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Gebiet der Erfindung
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Tiefschleifen von Kegelrad- Werkstücken.
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Prioritätsanspruch
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Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2017 130 415.0 beansprucht, die am 18.12.2017 beim DPMA eingereicht wurde.
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Technologischer Hintergrund
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Es gibt verschiedene Ansätze zum Verzahnen von Kegel- und Hypoidrädern. Dazu gehören zum Beispiel das Fräsen und Schleifen.
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Zusätzlich unterscheidet man Einzelteilverfahren und kontinuierlich teilende Verfahren. Bei einem Einzelteilverfahren werden die entsprechenden Verfahrensschritte mehrmals (entsprechend der Anzahl der Lücken) wiederholt. Beim kontinuierlichen Ansatz hingegen werden alle Zahnlücken in einem Durchlauf bearbeitet.
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Da es hier um das Tiefschleifen geht, werden im Folgenden lediglich diejenigen Ansätze des Standes der Technik beschrieben, die bisher beim Tiefschleifen zur Anwendung kamen.
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Beim Wälzen einer Verzahnung muss mindestens ein bestimmter Wälzbereich zur Erzeugung des Profils der Zahnflanken durchlaufen (durchgewälzt) werden, wobei die Richtung der Wälzbewegung zwischen Verzahnungswerkzeug und Werkstück von der Zehe zur Ferse des Werkstücks oder von der Ferse zur Zehe gewählt werden können. Dieser Wälzbereich, der hier als Profilwälzbereich bezeichnet wird, wird durch Anfangswinkel und Endwinkel definiert und der Anfangswinkel dieses Bereiches wird hier als Anfangsprofilwälzwinkel und der Endwinkel als Endprofilwälzwinkel bezeichnet. Der Anfangsprofilwälzwinkel und der Endprofilwälzwinkel definieren den Wälzbereich, in dem durch das Verzahnungswerkzeug gerade noch Punkte des Zahnflankenprofils generiert werden. Der Bereich zwischen diesen Profilwälzwinkeln (Wälzstellungen) kann als Profilwälzbereich bezeichnet werden. Es gibt einen Profilwälzwinkel für die Zehe (Profilwälzwinkel-Zehe genannt) und einen Profilwälzwinkel für die Ferse (Profilwälzwinkel-Ferse genannt) des Werkstücks.
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Der jeweilige Profilwälzbereich ergibt sich aus den geometrischen Eigenschaften des zu verzahnenden Kegelrades und aus dem Prozess, der zum Verzahnen eingesetzt wird. D.h. der Profilwälzbereich ist eine Größe, die rechnerisch z.B. im Rahmen der Auslegung ermittelt werden kann. Der Profilwälzbereich ist somit eine feste Prozessgröße des Verzahnungsprozesses des jeweiligen Kegelrades. Je nach Prozess, der zum Tiefschleifen von Kegel- und Hypoidrädern verwendet wird, kann gemäß Stand der Technik der Wälzweg sogar etwas länger sein, um einen kleinen Sicherheitsabstand vorzugeben.
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Bisher werden die folgenden beiden Prozesse zum Tiefschleifen von Kegel- und Hypoidrädern verwendet:
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Einwälzen: Hierbei erfolgen keine Tauchbewegungen, bei denen Material abgenommen wird. Das Tiefschleifen erfolgt nur durch Wälzen. Es handelt sich somit um einen reinen Wälzprozess. Das Schleifwerkzeug wird im Eilgang außerhalb des Eingriffs mit dem Werkstück auf volle Tiefe gefahren. Außerhalb des Eingriffs bedeutet hier, dass eine Wälzstellung am Einwälzwinkel-Zehe (beim Wälzen von der Zehe zur Ferse) bzw. am Einwälzwinkel-Ferse (beim Wälzen von der Ferse zur Zehe) plus eines kleine Sicherheitsabstands auf dem Wälzweg angefahren wird. Von hier beginnt die Wälzbewegung, d.h. der jeweilige Einwälzwinkel (plus ein Sicherheitsabstand) definiert den Wälzanfang. Die Wälzbewegung erfolgt dann bis zum entsprechenden Profilwälzwinkel-Ferse (beim Wälzen von der Zehe zur Ferse) bzw. bis zum entsprechenden Profilwälzwinkel-Zehe (beim Wälzen von der Ferse zur Zehe). Die Geschwindigkeit der Wälzbewegung kann bei diesem Wälzprozess über den Wälzweg konstant oder veränderlich sein. Am Wälzende (z.B. beim Profilwälzwinkel-Ferse) wird das Schleifwerkzeug aus der Lücke herausgefahren.
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Einstechwälzen: Das Einstechwälzen ist ein Tauch-Wälzprozess. Hier wird am Wälzanfang eingestochen oder eingetaucht. Je nach Wälzrichtung erfolgt dieses Einstechen am Profilwälzwinkel-Zehe (beim Wälzen von der Zehe zur Ferse) oder am Profilwälzwinkel-Ferse (beim Wälzen von der Ferse zur Zehe). Es wird mit einem Sicherheitsabstand in Tauchrichtung startend in einer Einstechbewegung in das Werkstück an der Zehe oder an der Ferse bis auf volle Zahntiefe eingestochen (auch Eintauchen genannt). Ist die volle Zahntiefe erreicht, stoppt die Einstechbewegung und es folgt die Wälzbewegung. Wälzende ist beim Einstechwälzen der jeweilige Profilwälzwinkel (Profilwälzwinkel-Ferse für die Wälzrichtung von der Zehe zur Ferse oder Profilwälzwinkel-Zehe für die Wälzrichtung von der Ferse zur Zehe). Die Geschwindigkeit der Wälzbewegung kann über den Wälzweg konstant oder veränderlich sein. Am Wälzende wird das Schleifwerkzeug aus der Lücke herausgefahren.
