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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verzahnen von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bei der Fertigung von Zahnrädern oder verzahnten Bauteilen wird dem Bearbeitungsbereich des Werkzeuges je nach Verfahren Kühlschmierstoff zugeführt, um eine Schädigung des Werkzeugs oder des Werkstücks, zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Weiterhin wird der Kühlschmierstoff genutzt, um den Werkzeugverschleiß zu verringern. Das zu bearbeitende Werkstück ist in einer Spannvorrichtung eingespannt. Der Kühlschmierstoff gelangt teilweise an die Stirnseite der Verzahnung bzw. an die Spannvorrichtung. Dies hat zur Folge, dass ein erheblicher Teil des Kühlschmierstoffes gar nicht an den Bearbeitungsbereich des Werkzeuges gelangt. Dadurch ist eine ausreichende Kühlschmierung des Bearbeitungsbereiches nicht zwangsweise sichergestellt, und es kann zu einer Schädigung kommen. Hinzu kommt, dass sich die Position des Werkzeuges relativ zum Werkstück während des Bearbeitungsvorganges ändert, was zusätzlich dazu führt, dass ein Teil des zugeführten Kühlschmierstoffes nicht an den Bearbeitungsbereich gelangt. Darum wird in der Praxis mehr Kühlschmierstoff verwendet, als zur eigentlichen Kühlung und Schmierung der Zerspanstelle beim Verzahnen notwendig wäre. Dies führt zu einem entsprechend hohen Platzbedarf der Kühlschmierstoffanlage, da einerseits ausreichend Kühlschmierstoff bereitgestellt werden muss und andererseits das hohe Volumen des Kühlschmierstoffs aufbereitet und temperiert werden muss. Auch ist eine entsprechend starke Pumpe erforderlich, um den Kühlschmierstoff zu fördern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einrichtung so auszubilden, dass eine zuverlässige Kühlschmierung des Werkstückes während des Verzahnens bei geringem Verbrauch an Kühlschmierstoff möglich ist.
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Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Einrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der Kühlschmierstoff während des Verzahnens mittels des Führungskanales zuverlässig zum Bearbeitungsbereich geführt. Dadurch ist sichergestellt, dass am Bearbeitungsbereich ausreichend Kühlschmierstoff zur Verfügung steht, so dass der Werkzeugverschleiß sowie das Risiko einer Schädigung des Werkstücks oder des Werkzeugs vermindert wird. Aufgrund der gezielten Zuführung des Kühlschmierstoffes an den Bearbeitungsbereich ist eine geringere Menge an Kühlschmierstoff erforderlich, so dass ein entsprechend kleinerer Tank sowie auch eine kleinere Pumpe für die Kühlschmierstoffanlage notwendig sein können. Durch den Führungskanal wird vermieden, dass der Kühlschmierstoff unkontrolliert an die Stirnseite der Verzahnung oder der Spannvorrichtung gelangt. Auch wenn sich die Lage des Werkzeuges während des Schleifprozesses relativ zum Werkstück ändert, ist durch den Führungskanal sichergestellt, dass der Kühlschmierstoff stets in ausreichender Menge dem Bearbeitungsbereich des Werkzeuges zugeführt wird. Die kanalförmige Ausbildung sorgt dafür, dass der Kühlschmierstoff durch die Seitenwände des Zuführkanales stets gelenkt dem Bearbeitungsbereich zugeführt wird, unabhängig davon, wo der Kühlschmierstoff in den Führungskanal gelangt.
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Um eine sichere Versorgung des Bearbeitungsbereiches mit Kühlschmierstoff während des Schleifprozesses zu gewährleisten, sitzt das Leitelement direkt auf dem Werkstück. Dadurch befindet sich zwischen dem Werkstück und dem Leitelement keine Lücke, durch welche der Kühlschmierstoff abgeleitet werden könnte.
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Je nach Zuführung des Kühlschmierstoffs kann das Leitelement auch unterhalb des Werkstückes angeordnet sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Leitelement zumindest etwa kreisförmigen Querschnitt auf.
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Vorteilhaft ist der Führungskanal so vorgesehen, dass er den Kühlschmierstoff vom Aufbringort aus zum Bearbeitungsbereich am Werkstück leitet.
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Das Leitelement hat vorteilhaft im Anlagebereich am Werkstück zumindest annähernd gleichen Durchmesser wie das Werkstück. Dadurch ist ein einwandfreier Übergang von dem Führungskanal zur Lücke des Werkstückes sichergestellt.
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Der Führungskanal ist vorteilhaft am Umfang des Leitelementes vorgesehen. Dadurch kann der Führungskanal in einfacher Weise am Leitelement vorgesehen werden.
