum Einsatz kommen können, ist hier generell nur von Innen- und Aussenschneiden 33.i, 33.a die Rede. Die Innen- und Aussenschneiden 33.i, 33.a sitzen hier auf Kreissegmenten der Teilebene S1, die in 6 angedeutet sind.
In 1B ist zu erkennen, dass der Rollkreis R des Messerkopfes 30 entlang des Grundkreises G des Kegelrad-Werkstücks 11 abrollt. M bezeichnet hier den Mittelpunkt des Messerkopfes 30 und Z1 bezeichnet den Flugkreisradius. Wenn man einen 2-teiligen Messerkopf 30 verwendet, wie beispielsweise in 6 gezeigt, dann ist zu beachten, dass es zwei Werkzeugspindeln und somit auch zwei Mittelpunkte Mi und Ma gibt.
Es kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung für den zweiten Durchgang ein Zyklo-Palloid-Verfahren mit einem zweiteiligen Messerkopf 30 als Schneidwerkzeug zum Einsatz kommen, wie beispielsweise in 5 oder 6 gezeigt.
Dieser zweiteilige Messerkopf 30 umfasst zwei ineinander geschachtelte Messerkopfteile 35, 36, von denen einer z.B. je ein Innenmesser 37.1 und ein inneres Mittelmesser 37.2 und der andere z.B. je ein Außenmesser 38.1 und ein äußeres Mittelmesser 38.2 trägt. Die Innenschneiden bzw. Innenmesser dienen zum Hartbearbeiten der vorverzahnten kreisbogenförmigen konvexen Flanken 13x und die Außenschneiden bzw. Aussenmesser dienen zum Hartbearbeiten der vorverzahnten kreisbogenförmigen konkaven Flanken 13k des Kegelrad-Werkstücks 11. Ein solcher zweiteiliger Messerkopf 30 erfordert eine Verzahnungsmaschine 200, die ein entsprechendes Getriebe zum zeitgleichen Drehantreiben der beiden ineinander geschachtelten Messerkopfteile 35, 36 ermöglicht. Beim Zyklo-Palloid-Verfahren sind die Messerkopfteile 35, 36 exzentrisch ineinander gelagert (siehe hierzu auch 6).
5 zeigt eine schematische Illustration der beiden Messerkopfteile 35, 36 eines Messerkopfes 30 eines Drittanbieters, bevor sie ineinander gesteckt und mit Messern bestückt werden. Das Innenteil (auch Innenmesserkopf genannt) 35 ist in 5 oberhalb des Außenteils (auch Außenmesserkopf genannt) 36 gezeigt.
Die Schneiden, die beim Zyklo-Palloid-Verfahren eingesetzt werden, sind in (Messer-)Gruppen zusammengefasst (eine solche Gruppe umfasst bei dem in 6 gezeigten Beispiel die Messer 37.1, 37.2, 38.1, 38.2) und sie sind auf einem kurzen Abschnitt eines Kreisbogens S1 am Messerkopf 30 angeordnet. Während sich beim Zyklo-Palloid-Verfahren der Messerkopf 30 und das Werkstück 11 kontinuierlich drehen, durchläuft jede weitere Messergruppe die nachfolgende Zahnlücke des zu bearbeitenden Werkstücks 11. Den konvexen und den konkaven Zahnflanken des Werkstücks 11 sind beim Zyklo-Palloid-Verfahren getrennte Schneiden zugeordnet. Diese getrennten Schneiden sind jedoch auf demselben Flugkreisradius angeordnet, wenn man von einer kleinen Differenz absieht, die notwendig sein kann, um eine Längsballigkeit erzeugen zu können. Diese Differenz ist in 1B nicht zu erkennen. In 6 ist die durch die Differenz der Flugkreisradien entstehende Exzentrizität Ex dargestellt.
Der Innenteil 35 ist an einer ersten Werkzeugspindel der Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 200 befestigt. Der Außenteil 36 ist an einer zweiten Werkzeugspindel der Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 200 befestigt (siehe auch 9). Die zweite Werkzeugspindel wird über eine Kupplung winkeltreu zur ersten Werkzeugspindel angetrieben. Die Winkeltreue ist wichtig, da der Folgewinkel zwischen den Messergruppen eine zentrale Bedeutung hat, um präzise Zahnflanken 14k, 14x fertigen zu können.