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Bei den hier beschriebenen Tiefschleif-Prozessen ist es so, dass alle Wälzprozesse als Wälzende einen Profilwälzwinkel haben. Auch sind die Wälzwege, wenn mehrere Umläufe erfolgen immer gleich lang.
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Der Wälzweg definiert sich somit stets mindestens aus der Differenz des Profilwälzwinkel-Zehe und des Profilwälzwinkel-Ferse. Je nach Prozess, der zum Tiefschleifen von Kegel- und Hypoidrädern verwendet wird, kann der Wälzweg bei Verfahren des Standes der Technik sogar länger sein, wie dies zum Beispiel bei dem bereits erwähnten Einwälzen der Fall ist.
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Anhand der 1 werden nun beispielhaft und rein schematisch weitere Details eines Einstechwälzprozesses beschrieben, wobei im gezeigten Beispiel eine Topfschleifscheibe 10 als Schleifwerkzeug zum Einsatz gebracht wird. In 1 ist nur ein Abschnitt einer Topfschleifscheibe 10 gezeigt. Von dem Kegelrad-Werkstück 11 ist nur ein Abschnitt in Form eines strichlierten Rechtecks gezeigt, wobei die Zehe mit einem Z und die Ferse mit einem F bezeichnet ist. Die Blockpfeile deuten die Bewegungen der Topfschleifscheibe 10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 11 an. Die schwarzen Kreise können als Punkte im dreidimensionalen Raum verstanden werden, an denen sich die Bewegungsrichtung und/oder die Prozess- oder Bearbeitungsart ändert.
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Bei dem in 1 gezeigten Tiefschleifen 1, wird die Topfschleifscheibe 10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 11 zugestellt, um eine Ausgangsposition AP im Bereich der Ferse F zu erreichen. Die entsprechende Zustellbewegung ist in 1 durch einen Pfeil P1 dargestellt. Ausgehend von der Ausgangsposition AP taucht/sticht die Topfschleifscheibe 10 stirnseitig ins weiche (nicht gehärtete) Material des Kegelrad-Werkstücks 11 ein. Dieses Eintauchen/Einstechen erfolgt hier an dem Profilwälzwinkel-Ferse, da es bei dem gezeigten Beispiel um ein Einstechwälzen von der Ferse F zur Zehe Z geht. Das Eintauchen/Einstechen ist durch einen schwarzen Pfeil P2 dargestellt. Die schwarze Farbe der Pfeile in 1 soll andeuten, dass es sich um Vorgänge handelt, bei denen durch Schleifen Material am Kegelrad-Werkstück 11 abgehoben wird. Sobald die Topfschleifscheibe 10 eingetaucht ist (diese Position wird hier Tauch-Endposition TEP genannt), erfolgt eine Relativbewegung (Wälzvorgang genannt) der Topfschleifscheibe 10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 11, um über die gesamte Zahnbreite der zu erzeugenden Zahnlücke die Zahnlücke zu schleifen. Der Wälzvorgang, der in 1 schematisch durch einen schwarzen Pfeil P3 dargestellt ist, endet an einer Wälz-Endposition WEP, die durch den Profilwälzwinkel-Zehe definiert ist.
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Der Wälzvorgang umfasst eine Überlagerung von Relativbewegungen. Details hierzu sind z.B. den Seiten 76-77 und der .5 des Buches „Kegelräder; Grundlagen, Anwendungen“, J. Klingelnberg, Springer-Verlag, 2008, zu entnehmen. Ähnliche Illustrationen, wie in 1 und in den 4A - 5B verwendet werden, sind z.B. auch aus diesem Buch (siehe Seiten 292 - 295) bekannt.
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Die .5 des genannten Buches ist in den Zeichnungen als 2 enthalten. In der 2 ist neben dem Verzahnungswerkzeug 2 (hier in Form eines Messerkopfes 2 statt einer Topschleifscheibe 10) und dem Kegelrad-Werkstück 11 auch das virtuelle Planrad PR gezeigt. Der Wälzvorgang umfasst eine Drehung des Verzahnungswerkzeugs 2 um die Werkzeugspindelachse A1 (um eine Schnittbewegung zu erzeugen) und ein Schwenken oder Drehen um die Wälzwiegenachse W1 (hier Wälzdrehung genannt), die mit der Planradachse zusammen fällt. Außerdem kommt eine Drehbewegungen des Kegelrad-Werkstücks 11 um die Werkstückspindelachse B hinzu. Auf diese 2 wird hier verwiesen, um das Grundprinzip des Wälzens zu beschreiben.
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Nachdem in 1 die Wälz-Endposition WEP der Topfschleifscheibe 10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 11 erreicht wurde, wird die Topfschleifscheibe 10 zurückgezogen. Das geschieht am Profilwälzwinkel-Zehe. Diese relative Rückzugsbewegung ist in 1 durch einen Pfeil P4 dargestellt.
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Nun kann das Kegelrad-Werkstück eine Teilungsdrehung durchführen und die Topfschleifscheibe 10 wird zur Ausgangsposition AP bewegt. Das Zurückbewegen zur Ausgangsposition AP wird durch den Pfeil P5 symbolisiert.
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Die genannten Bewegungen finden im 3-dimensionalen Raum statt. Eine schematische Darstellung, wie sie in 1 gezeigt ist, kann daher nur die grundlegenden Aspekte eines solchen Tiefschleifens 1 darstellen.