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Eine zuverlässige Führung des Kühlschmierstoffes wird in vorteilhafter Weise erreicht, wenn sich der Führungskanal von einer Unterseite bis zu einer Oberseite des Leitelementes erstreckt.
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Grundsätzlich kann der Führungskanal sich nur über einen Teil der Höhe des Leitelementes erstrecken, wobei der Führungskanal nicht bis zur Ober- oder Unterseite des Leitelementes verlaufen muss.
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Um den Kühlschmierstoff in einfacher Weise und zuverlässig dem Bearbeitungsbereich zuführen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Umfangsfläche des Leitelementes, im Axialschnitt gesehen, gekrümmt verläuft.
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Die Umfangsfläche des Leitelementes kann beispielsweise auch schräg zur Achse des Leitelementes verlaufen, im Axialschnitt gesehen.
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Auch der Führungskanal ist in vorteilhafter Weise, im Axialschnitt gesehen, gekrümmt verlaufend ausgebildet, um den Kühlschmierstoff einwandfrei zum Bearbeitungsbereich zu lenken.
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Der Führungskanal kann, im Axialschnitt gesehen, auch einen anderen Verlauf haben, beispielsweise geneigt zur Achse des Leitelementes verlaufen. Wesentlich ist, dass der Kühlschmierstoff zuverlässig dem Bearbeitungsbereich am Werkstück zugeführt wird.
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Für eine zuverlässige Zuführung des Kühlschmierstoffes an den Bearbeitungsbereich ist es von Vorteil, wenn der Durchmesser des Leitelementes bzw. des Führungskanals in Richtung auf die Oberseite des Leitelementes zunimmt. Dementsprechend vergrößert sich auch der radiale Abstand zwischen dem Führungskanal und der Achse des Leitelementes.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Durchmesser des Leitelementes bzw. der radiale Abstand des Führungskanals von der Achse des Leitelementes von der Unterseite des Leitelementes aus zunimmt, vorzugsweise stetig zunimmt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung übergreift das Leitelement das Werkzeug teilweise.
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Die Lenkung des Kühlschmierstoffes kann dadurch verbessert werden, dass zwischen dem Werkzeug und dem Leitelement ein vom Werkstück aus sich erstreckender Führungsraum für den Kühlschmierstoff gebildet ist, quer zur Achse des Leitelementes gesehen.
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Dieser Führungsraum verjüngt sich bei einer vorteilhaften Ausgestaltung in Richtung auf das Werkstück sichelförmig. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kühlschmierstoff in ausreichendem Maße und in ausreichend langer Zeit am Bearbeitungsbereich zur Verfügung steht und über den Führungsraum zuverlässig zugeführt werden kann.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Leitelement nach Art eines Werkstückes ausgebildet. Hierbei ist vorteilhaft die Zahl der Führungskanäle des Leitelementes gleich der Zahl der Lücken des Werkstückes. Dadurch steht jeder Lücke jeweils ein Führungskanal zur Verfügung.
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Es ist grundsätzlich aber auch möglich, dass das Leitelement beispielsweise nur einen einzigen Führungskanal aufweist, der entsprechend dem Fortschritt des Schleifvorganges am Werkstück weitergetaktet wird, wenn das Werkzeug in die jeweils nächste Lücke des Werkstückes eingreift.
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Das Werkzeug kann beispielsweise eine Schleifscheibe, eine Schleifschnecke, ein Profilfräser, ein Wälzfräser und dgl. sein.
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Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung wird anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
- 1 in perspektivischer Darstellung die Bearbeitung eines Zahnrades mittels einer Schleifscheibe als Werkzeug,
- 2 in perspektivischer Darstellung die Bearbeitung eines Zahnrades mittels einer Schleifschnecke als Werkzeug,
- 3 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß 2.
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1 zeigt in schematischer Darstellung die Herstellung eines Zahnrades 1 mittels einer Schleifscheibe 2 als Werkzeug. Das Zahnrad 1 hat beispielhaft eine Geradverzahnung 3 und wird in bekannter Weise auf einer Spannvorrichtung 4 festgespannt. Die Spannvorrichtung 4 ist um ihre Achse 5 drehbar. Hierzu wird die Spannvorrichtung 4 mittels eines entsprechenden Drehantriebes in Drehung versetzt.
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Mit der Schleifscheibe 2 wird ein Verzahnungsschleifen durchgeführt, bei dem die Schleifscheibe 2 beispielsweise parallel zur Drehachse 5 des Zahnrades 1 bzw. der Spannvorrichtung 4 bewegt wird. Die Vorschubbewegung 6 der Schleifscheibe 2 liegt senkrecht zur Drehachse 7 der Schleifscheibe 2.