Die Rotationsachse der ersten Werkzeugspindel tritt am Mittelpunkt Mi durch die Zeichenebene hindurch. Die Rotationsache der zweiten Werkzeugspindel tritt am Mittelpunkt Ma durch die Zeichenebene hindurch. In 9 ist die Rotationsachse der ersten Werkzeugspindel als erste Werkzeugspindelachse 208 gezeigt. Die Rotationsache der zweiten Werkzeugspindel ist nicht gezeigt, da sie nahezu mit der Werkzeugspindelachse 208 zusammenfällt.
Wie man in 6 erkennen kann, sind die beiden Mittelpunkte Mi und Ma von einander beabstandet. Der entsprechende Abstand wird als (Balligkeits-) Exzentrizität Ex bezeichnet.
7 zeigt eine beispielhafte Draufsicht eines ARCON-Messerkopfes 20 der Firma Klingelnberg. Entlang eines Kreises N sind abwechselnd Aufnahmeöffnungen 29.i (auch Messernuten genannt) für Innenmesser 21.i und Aufnahmeöffnungen 29.a für Aussenmesser 21.a angeordnet. Der gezeigte Messerkopf kann insgesamt mit acht Innenmessern 21.i und acht Aussenmessern 21.a bestückt werden.
Die 8A, 8B und 8C zeigen Details eines weiteren ARCON-Messerkopfes 20 der Firma Klingelnberg.
Der gezeigte Messerkopf 20 umfasst einen Grundkörper 22 zur Aufnahme von Stabmessern 23. Eines der Stabmesser 23 ist gezeigt. Hierbei handelt es sich um ein Stabmesser 23 mit zwei Hauptschneiden (24.a und 24.i), jeweils für die konkave und konvexe Zahnflanke. Jedes der Stabmesser 23 hat eine positive Spitzenweite, die der Kopfbreite des Messers 23 entspricht (siehe 8B). Der Grundkörper 22 samt den Stabmessern 23 dreht sich um eine Rotationsachse R1 der Werkzeugspindel. Jedes Stabmesser 23 hat einen Schaft 25 und einen aktiven (Schneid-) Bereich 26 (siehe 8A).
Folgende weitere Details sind in den 8A, 8B und 8C gezeigt: die Messernuten 29.i, 29.a, die zur Aufnahme der Stabmesser 23 im Grundkörper 22 dienen, sind geneigt; die Spanfläche ist mit 27 bezeichnet (die Spanwinkel sind in diesem Beispiel für beide Seiten 0 Grad); die 28 bezeichnet die Kopffreifläche;
28.i ist die erste Freifläche und 28.a die zweite Freifläche; 16 ist die Kopfschneide; 24.i ist die erste Schneide (zum Schneiden der konvexen Flanke) und 24.a die zweite Schneide (zum Schneiden der konkaven Flanke).
Beim Fertigen der Verzahnung ins volle Material, schneiden bei einem ersten Schnitt mit der ersten Maschineneinstellung bei einem Messerkopf 20 mit Innenschneiden bzw. Innenmessern 21.i und Aussenschneiden bzw. Aussenmessern 21.a beide Schneiden bzw. Messer. Wobei je nach gewählter Maschineneinstellung als erstes die vorgegebene Geometrie der konkaven oder der konvexen Zahnflanke fertig gestellt wird. In einem nächsten Schnitt erfolgt nach Verstellen der Maschineneinstellungen auf die jeweils konvexe oder konkave Zahnflanke deren Fertigung. Hierbei schneidet dann nur noch eine Schneide des Profils bzw. der Messergruppe, die andere bewegt sich in der schon vorhandenen Lücke. Dieses Prinzip wurde bereits im Zusammenhang mit den 1C und 1D beschrieben.
In 2 ist beispielhaft und schematisch das Resultat des Verzahnens mittels eines Arcoflex-Verfahrens gezeigt, bei dem an einem Kegelrad-Werkstück 11 (von dem nur ein Segment gezeigt ist) eine Zahnlücke 12 im Einzelteil-Verfahren erzeugt wurde. Die gezeigte Zahnlücke 12 wird rechts von einer konkaven Zahnflanke 13k und links von einer konvexen Zahnflanke 13x begrenzt. Diese beiden Zahnflanken 13k, 13x haben je eine kreisbogenförmige Flankenlängslinie. Um die Kreisbogenform z.B. der konvexen Zahnflanke 13x zeigen zu können, ist ein entsprechender Hilfskreis HK mit Radius r_HK gezeigt. M1 ist der Mittelpunkt dieses Hilfskreises HK. Die Rotationsachse des Kegelrad-Werkstücks 11 durchdringt die Zeichenebene an dem mit 102 bezeichneten Schnittpunkt.