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Um diesen Vorgang 3-dimensional illustrieren zu können, ist in 3 beispielhaft eine perspektivische Ansicht eines Kegelrad-Werkstücks 11 (hier in Form eines Ritzels) und einer Topfschleifscheibe 10 gezeigt. In 3 ist eine Momentaufnahme kurz vor dem Erreichen der Wälz-Endposition WEP der Zahnlücke 13 beim Tiefschleifen gezeigt. Die Zahnlücken 13 des Kegelrad-Werkstücks 11 werden in diesem Beispiel eine nach der anderen von der Ferse F zur Zehe Z hin geschliffen, d.h. das Eintauchen P2 erfolgt für jede Zahnlücke 13 im Bereich der Ferse F am Profilwälzwinkel-Ferse und die Rückzugsbewegung P4 erfolgt für jede Zahnlücke 13 im Bereich der Zehe Z am Profilwälzwinkel-Zehe.
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Der Verschleiß an der Topfschleifscheibe 10 ist jedoch beim zuvor beschriebenen Tiefschleifen 1 recht groß und die Topfschleifscheibe 10 muss häufig abgerichtet werden. Vor allem hat sich gezeigt, dass der Verschleiß im Bereich des Profilkopfes 12 (siehe 1) der Topfschleifscheibe 10 groß ist, da hier die größten Kräfte und Belastungen auftreten.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereit zu stellen, das geeignet ist die Nachteile des Tiefschleifens gewälzter Verzahnungen in Sachen Produktivität zu reduzieren.
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Gemäß Erfindung wird ein Tiefschleifverfahren vorgeschlagen, das speziell zum Verzahnen von Kegelrad-Werkstücken und Hypoidrad-Werkstücken (hier zusammenfassend als Kegelrad-Werkstücke bezeichnet) in einer Verzahnungsmaschine ausgelegt ist. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
- - Durchführen einer relativen Zustellbewegung, um ein Schleifwerkzeug (z.B. eine Topfschleifscheibe) in eine erste Ausgangsposition relativ zu dem Kegelrad-Werkstück zu bringen, und Drehantreiben des Schleifwerkzeugs um eine Werkzeugspindelachse der Verzahnungsmaschine,
- - Durchführen eines mehrstufigen Wälzverfahrens, um durch Schleifen mehrere Zahnlücken an dem Kegelrad-Werkstück zu erzeugen, wobei das mehrstufige Wälzverfahren mindestens die folgenden Teilprozesse umfasst:
- • einen ersten Bearbeitungsvorgang mit einer ersten Relativbewegung bei der das Schleifwerkzeug, ausgehend von der ersten Ausgangsposition bis zu einer ersten (Tauch-) Endposition, in das Material des Kegelrad-Werkstücks eindringt, und mit einem ersten Wälzvorgang, bei dem das Schleifwerkzeug einen Teilbereich des Profilwälzbereichs durchwälzt,
- • einen zweiten Bearbeitungsvorgang, mit einer zweiten Relativbewegung bei der das Schleifwerkzeug, ausgehend von einer anderen Ausgangsposition bis zu einer endgültigen (Tauch-)Endposition, in das Material des Kegelrad-Werkstücks eindringt, und mit einem zweiten Wälzvorgang, bei dem das Schleifwerkzeug mindestens den Profilwälzbereich durchwälzt.
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Anstatt im Rahmen des ersten Bearbeitungsvorgangs das Schleifwerkzeug in das Material des Kegelrad-Werkstücks eindringen zu lassen, um dann einen ersten Wälzvorgang durchzuführen, kann der erste Bearbeitungsvorgang auch nur das Eindringen des Schleifwerkzeugs in das Material des Kegelrad-Werkstücks umfassen. In diesem Fall wird das Verfahren der Erfindung nicht als mehrstufiges Wälzverfahren sondern als mehrstufiges Bearbeitungsverfahren bezeichnet.
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Das entsprechende Verfahren zum Tiefschleifen eines Kegelrad-Werkstücks in einer Verzahnungsmaschine mit einem drehangetriebenen Schleifwerkzeug, umfasst dann die folgende Schritte:
- - Durchführen eines mehrstufigen Bearbeitungsverfahrens, um durch Bearbeitung mit dem Schleifwerkzeug mindestens eine Zahnlücke an dem Kegelrad-Werkstück zu bearbeiten, wobei das mehrstufige Bearbeitungsverfahren mindestens die folgenden Teilprozesse umfasst:
- - einen ersten Bearbeitungsvorgang mit einer ersten Relativbewegung bei der das Schleifwerkzeug, ausgehend von der ersten Ausgangsposition bis zu einer ersten Endposition, in das Material des Kegelrad-Werkstücks eindringt,
- - einen zweiten Bearbeitungsvorgang, mit einer zweiten Relativbewegung bei der das Schleifwerkzeug, ausgehend von einer anderen Ausgangsposition bis zu einer endgültigen Endposition, in das Material des Kegelrad-Werkstücks eindringt, und mit einem Wälzvorgang, bei dem das Schleifwerkzeug mindestens den Profilwälzbereich durchwälzt.
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Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein kombiniertes, mehrstufiges Wälzverfahren zum Einsatz, bei dem der erste Bearbeitungsvorgang
- - eine erste Relativbewegung umfasst, die an einer ersten Ausgangsposition beginnt, die im Bereich zwischen dem Profilwälzwinkel-Zehe und dem Profilwälzwinkel-Ferse liegt, und die sich bis zu der ersten (Tauch -) Endposition erstreckt, und
- - als ersten Wälzvorgang einen Vorgang umfasst, der von der ersten (Tauch-) Endposition ausgeht.
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Im Rahmen dieses ersten Bearbeitungsvorganges wird nur ein Teilbereich des Profilwälzbereichs durchwälzt, d.h. die Zahnlücke des Kegelrad-Werkstücks wird nicht vollständig vom Profilwälzwinkel-Zehe bis zum dem Profilwälzwinkel-Ferse oder umgekehrt durchgewälzt.