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Je nach zu fertigender Verzahnungsgeometrie kann die Vorschubbewegung der Schleifscheibe 2 auch nicht parallel zur Drehachse 5 erfolgen.
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Die Schleifscheibe 2 ist am Umfang in bekannter Weise derart profiliert, dass die Zähne in gewünschtem Maße geschliffen werden können.
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Während des Schleifvorganges dreht die Schleifscheibe 2 um ihre Achse und wird in Vorschubrichtung 6 bewegt.
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Der Schleifscheibe 2 wird in bekannter Weise ein Kühlschmierstoff zugeführt (Pfeil 8 in 3). Damit der Kühlschmierstoff zuverlässig an die Zerspanstelle bzw. an den Bearbeitungsbereich 17 (3) gelangt, ist auf das Zahnrad 1 ein Leitelement 9 aufgesetzt. Damit liegt das Zahnrad 1 zwischen der Spannvorrichtung 4 und dem Leitelement 9. Es dient dazu, den Kühlschmierstoff so zu führen, dass er zum Bearbeitungsbereich 17 gelangt. Dadurch wird das Schleifbrandrisiko durch eine unzureichende Kühlschmierstoffversorgung vermindert, weil zumindest der größte Teil des Kühlschmierstoffes an den Bearbeitungsbereich gelangt. Auf diese Weise kann die Menge an Kühlschmierstoff, die für den Schleifprozess erforderlich ist, gering gehalten werden. Außerdem wird der Kühlschmierstoff durch das Leitelement 9 in die Führungskanäle 13 gelenkt, die ein Abprallen des Kühlschmierstoffes auf der Stirnseite der Verzahnung 3 verhindern.
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Das Leitelement 9 hat eine ebene Unterseite 10, mit der es auf der Oberseite des Zahnrades 1 flächig aufliegt. Das Leitelement 9 ist außerdem mit einer Oberseite 11 versehen, die vorteilhaft eben ist.
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Die beiden Seiten 10, 11 können je nach Zahnradgrundkörper auch eine andere Form aufweisen. Außerdem muss das Leitelement 9 nicht auf dem Zahnrad 1 aufliegen.
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Damit der Kühlschmierstoff in gewünschtem Maße geführt wird, ist das Leitelement 9 so ausgebildet, dass es im Bereich der Unterseite 10 den kleinsten und im Bereich der Oberseite 11 den größten Durchmesser hat.
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Im Bereich der Unterseite 10 hat das Leitelement 9 annähernd gleichen Außendurchmesser wie das Zahnrad 1.
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Wie 3 zeigt, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform das Leitelement 9 so ausgebildet, dass sein Durchmesser von der Unterseite 10 bis zur Oberseite 11 stetig zunimmt. Das Leitelement 9 weist darum im Querschnitt eine gekrümmte Umfangsfläche 12 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel konstanten Krümmungsradius hat.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Leitelement 9 ein massiver Leitkörper, der an seinem Umfang 12 nebeneinander liegende Führungskanäle 13 aufweist, die sich zwischen der Unterseite 10 und der Oberseite 11 des Leitelementes 9 erstrecken. Die Führungskanäle 13 sind gleich ausgebildet und liegen mit gleichem Abstand in Umfangsrichtung des Leitelementes 9 hintereinander.
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Wie aus 2 hervorgeht, sind benachbarte Führungskanäle 13 durch Zähne 14 voneinander getrennt, die vorteilhaft gleiche, zumindest aber angenähert gleiche Form wie die Zähne 15 des Zahnrades 1 haben.
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Da das Leitelement 9 an der Unterseite 10 gleichen oder zumindest annähernd gleichen Außendurchmesser wie das Zahnrad 1 hat, bilden die Zähne 14 des Leitelementes 9 in Achsrichtung des Zahnrades 1 eine zumindest angenähert stetige Fortsetzung der Zähne 15 des Zahnrades 1. Auch die Führungskanäle 13 des Leitelementes 9 sind in ihrer Formgestaltung an die Lücken 16 des Zahnrades 1 angepasst. Dadurch bilden die Zähne 14 des Leitelementes 9 nicht nur in Umfangsrichtung, sondern auch in Radialrichtung eine zumindest angenäherte stetige Fortsetzung der Zähne 15 des Zahnrades 1.