In 3 ist beispielhaft und schematisch das Resultat des Verzahnens mittels eines Zyklo-Palloid-Verfahrens gezeigt, bei dem an einem anderen Kegelrad-Werkstück 11 (von dem nur ein Segment gezeigt ist) eine Zahnlücke 12 im kontinuierlich teilenden Wälzverfahren mittels eines ein- oder zweiteiligen Messerkopfes 30 (nicht gezeigt) erzeugt wurde. Die gezeigte Zahnlücke 12 wird rechts von einer konkaven Zahnflanke 14k und links von einer konvexen Zahnflanke 14x begrenzt. Diese beiden Zahnflanken 14k, 14x haben je eine epizykloide Flankenlängslinie. Weiterhin ist ein kleiner Rollkreis R gezeigt, der entlang eines Grundkreises G abrollt und dabei um seinen Mittelpunkt M2 rotiert. Eine Epizykloide 16 ist in 3 strichliert dargestellt.
Das Hybrid-Verfahren der Erfindung basiert auf zwei Bearbeitungsdurchläufen. Im ersten Durchlauf werden in einem Einzelteil-Semicompleting-Verfahren (Kreisbogen-Verzahnungsverfahren) Zahnflanken 13k, 13x mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien erzeugt. In 4 sind die beiden kreisbogenförmigen Zahnflanken einer Zahnlücke 12 mit den Bezugszeichen 13k, 13x bezeichnet. Die Zahnlücken 12 sind weiss dargestellt und das Material des Kegelrad-Werkstücks 11 im Bereich der Zähne 15 ist mit einem Muster versehen, um die Zähne 15 optisch leicht hervorheben zu können. Gemäß Erfindung folgt nach dem ersten Durchlauf der zweite Durchlauf. Im zweiten Durchlauf werden in einem kontinuierlich teilenden Wälzverfahren (Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahren) Zahnflanken 14k, 14x mit epizykloiden Flankenlängslinien erzeugt. Der Verlauf der epizykloiden Flankenlängslinien ist an einer Zahnlücke 12 durch strichlierte Abschnitte der entsprechenden Epizykloiden gezeigt. Es ist zu beachten, dass die beiden Epizykloiden jeweils im Material der Zähne 15 verlaufen. D.h. die kreisbogenförmigen Flankenlängslinien der Flanken 13k, 13x wurden bewusst so ausgelegt und erzeugt, dass ein geringes Aufmass (Zykloidenabweichung genannt) nach dem ersten Durchlauf auf den Zahnflanken 13k, 13x stehen geblieben ist. Dieses Aufmass sollte nicht zu gross sein, da das kontinuierlich teilende Wälzverfahren, das im zweiten Durchlauf zur Anwendung kommt, weniger produktiv ist als das Verfahren des ersten Durchlaufs.
Dadurch, dass nur ein geringes Aufmass stehen geblieben ist, wird es beim zweiten Durchlauf möglich mit einem geringen Materialabtrag an beiden Flanken 13k, 13x die Kreisbogenform in Epizykloiden umzuwandeln. Die epizykloiden Zahnflanken sind in 4 mit den Bezugszeichen 14k, 14x versehen.
Das Beispiel einer zweiten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 200 der Firma Klingelnberg ist in 9 gezeigt.
In 9 ist der Grundaufbau einer Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 200 zum Epizykloid-Nachbearbeiten des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks 11 gezeigt. In 9 wird ein Kegelradritzel als Kegelrad-Werkstück 11 mit einem 2-teiligen Zyklo-Palloid^®-Messerkopf 30 bearbeitet.
Eine solche Maschine 200 kann erfindungsgemäss ausgelegt oder umgerüstet werden, um das erste Verfahren und/oder das zweite Verfahren der Erfindung durchführen zu können. Im gezeigten Moment ist die Maschine 200 speziell für die Durchführung des Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahrens eingerichtet.
Die Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 200 kann wie folgt aufgebaut sein. Auf einem Maschinenbett 201 ist ein Maschinengehäuse 202 entlang einer geraden Koordinatenachse X (1. Achse) horizontal und linear geführt. Ein erster Schlitten 203 ist auf einer Führung 204, die an einer Seitenfläche des Maschinengehäuses 202 angebracht ist, entlang einer geraden Koordinatenachse Z (2. Achse) mittels eines Spindeltriebs 205 in der Höhe verfahrbar. Auf dem Maschinenbett 201 ist ein Werkstückspindelträger 206 mit einem zweiten Schlitten 207 entlang einer geraden Koordinatenachse Y (3. Achse), die zur X-Achse rechtwinkelig ist, horizontal und linear geführt. Der Schlitten 207 umfasst eine Schwenkvorrichtung mit vertikaler Achse C (4. Achse). Die Führung 204 des ersten Schlittens 203 und die Z-Achse sind gegen die Vertikale geneigt.