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Vorzugsweise liegt bei allen Ausführungsformen die erste Ausgangsposition des ersten Bearbeitungsvorganges an einer Winkelposition innerhalb des Profilwälzbereichs. Mit anderen Worten wird bei diesen Ausführungsformen im Rahmen des ersten Bearbeitungsvorganges nur ein Teil des gesamten Profilwälzbereichs durchgewälzt. Daher wird im Rahmen des ersten Bearbeitungsvorganges noch nicht das endgültige Zahnprofil der Zahnlücke(n) erzeugt.
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Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein zweiter Bearbeitungsvorgang zum Einsatz, bei der die zweite Relativbewegung von einer zweiten Ausgangsposition (auch als andere Ausgangsposition bezeichnet) ausgeht, die in einem im Bereich außerhalb des Bereichs zwischen dem Profilwälzwinkel-Zehe und dem Profilwälzwinkel-Ferse liegt. D.h. in diesem Fall liegt die zweite Ausgangsposition des zweiten Bearbeitungsvorganges an einer Winkelposition außerhalb des Profilwälzbereichs. Mit anderen Worten wird bei diesen Ausführungsformen im Rahmen des zweiten Bearbeitungsvorganges mindestens der gesamte Profilwälzbereich durchgewälzt. Es wird daher erst im Rahmen des zweiten Bearbeitungsvorganges das endgültige Zahnprofil der Zahnlücke(n) erzeugt.
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Bei allen Ausführungsformen können der erste Bearbeitungsvorgang als Schruppverfahren und der zweite Bearbeitungsvorgang als Schlichtverfahren durchgeführt werden.
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Bei allen Ausführungsformen können der erste Bearbeitungsvorgang mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit durchgeführt werden als der zweite Bearbeitungsvorgang.
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Bei allen Ausführungsformen können der erste Bearbeitungsvorgang mit einem anderen Geschwindigkeitsprofil durchgeführt werden als der zweite Bearbeitungsvorgang.
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Vorzugsweise handelt es sich bei allen Ausführungsformen der Erfindung um einen Schleifvorgang, der mit einer Topfschleifscheibe in einer als Verzahnungsmaschine dienenden Schleifmaschine durchgeführt wird. Ein solcher Vorgang wird hier auch als Tiefschleifen bezeichnet, wobei das Tiefschleifen der Erfindung vorzugsweise zwei oder mehr als zwei unterschiedliche Wälzvorgänge umfasst. D.h. es handelt sich um ein zwei-stufiges oder mehrstufiges Wälzverfahren.
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Vorzugsweise umfassen alle Ausführungsformen der Erfindung zwei oder mehr als zwei unterschiedliche Wälzvorgänge. Als unterschiedliche Wälzvorgänge werden im vorliegenden Zusammenhang Wälzvorgänge bezeichnet,
- - die sich durch ihre Ausgangspositionen und/oder Endpositionen unterscheiden, und/oder
- - bei denen die Wälzvorgänge unterschiedlich lang sind (z.B. in Winkelgraden gemessen), und/oder
- - die mit unterschiedlichen Tiefenzustellungen des Schleifwerkzeugs (z.B. der Topfschleifscheibe) relativ zum Kegelrad-Werkstück durchgeführt werden, und/oder
- - die sich durch ihre Ausgangspositionen und ihre Wälzgeschwindigkeiten oder durch ihre Endpositionen und ihre Wälzgeschwindigkeiten unterscheiden, und/oder
- - die an einer ersten Winkelposition innerhalb des gesamten Profilwälzbereichs und an einer zweiten Winkelpositionen außerhalb des gesamten Profilwälzbereichs liegen.
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Durch die Erfindung wird das Tiefschleifen schneller und durch erheblichen Standzeitgewinn am Werkzeug auch wirtschaftlicher gemacht. Das liegt unter anderem daran, dass im Rahmen des ersten Bearbeitungsvorganges nur ein Teil des gesamten Profilwälzbereichs durchgewälzt werden muss.
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Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein kombiniertes Tauch-Wälzverfahren zum Einsatz, das ein zweistufiges oder mehrstufiges Wälzverfahren umfasst. Für ein solches kombiniertes Tauch-Wälzverfahren sind Topfschleifscheiben besonders als Verzahnungswerkzeuge geeignet.
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Da die Schleifwerkzeuge, die beim zwei- oder mehrstufigen Tauch-Wälzverfahren der Erfindung zum Einsatz kommen, weniger stark beansprucht werden, erhöht sich die Standzeit der Schleifwerkzeuge. Dadurch kann z.B. bei Topfschleifscheiben das Abrichtintervall länger ausfallen.
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Es geht hier um das Tiefschleifen gewälzter Zahnlücken, d.h. es geht um gewälzte Kegelradverzahnungen.
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Das Verfahren der Erfindung wird vorzugsweise am vollen Material (d.h. am nicht-vorverzahnten Material) des Kegelrad-Werkstücks vorgenommen.
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Gemäß Erfindung kann bei allen Ausführungsformen das Aufteilen des Wälzschleifens in zwei oder mehr als zwei Wälzvorgänge dazu genutzt werden, um im Rahmen des ersten Wälzvorganges die (dynamische) Belastung des Schleifwerkzeugs (z.B. der Topfschleifscheibe) zu reduzieren und um im Rahmen des zweiten Wälzvorganges die endgültige Flankengeometrie am Kegelrad-Werkstück bereitzustellen und um gleichzeitig eine optimierte Oberflächengüte der Flanken sicher zu stellen.
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Gemäß Erfindung kann das mehrstufige Tauch-Wälzverfahren ein schrittweises Eintauchen in das Material des Kegelrad-Werkstücks vorsehen, um den Verschleiss an der Topfschleifscheibe zu reduzieren.
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Gemäß Erfindung kann das mehrstufigen Tauch-Wälzverfahren auch eine Änderung der Drehgeschwindigkeit des Schleifwerkzeugs und/oder eine Änderung der Geschwindigkeit der Relativbewegung(en) umfassen, um den Verschleiss an dem Schleifwerkzeug zu reduzieren und die Effizienz des Verfahrens zu erhöhen.