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Die Krümmung der Umfangsfläche 12 des Leitelementes 9 ist an die Umrissform der Schleifscheibe 2 so angepasst, dass Kollisionen zwischen der Schleifscheibe 1 und dem Leitelement 9 während des Schleifvorganges vermieden werden.
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Der Kühlschmierstoff wird durch den jeweiligen Führungskanal 13 zum Bearbeitungsbereich 17 der Schleifscheibe 1 geführt. Die Schleifscheibe 2 greift während des Schleifvorganges in die Lücken 16 des Zahnrades 1 ein und schleift in bekannter Weise die Zähne 15. Da die Führungskanäle 13 des Leitelementes 9 an die Zahnform des Zahnrades 1 angepasst sind, wird der Kühlschmierstoff durch die Führungskanäle 13 gezielt geführt.
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Jeder Führungskanal 13 wird durch die Seitenflanken 21 benachbarter Zähne 14 begrenzt (2). Die Seitenflanken 21 führen den Kühlschmierstoff zuverlässig in Längsrichtung des Führungskanales 13.
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Der Kühlschmierstoff wird im jeweiligen Führungskanal 13 über die Schleifscheibe 2 hinweg dem Bearbeitungsbereich 1 gezielt zugeführt. Der Kühlschmierstoff tritt unterhalb des Bearbeitungsbereiches 17 aus dem Führungskanal 13 aus.
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Wie 3 zeigt, übergreift das Leitelement 9 aufgrund der Krümmung seiner Umfangsfläche 12 die Schleifscheibe 2. Zwischen der Schleifscheibe 2 und dem Leitelement 9 wird, quer zur Drehachse 5 gesehen (3), ein sichelförmiger Raum 20 gebildet, der sich in Richtung auf den Bearbeitungsbereich 17 verengt.
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Anstelle der Schleifscheibe 2 kann als Werkzeug beispielsweise auch eine Schleifschnecke 18 eingesetzt werden, wie sie in den 2 und 3 dargestellt ist. Ihre Drehachse 19 liegt unter einem Winkel zur Drehachse 5 des Zahnrades 1.
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Mit der Schleifschnecke 18 können die Zahnräder 1 im Wälzschleifverfahren in bekannter Weise bearbeitet werden. Das Leitelement 9 ist in gleicher Weise ausgebildet wie beim Einsatz mit einer Schleifscheibe 2, mit der ein Profilschleifen durchgeführt wird. Während des Wälzschleifvorganges drehen die Schleifschnecke 18 und das Zahnrad 1 um ihre jeweiligen Achsen 19, 5.
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Der Kühlschmierstoff wird in der beschriebenen Weise durch die Führungskanäle 13 des Leitelementes 9 so gelenkt, dass der Kühlschmierstoff-Strahl 8 vom Leitelement 9 weg über die Schleifschnecke 18 gelenkt wird.
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Das Leitelement 9 ist in diesem Beispiel drehfest mit dem zu bearbeitenden Zahnrad 1 gekoppelt, so dass die Zuordnung der Führungskanäle 13 zu den Lücken 16 des Zahnrades 1 während des Bearbeitungsprozesses gewährleistet ist.
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Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform hat das Leitelement 9 eine der Zahl der Lücken 16 des Zahnrades 1 entsprechende Zahl von Führungskanälen 13. Dadurch ist sichergestellt, dass die Bearbeitung des Zahnrades 1 einfach und innerhalb kurzer Zeit möglich ist.
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Wird als Werkzeug die Schleifscheibe 2 eingesetzt, dann greift diese während des Schleifprozesses stets in nur eine Lücke 16 des Zahnrades 1 ein. Dann kann das Leitelement 9 beispielhaft so ausgestaltet sein, dass es nur einen einzigen Führungskanal 13 aufweist. Bei einer solchen Ausbildung ist das Zahnrad 1 gegenüber dem Leitelement 9 um die Achse 5 drehbar. Das Leitelement 9 bleibt dadurch während der Bearbeitung des Zahnrades 1 stehen, während das Zahnrad 1 jeweils um eine Lücke 16 weitergedreht wird. In diesem Falle ist ebenfalls sichergestellt, dass der Kühlschmierstoff durch den Führungskanal 13 zum Bearbeitungsbereich 17 geführt und der Kühlschmierstoff-Strahl 8 in der beschriebenen Weise beim Eintritt in den Führungskanal 13 so gelenkt wird, dass er vom Leitelement 9 über die Schleifscheibe 2 hinweg zum Bearbeitungsbereich 17 gelenkt wird.