Der erste Schlitten 203 trägt eine um eine erste Werkzeugspindelachse 17 (5. Achse) drehbar gelagerte erste Werkzeugspindel. Ausserdem ist eine zweite Werkzeugspindel um eine zweite Werkzeugspindelachse (6. Achse) drehbar gelagert. Entsprechende Maschinen 200 sind seit langem im Markt erhältlich. Details dieser beiden ineinander geschachtelten Werkzeugspindeln sind hier nicht zu erkennen, aber dem Fachmann bekannt.
Jede der Werkzeugspindeln trägt je ein Werkzeug 35, 36 (siehe 6). Hier ist beispielshalber ein 2-teiliger Zyklo-Palloid-Messerkopf 30 gezeigt, der paarweise mit Messern bestückt ist.
Durch den zweiten Schlitten 207 und durch die Schwenkvorrichtung des Werkstückspindelträgers 206 ist eine Werkstückspindel 209 auf dem Maschinenbett 201 horizontal geführt und linear verschiebbar bzw. schwenkbar. Die Schenkvorrichtung trägt die Werkstückspindel 209, die um eine Werkstückspindelachse 210 (7. Achse) drehbar ist. Die Werkstückspindel 210 trägt ein Kegelrad-Werkstück 11, im vorliegenden Beispiel ein Kegelradritzel. Die Schwenkvorrichtung ist um die C-Achse horizontal geführt schwenkbar.
Vorzugsweise umfasst die Maschine 100 und/oder 200 eine CNC-Steuerung oder, um die Bewegungsabläufe des Hybrid-Verfahrens der Erfindung zu kontrollieren.
Falls die Maschine 200 auch zum Durchführen des Kreisbogen-Verzahnungsverfahrens eingesetzt werden soll, so wird der erste Messerkopf 20 an einer der beiden Werkzeugspindeln der Maschine 200 befestigt. Statt des Messerkopfes 30 wird dann also ein Messerkopf 20 (z.B. ein ARCON-Messerkopf) in der Maschine 200 montiert.
Vorzugsweise kommt für das Durchführen des Kreisbogen-Verzahnungsverfahrens eine erste Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 100 zum Einsatz, die 5 oder 6 CNC-gesteuerte Achsen aufweist. Eine beispielhafte Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 100 ist in 9 gezeigt.
Vorzugsweise kommt für das Durchführen des Epizykloid-Nachbearbeitungsverfahrens eine zweite Mehrachs-Bearbeitungsmaschine 200 zum Einsatz, die 6 oder 7 CNC-gesteuerte Achsen aufweist (wie z.B. in 9 gezeigt).
Analoge Beispiele lassen sich für Messerkopfsysteme und/oder Maschinen anderer Hersteller machen.
Bezugszeichenliste

11: Kegelrad/Kegelrad-Werkstück
12: Zahnlücke
13k: konkave Zahnflanke
13x: konvexe Zahnflanke
14k: konkave Zahnflanke
14x: konvexe Zahnflanke
15: Zahn
16: Epizykloide
20: (erster) Messerkopf/ Schneidwerkzeug / Stabmesserkopf / Stirnmesserkopf
21: Messer / Stabmesser
21.i: Innenschneide / Innenmesser
21.a: Außenschneide / Aussenmesser
22: Grundkörper
23: Stabmesser
25: Schaft
26: aktiver Bereich
27: Spanfläche
28: Kopffreifläche
28.a, 28.i: Freiflächen
29.i, 29.a: Aufnahmeöffnung/Messernut
30: Werkzeug / Messerkopf
33.a: Aussenmesser/Aussenschneiden
33.i: Innenmesser/Innenschneiden
35: Innenteil / Innenmesserkopf
36: Außenteil / Außenmesserkopf
37.1, 37.2: Innenmesser
38.1, 38.2: Außenmesser
53: linke Flanken
53f: fertig bearbeitete linke Flanke
54: rechte Flanken
54f: fertig bearbeitete rechte Flanke
100: erste Mehrachs-Bearbeitungsmaschine
102: Drehpunkt der Werkzeugspindel/Schnittpunkt
200: zweite Mehrachs-Bearbeitungsmaschine
201: Maschinenbett
202: Maschinengehäuse
203: erster Schlitten
204: Führung
205: Spindelantrieb
206: Werkstückspindelträger
207: zweiter Schlitten
208: erste Werkzeugspindelachse
209: Werkstückspindel
210: Werkstückspindelachse
a, b, c: Pfeile (Teilungsdrehung)
C: Schwenkachse
Ex: Exzentrizität
G: Grundkreis
HK: Hilfskreis
LM: Lückenmitte
M: Mittelpunkt
M1: Mittelpunkt
Ma: Mittelpunkt
Mi: Mittelpunkt
M2: Mittelpunkt
ML: Mittellinie
N: Kreis
R: Rollkreis
R1: Rotationsachse
rHK: Radius des Hilfskreises
RP1: erste Relativposition
S1: Kreissegmente
ω1: Drehbewegung des Werkzeugs
ω2: Drehbewegung des Werkzeugs
ω3: Drehbewegung (Erzeugerrad-Drehung)
Z1: Flugkreisradius