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So kann z.B. bei allen Ausführungsformen eine Änderung der Wälzgeschwindigkeit beim Wälzen durch eine Zahnlücke vorgenommen werden. Zu diesem Zweck kann ein Wälzgeschwindigkeitsverlauf vorgegeben werden. Der Wälzgeschwindigkeitsverlauf kann beim ersten Bearbeitungsvorgang anders sein als beim zweiten Bearbeitungsvorgang.
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So kann z.B. bei allen Ausführungsformen eine Änderung der Tauchgeschwindigkeit beim Tauchen in das Material des Kegelrad-Werkstücks vorgenommen werden. Zu diesem Zweck kann bei diesen Ausführungsformen ein Tauchgeschwindigkeitsverlauf vorgegeben werden. Der Tauchgeschwindigkeitsverlauf kann beim ersten Bearbeitungsvorgang anders sein als beim zweiten Bearbeitungsvorgang.
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Vorzugsweise wird bei allen Ausführungsformen zum Ende des Bearbeitens einer Zahnlücke ein finaler Tauchvorgang an einer definierten Start-Tauchposition (die ausserhalb des Profilwälzbereichs liegt) auf volle Tauchtiefe und ein Durchwälzen durch die gesamte Zahnlücke mit definierbarem Tauchgeschwindigkeitsverlauf und/oder mit definierbarem Wälzgeschwindigkeitsverlauf vorgenommen.
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Vorzugsweise handelt es sich bei allen Ausführungsformen bei dem ersten Wälzvorgang um einen Wälzvorgang mit partiellem Durchwälzen (mit einem Wälzbereich, der kleiner ist als der Profilwälzbereich) und bei dem zweiten Wälzvorgang um einen Wälzvorgang mit komplettem Durchwälzen (mit einem Wälzbereich, der größer als oder gleich dem Profilwälzbereich ist).
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Als partielles Durchwälzen wird hier ein Wälzvorgang bezeichnet,
- - der einen Wälzbereich oder Wälzweg durchläuft, der kürzer ist als der Wälzbereich oder Wälzweg des kompletten Durchwälzens (d.h. es wird nicht der komplette Profilwälzbereich durchgewälzt), und/oder
- - bei dem der Wälzvorgang von einer Ausgangsposition ausgeht, die innerhalb des Profilwälzbereichs liegt.
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Dieses Anpassen/Ändern der Wälzgeschwindigkeit beim Wälzen durch eine Zahnlücke wird hier vorgenommen, um den Verschleiss an der Topfschleifscheibe zu reduzieren, bzw. um den Verschleiss vom Profilkopf der Topfschleifscheibe in Richtung der Seitenflanken der Topfschleifscheibe zu verschieben.
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Es gibt Punkte oder Bereiche in einer Zahnlücke, die nicht auf dem endgültigen Zahnprofil liegen und die nicht durch eine reine Wälzbewegung entfernt werden, falls das Wälzen nicht mindestens den gesamten Profilwälzbereich überstreicht. Um mit einem verkürzten Wälzbereich auszukommen, kann z.B. am Wälzanfang und/oder Wälzende separat Material des Werkstücks entfernt werden. Zu diesem Zweck kann beim Verfahren der Erfindung z.B. eine Tauchbewegung (z.B. am Wälzanfang und/oder Wälzende) gewählt werden, bei der Material am Werkstück entfernt wird (analog zum Tauch-Wälzen), bevor dann eine Wälzbewegung mit verkürztem Wälzbereich folgt.
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Das Eindringen des Schleifwerkzeugs in das Material des Kegelrad-Werkstücks kann gemäß Erfindung z.B. auch in der Mitte oder im Bereich der Mitte des Wälzwegs liegen.
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Es können bei dem Verfahren der Erfindung auch Aspekte des Einstechdoppelwälzens zur Anwendung kommen. Z.B. kann mindestens einer der Bearbeitungsvorgänge des Verfahrens der Erfindung von einer Wälzstellung außerhalb des Werkstücks starten.
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Es können bei dem Verfahren der Erfindung auch Aspekte des Einstechwälzens und des Doppelwälzens miteinander kombiniert werden.
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Das Eindringen des Schleifwerkzeugs in das Material des Kegelrad-Werkstücks kann gemäß Erfindung durch eine lineare Bewegung gerade oder schräg erfolgen. Das Eindringen des Schleifwerkzeugs in das Material des Kegelrad-Werkstücks kann gemäß Erfindung aber auch entlang eines gekrümmten Pfads erfolgen.
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Der erste Bearbeitungsvorgang des Verfahrens der Erfindung kann zum Beispiel eine Wälzbewegung (z.B. als Schruppwälzen) in eine erste Richtung und der zweite Bearbeitungsvorgang eine Wälzbewegung (z.B. als Schlichtwälzen) in eine entgegengesetzte Richtung umfassen (analog zum Doppelwälzen). Das entsprechende Hinwälzen und das Zurückwälzen kann z.B. bei unterschiedlichen Tiefenzustellungen erfolgen.
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Eine oder mehrere der Relativbewegungen des Schleifwerkzeugs und des Kegelrad-Werkstücks können einem Geschwindigkeitsprofil folgen. Ein solches Geschwindigkeitsprofil kann einen konstanten, degressiven oder progressiven Geschwindigkeitsverlauf vorgeben. Das Geschwindigkeitsprofil kann auch durch eine Funktion definiert sein, oder es kann mehrere veränderliche Stufen umfassen.
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Eine oder mehrere der Relativbewegungen des Schleifwerkzeugs und des Kegelrad-Werkstücks können lineare Bewegungen oder Bewegungen entlang eines gekrümmten Pfads sein. Mindestens eine der Relativbewegungen kann auch durch ein Polygonenzug definiert sein.