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Die Krümmung der Umfangsfläche 12 des Leitelementes 9 stellt sicher, dass der Kühlschmierstoff-Strahl 8 schräg nach innen über das jeweilige Werkzeug 2, 18 abgelenkt wird. Da der Führungskanal 13 eine etwa stetige Fortsetzung der Lücke 16 bildet, wird durch den Führungskanal 13 erreicht, dass der Kühlschmierstoff in ausreichender Menge an den Bearbeitungsbereich 17 des Werkzeuges 2, 18 gelangt.
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Das Leitelement 9 kann als Hohlkörper ausgebildet sein, dessen Umfang 12 die beschriebene Formgestaltung mit den Führungskanälen 13 aufweist.
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Das Leitelement 9 ist derart gestaltet, dass in Seitenansicht (3) zwischen dem Werkzeug 2, 18 und dem Umfang 12 des Leitelementes 9 der sichelförmige Raum 20 gebildet wird, der sich in Richtung auf die Unterseite 10 des Leitelementes 9 stetig verjüngt und durch den der Kühlschmierstoff-Strahl 8 im jeweiligen Führungskanal 13 nach unten zum Bearbeitungsbereich 17 gelangt.
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Das Leitelement 9 ist im Umfangsbereich so ausgebildet, dass das jeweilige Werkzeug 2, 18 nicht in Kontakt mit dem Leitelement 9 gelangt. Die Führungskanäle 13 sowie die Zähne 14 des Leitelementes 9 sind dementsprechend so gestaltet, dass das Werkzeug 2, 18 bei der Bearbeitung des Zahnrades 1 bzw. seiner Zähne 15 nicht in Berührung mit den Zähnen 14 des Leitelementes 9 kommt.
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Das Leitelement 9 kann in jeder geeigneten Weise während der Zahnradbearbeitung gehalten werden. Da das Werkzeug 2, 18 nicht mit dem Leitelement 9 in Kontakt kommt, ist es nicht notwendig, bei der Bearbeitung eines nächsten Zahnrades das Leitelement 9 zu wechseln.
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Das Leitelement 9 ist nicht an eine Verzahnungsart gebunden, so dass es für die Bearbeitung unterschiedlicher Verzahnungsarten eingesetzt werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zahnrad 1 eine Geradverzahnung. Ist das Zahnrad 1 beispielsweise mit einem Schrägungswinkel versehen, kann es vorteilhaft sein, ein Leitelement 9 einzusetzen, dessen Führungskanäle 13 entsprechend der Schrägverzahnung schräg in Umfangrichtung des Leitelementes 9 verlaufen. Auch in diesem Falle bilden die Führungskanäle 13 angenähert eine stetige Fortsetzung der Lücken des schrägverzahnten Zahnrades 1. Die Führungskanäle 13 sorgen dafür, dass der Kühlschmierstoff-Strahl 8 in der beschriebenen Weise weitgehend vollständig in den Bearbeitungsbereich 17 gelenkt wird.
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Durch den Einsatz des Leitelementes 9 ergibt sich eine wesentlich verbesserte Kühlschmierstoffversorgung des Bearbeitungsbereiches 17, wodurch das Risiko einer Schädigung von Werkzeug und Werkstück sowie der Werkzeugverschleiß erheblich reduziert wird. Gleichzeitig wird der Verzahnprozess wesentlich produktiver möglich. Da der Kühlschmierstoff nahezu vollständig dem Bearbeitungsbereich 17 durch das Leitelement 9 zugeführt wird, ist auch nur ein reduzierter Bedarf an Kühlschmierstoff notwendig, wodurch Ressourcen (Energie und Betriebsmittel) eingespart werden. Die nahezu vollständige Nutzung des Kühlschmierstoffes ermöglicht es, kleinere Kühlschmierstoffeinheiten einzusetzen.
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Beim beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel führt die Schleifscheibe 2 die Vorschubbewegung aus. Es ist aber auch möglich, dass die Vorschubbewegung werkstückseitig ausgeführt wird.
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Die beschriebene Einrichtung kann auch eingesetzt werden, wenn Werkzeuge mit definierter Schneide eingesetzt werden, beispielsweise Profil- oder Wälzfräser.
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Als Werkstücke kommen nicht nur Zahnräder in Betracht, sondern allgemein Werkstücke, die mit einer Verzahnung versehen sind.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist das Leitelement 9 auf dem Werkstück 1 vorgesehen. Wird der Kühlschmierstoff nicht von oben, sondern von unten zugeführt, befindet sich das Leitelement 9 unterhalb des Werkstückes 1. Das Leitelement 9 sorgt auch in diesem Fall dafür, dass der Kühlschmierstoff in der beschriebenen Weise dem Bearbeitungsbereich 17 zugeführt wird.