X, Y, Z: Koordinatenachsen

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines Kegelrad-Werkstücks (11) mit den Schritten: - Befestigen eines Kegelrad-Werkstücks (11) an einer ersten Werkstückspindel einer ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine (100), - Befestigen eines ersten Messerkopfes (20), der mindestens eine Innenschneide (21.i, 24.i) und mindestens eine Außenschneide (21.a, 24.a) umfasst, an einer Werkzeugspindel der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine (100), - kontinuierliches Drehantreiben des ersten Messerkopfes (20), - Durchführen eines einzelteilenden Bearbeitungsverfahrens, um das Kegelrad-Werkstück (11) vorzuverzahnen, - Entnehmen des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks (11) aus der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine (100), - Durchführen einer Warmbehandlung des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks (11), - Befestigen des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks (11) an einer Werkstückspindel einer zweiten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine (200) oder an einer Werkstückspindel der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine (100), - Befestigen eines zweiten Messerkopfes (30), der gruppenweise angeordnete Innenschneiden (33.i) und Außenschneiden (33.a) umfasst, in der ersten oder zweiten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine (100, 200), - kontinuierliches Drehantreiben des vorverzahnten Kegelrad-Werkstücks (11), - gekoppeltes, kontinuierliches Drehantreiben des zweiten Messerkopfes (30), - Durchführen eines kontinuierlich teilenden Bearbeitungsverfahrens, um die konkaven Zahnflanken (13k) und die konvexen Zahnflanken (13x) des Kegelrad-Werkstücks (11) nachzubearbeiten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des einzelteilenden Bearbeitungsverfahrens Relativbewegungen des ersten Messerkopfes (20) relativ zum Kegelrad-Werkstück (11) ausgeführt werden, um konkave Zahnflanken (13k) mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien und konvexe Zahnflanken (13x) mit kreisbogenförmigen Flankenlängslinien zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegungen eine gemeinsame Wälzbewegung des Kegelrad-Werkstücks (11) und des ersten Messerkopfes (20) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des einzelteilenden Bearbeitungsverfahrens mit zwei unterschiedlichen Maschineneinstellungen der ersten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine (100) gearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des kontinuierlich teilenden Bearbeitungsverfahrens Relativbewegungen des zweiten Messerkopfes (30) relativ zum vorverzahnten Kegelrad-Werkstück (11) durchgeführt werden, um das Zahnrad-Werkstück (11) hart zu bearbeiten.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des kontinuierlich teilenden Bearbeitungsverfahrens mit einer weiteren Maschineneinstellung der ersten oder der zweiten Mehrachs-Bearbeitungsmaschine (100, 200) gearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des kontinuierlich teilenden Bearbeitungsverfahrens die kreisbogenförmigen Flankenlängslinien durch Materialabtrag an den Zahnflanken (13k, 13x) in Zahnflanken (14k, 14x) mit epizykloidischen Flankenlängslinien nachgearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Messerkopf (20) ein Stirnmesserkopf zum Einsatz kommt, der mit mindestens einem Stabmesser (21.a), das die Außenschneide umfasst, und mit mindestens einem Stabmesser (21.i), das die Innenschneide umfasst, bestückt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter Messerkopf (30) ein Messerkopf zum Einsatz kommt, der mit mindestens einem Stab- oder Formmesser mit einer Außenschneide (33.a) und mit mindestens einem Stab- oder Formmesser mit einer Innenschneide (33.i) bestückt ist.