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Das Eintauchen oder Einstechen des Schleifwerkzeugs in das Kegelrad-Werkstück kann im Rahmen des ersten Bearbeitungsvorgangs und/oder im Rahmen des zweiten Bearbeitungsvorgangs gleichzeitig mit dem ersten respektive dem zweiten Wälzvorgang beginnen.
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Ansonsten lassen sich auch andere Aspekte, Bewegungsprofile, Verfahrensschritte, Prozeßdetails und kinematische Details von vorbekannten Wälzfräsverfahren auf das Tiefschleifen anwenden.
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Die Erfindung kann vor allem für die Prototypen- und Kleinserienfertigung von Kegelrädern eingesetzt werden. Die Erfindung kann aber auch in anderen Zusammenhängen und unter anderem Randbedingungen technisch und/oder wirtschaftlich sinnvoll sein.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Illustration eines Tiefschleifens gemäß Stand der Technik;
- 2 zeigt eine schematische Illustration eines virtuellen Planrades einer Kegelrad-Verzahnmaschine zusammen mit einem Kegelrad-werkstück und einem Verzahnungswerkzeug;
- 3 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung des Tiefschleifens eines Kegelrad-Ritzels gemäß Stand der Technik;
- 4A zeigt eine schematische Illustration der ersten Teilschritte eines ersten mehrstufigen Tauch-Wälzverfahrens der Erfindung;
- 4B zeigt eine schematische Illustration weiterer Teilschritte des ersten mehrstufigen Tauch-Wälzverfahrens der 4A;
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schleifmaschine, in der das Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommen kann.
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Es geht um ein Verfahren 100, das speziell zum Tiefschleifen von Verzahnungen an einem Kegelrad-Werkstück 11 in einer Verzahnungsmaschine 100 entwickelt wurde.
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In den 4A und 4B ist eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens 100 gezeigt.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schleifmaschine 100, in der das Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommen kann.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens 100 der Erfindung umfasst die folgenden Schritte, die im Folgenden unter Verweis auf die 4A und 4B beschrieben werden. In den 4A und 4Bwurde ein Darstellungsformat gewählt, das abgeleitet wurde von den Darstellungen im eingangs erwähnten Buch „Kegelräder; Grundlagen, Anwendungen“.
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Das Verfahren 100 kann mit dem Durchführen einer relativen Zustellbewegung PA beginnen, um eine Topfschleifscheibe 10 (oder ein anderes Schleifwerkzeug) in eine Ausgangsposition AP1 relativ zu dem Kegelrad-Werkstück 11 zu bringen. Gleichzeitig oder nach dem Erreichen der Ausgangsposition AP1 wird die Topfschleifscheibe 10 um eine Werkzeugspindelachse A1 der Schleifmaschine 100 drehangetrieben. Die relative Zustellbewegung PA kann unter Einsatz einer oder mehrerer Achsen der Schleifmaschine erfolgen. Die Zustellbewegung PA kann eine lineare Bewegung sein oder sie kann einer gekrümmten Bahn folgen. Die Zustellbewegung PA kann auch mehrere lineare und/oder gekrümmte Bewegungen umfassen.
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Die Zustellbewegung PA kann bei allen Ausführungsformen eine nicht-produktive Bewegung sein. Der Blockpfeil PA ist daher weiss dargestellt. Typischerweise liegt die Ausgangsposition AP1 kurz vor dem ersten Kontakt des Schleifwerkzeugs 10 mit dem Kegelrad-Werkstück 11.
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Ab der Ausgangsposition AP1 kann bei allen Ausführungsformen ein zweistufiges oder mehrstufiges Tauch-Wälzverfahren beginnen, um durch Schleifen eine oder mehrere Zahnlücken 13 im Material des Kegelrad-Werkstücks 11 zu erzeugen. Dieses mehrstufige Tauch-Wälzverfahren umfasst mindestens die folgenden Teilprozesse. Durch die Verwendung der Zahlwörter „erst..“, „zweit..“ usw., soll keine chronologische Reihenfolge festgelegt werden. Diese Zahlwörter dienen vielmehr der einfacheren Benennung der einzelnen Vorgänge.
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Im Rahmen eines ersten Tauchvorgangs PB erfolgt das Eindringen der Topfschleifscheibe 10 in das Material des Kegelrad-Werkstücks 11. Es handelt sich hier um einen produktiven ersten Tauchvorgang PB. Das Eindringen beginnt in etwa an der Ausgangsposition AP1 und erfolgt bis zu einer ersten (Tauch-) Endposition 1.TEP. Bei dem produktiven ersten Tauchvorgang PB wird durch Schleifen Material abgehoben, wie in 4A durch den schwarzen Pfeil PB dargestellt. Der erste Tauchvorgang PB findet in einem Bereich statt, der zwischen dem Profilwälzwinkel-Zehe und dem Profilwälzwinkel-Ferse liegt, d.h. der erste Tauchvorgang PB erfolgt irgendwo innerhalb des gesamten Profilwälzwinkelbereichs.
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Der erste Tauchvorgang PB ergibt sich aus einer oder mehreren relativen Bewegungen einer oder mehrerer Achsen der Schleifmaschine 100. Der erste Tauchvorgang PB kann eine lineare Bewegung sein oder er kann einer gekrümmten Bahn folgen. Der erste Tauchvorgang PB kann auch mehrere lineare und/oder gekrümmte Bewegungen umfassen.
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Der erste Tauchvorgang PB kann bei allen Ausführungsformen einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil folgen.
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Nun kann z.B., wie in 4A gezeigt, ein erster Wälzvorgang WA folgen, bei dem die Topfschleifscheibe 10 und das Kegelrad-Werkstück 11 Relativbewegungen eines Wälzvorgangs ausführen. Ein solcher Wälzvorgang umfasst typischerweise bei allen Ausführungsformen eine Werkstückdrehung des Kegelrad-Werkstücks 11 um die Achse B, eine Werkzeugdrehung des Verzahnungswerkzeugs 10 um die Achse A1 und ein Schwenken oder Drehen um die Wälzwiegenachse W1 (hier Wälzdrehung genannt).
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Die Relativbewegungen des Wälzvorgangs führen zu einer komplexen 3-dimensionalen Bewegung der Topfschleifscheibe 10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 11. In 4A ist dieser komplexe Bewegungsablauf durch den schwarzen Pfeil WA symbolisiert. Am Ende des Wälzvorgangs WA wird eine erste Wälz-Endposition 1.WEP erreicht.
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Die erste Wälz-Endposition 1.WEP kann bei allen Ausführungsformen innerhalb des Profilwälzwinkelbereichs liegen (ein solcher Fall ist in 4A gezeigt)
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Nun kann z.B., wie in 4A gezeigt, eine relative Austauchbewegung PC bis zu einer ersten Endposition EP1 erfolgen. Die Austauchbewegung PC kann eine lineare Bewegung sein oder sie kann einer gekrümmten Bahn folgen. Die Austauchbewegung PC kann bei allen Ausführungsformen durch die überlagerte Bewegung mehrerer Achse der Verzahnungsmaschine 100 erzeugt werden. Die Austauchbewegung PC kann auch mehrere lineare und/oder gekrümmte Bewegungen umfassen.
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Der Austauchbewegung PC kann auch einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil folgen.
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Die Austauchbewegung PC kann bei allen Ausführungsformen auch mit der Zustellbewegung PE (siehe 4B) kombiniert sein.
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Die weiteren Schritte, die allesamt an derselben Zahnlücke 13 durchgeführt werden können wie die Schritte der 4A, sind nun in 4B gezeigt. Dieser Vorgang wird hier als Lücke-für-Lücke Bearbeitung bezeichnet, da jede Lücke 13 des Kegelrad-Werkstücks 11 allen Teilschritten der 4A und 4B unterzogen wird, bevor eine nächste Zahnlücke entsprechend bearbeitet wird.
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Es ist aber gemäß Erfindung auch möglich nach den Schritten der 4A eine Teilungsdrehung des Kegelrad-Werkstücks 11 um die Achse B vorzunehmen, um dann eine nächste Zahnlücke 13 des Kegelrad-Werkstücks 11 zu bearbeiten. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, bis alle Zahnlücken 13 gemäß 4A bearbeitet wurden. Dann können Zahnlücke 13 für Zahnlücke 13 die Schritte der 4B folgen. Dieser Vorgang wird hier als lückenübergreifend bezeichnet.
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Wie in 4B gezeigt, kann eine relative Zustellbewegung PE durchgeführt werden, um die Topfschleifscheibe 10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 11 in eine zweite Ausgangsposition AP2 zu bringen. Die zweite Ausgangsposition AP2 unterscheidet sich bei den meisten Ausführungsformen von der ersten Ausgangsposition AP1 und wird daher auch als andere Ausgangsposition AP2 bezeichnet.
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Die relative Zustellbewegung PE kann unter Einsatz einer oder mehrerer Achsen der Schleifmaschine 100 erfolgen. Die Zustellbewegung PE kann eine lineare Bewegung sein oder sie kann einer gekrümmten Bahn folgen.
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Die Zustellbewegung PE kann auch mehrere lineare und/oder gekrümmte Bewegungen umfassen. Die Zustellbewegung PE kann auch mit der Bewegung PC zusammengefasst werden.
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Die Zustellbewegung PE kann bei allen Ausführungsformen eine nicht-produktive Bewegung sein. Daher ist der Pfeil PC weiss dargestellt.
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Ausgehend von der zweiten Ausgangsposition AP2 erfolgt nun ein zweiter produktiver Tauchvorgang PF, um die Topfschleifscheibe 10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 11 bis zu einer weiteren Tauch-Endposition 2.TEP in das Material eindringen zu lassen. Der zweite Tauchvorgang PF kann eine lineare Bewegung sein oder er kann einer gekrümmten Bahn folgen. Der zweite Tauchvorgang PF kann auch mehrere lineare und/oder gekrümmte Bewegungen umfassen. Der zweite Tauchvorgang PF kann unter Einsatz einer oder mehrerer Achsen der Schleifmaschine 100 erfolgen.
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Der zweite Tauchvorgang PF kann auch einem vorgegebenen Geschwindigkeitsprofil folgen.
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Nun kann z.B., wie in 4B gezeigt, ein zweiter Wälzvorgang WB folgen, bei dem die Topfschleifscheibe 10 und das Kegelrad-Werkstück 11 die Relativbewegungen eines Wälzvorgangs ausführen. Der zweite Wälzvorgang WB ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel länger als der erste Wälzvorgang WA, wie durch die unterschiedlich langen Blockpfeile WA und WB angedeutet.
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Die entsprechenden Relativbewegungen des Wälzvorgangs WB führen zu einer komplexen 3-dimensionalen Bewegung der Topfschleifscheibe 10 relativ zum Kegelrad-Werkstück 11. In 4B ist dieser komplexe Bewegungsablauf durch den schwarzen Pfeil WB symbolisiert. Am Ende des Wälzvorgangs WB wird eine zweite Wälz-Endposition 2.WEP erreicht.
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Falls es sich bei dem Vorgang gemäß 4B um einen abschliessenden Bearbeitungsvorgang handelt (der hier teilweise auch als zweiter Bearbeitungsvorgang bezeichnet wird), liegen die zweite Ausgangsposition AP2 und die zweite Wälz-Endposition 2.WEP exakt am Rand des Profilwälzwinkelbereichs oder außerhalb des Profilwälzwinkelbereichs.
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Vorzugsweise umfassen alle Ausführungsformen der Erfindung zwei unterschiedliche Wälzvorgänge WA und WB. Als unterschiedliche Wälzvorgänge WA und WB werden im vorliegenden Zusammenhang Wälzvorgänge bezeichnet,
- - die sich durch ihre Ausgangspositionen (1.TEP, 2.TEP) und/oder Endpositionen (1.WEP, 2.WEP) unterscheiden, und/oder
- - bei denen die Wälzvorgänge WA, WB unterschiedlich lang sind (z.B. in Winkelgraden gemessen), und/oder
- - die mit unterschiedlichen Tiefenzustellungen des Verzahnungswerkzeugs 10 (z.B. der Topfschleifscheibe) relativ zum Kegelrad-Werkstück 11 durchgeführt werden, und/oder
- - die sich durch ihre Ausgangspositionen (1.TEP, 2.TEP) und ihre Wälzgeschwindigkeiten oder durch ihre Endpositionen (1.WEP, 2.WEP) und ihre Wälzgeschwindigkeiten unterscheiden, und/oder
- - bei denen ein erster Wälzvorgang WA innerhalb des Profilwälzwinkelbereichs und ein zweiter Wälzvorgang WB mindestens exakt am Rand des Profilwälzwinkelbereichs oder außerhalb des Profilwälzwinkelbereichs liegt.
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Nun kann z.B., wie in 4B gezeigt, eine relative Austauchbewegung PG bis zu einer zweiten Endposition EP2 erfolgen.
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Die Austauchbewegung PG kann bei allen Ausführungsformen eine lineare Bewegung sein oder sie kann einer gekrümmten Bahn folgen. Die Austauchbewegung PG kann auch mehrere lineare und/oder gekrümmte Bewegungen umfassen.
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Die Austauchbewegung PG ist vorzugsweise bei allen Ausführungsformen eine nicht-produktive Bewegung. Der Blockpfeil PG ist daher weiss dargestellt.
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Die Austauchbewegung PG kann unter Einsatz einer oder mehrerer Achsen der Schleifmaschine 100 erfolgen.
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Bei einer Lücke-für-Lücke Bearbeitung erfolgt nun eine Teilungsdrehung des Kegelrad-Werkstücks 11 und das Verfahren der 4A und 4B wiederholt sich nach dem Erreichen der nächsten Ausgangsposition AP1 mit dem Schritt PB.
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Bei den Beispielen, die hier gezeigt und beschrieben werden, ist zu beachten, dass mindestens ein Teil der genannten Bewegungen überlagert ablaufen kann.
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Der erste Wälzvorgang WA kann bei allen Ausführungsformen z.B. noch vor dem Erreichen der Position 1.WEP gestoppt werden, um ein Beispiel zu nennen.
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Aufgrund einer Aufteilung der Schritte in mehrere Teilschritte oder Wälzvorgänge, können die Schleifbedingungen an der Topfschleifscheibe 10 generell optimiert werden.
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Bei dem Verfahren der 4A und 4B wird ein Teil der Abtragarbeit vom Profilkopf 12 der Topfschleifscheibe 10 auf die Seitenflanken 14 (siehe 4A) der Topfschleifscheibe 10 übertragen.
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Gemäß Erfindung kann das mehrstufigen Tauch-Wälzverfahren ein schrittweises Eintauchen in das Material des Kegelrad-Werkstücks 11 vorsehen, um den Verschleiss an der Topfschleifscheibe 10 zu reduzieren.
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Gemäß Erfindung kann das mehrstufigen Tauch-Wälzverfahren auch eine Änderung der Drehgeschwindigkeit ω1 der Topfschleifscheibe 10 und/oder eine Änderung der Geschwindigkeit der Relativbewegung(en) umfassen, um den Verschleiss an der Topfschleifscheibe 10 zu reduzieren und die Effizienz des Verfahrens zu erhöhen.
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Wie bereits beschrieben, kann das mehrstufige Tauch-Wälzverfahren separat für das Erzeugen jeder Zahnlücke 13 des Kegelrad-Werkstücks 11 durchgeführt werden, wobei das Kegelrad-Werkstück 11 jeweils eine Teilungsdrehung um die Werkstückspindelachse B der Schleifmaschine 100 durchführt, bevor durch das erneute Ausführen der Teilprozesse des mehrstufigen Tauch-Wälzverfahrens eine weitere Zahnlücke 13 des Kegelrad-Werkstücks 11 erzeugt wird.
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Die Teilprozesse des mehrstufigen Tauch-Wälzverfahrens können aber auch lückenübergreifend durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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| Tiefschleifverfahren |
1 |
| Verzahnunqswerkzeuq |
2 |
| Schleifwerkzeug/Topfschleifscheibe |
10 |
| Kegelrad-Werkstück |
11 |
| Profilkopf |
12 |
| Zahnlücke |
13 |
| Seitenflanken |
14 |
| |
|
| Schleifmaschine / Verzahnunqsmaschine |
100 |
| |
|
| Werkzeugspindelachse |
A1 |
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| Ausgangsposition |
AP, AP1, AP2 |
| Werkstückspindelachse |
B |
| Endposition |
EP, EP1, EP2 |
| Ferse |
F |
| Pfeile |
P1, P2, P3, P4, P5 |
| Pfeile (Bearbeitungsvorgänge und/oder Bewegungen) |
PA, PB, PC, PD, PE, PF, PG |
| Planrad |
PR |
| Tauch-Endposition |
TEP |
| Wälzwieqenachse/Planradachse |
W1 |
| Pfeile |
WA, WB |
| Wälz-Endposition |
WEP, 1.WEP, 2.WEP |
| Zehe |
Z |
| Rotation des Werkzeugs um die Werkzeugspindelachse |
ω1 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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