-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kegelrads.
-
Kegelradverzahnungen sind eine Form von Winkelgetrieben. Eine Kegelradverzahnung besteht üblicherweise aus zwei Kegelrädern - und zwar einem Ritzel und einem Tellerrad.
-
Die Prozesskette zur Herstellung eines Kegelrads gliedert sich grundsätzlich in die Prozessschritte Vorverzahnen bzw. Weichbearbeitung, Härten und Hartfeinbearbeitung. Das Vorverzahnen beinhaltet das Einbringen von Zahnlücken in einen unverzahnten, nicht gehärteten Rohling. Anschließend erfolgt das Härten. Nach dem Härten wird das vorverzahnte Werkstück einer Hartfeinbearbeitung unterzogen, wie Schleifen, Läppen, Hartschälen oder dergleichen, um die finale Geometrie und Oberflächenbeschaffenheit des betreffenden Kegelrads zu erzeugen.
-
Für das Vorverzahnen und die Hartfeinbearbeitung von Tellerrädern ist es üblich, die Werkzeuge und die Maschinenkinematik entweder für ein Formverfahren oder ein Wälzverfahren auszulegen.
-
Formverfahren, die auch als Tauchverfahren bezeichnet werden, sind dadurch charakterisiert, dass die Form des Werkzeugs der Form der zu fertigenden Zahnlücken entspricht. Demnach wird die Werkzeugprofilform durch ein reines Eintauchen des Werkzeugs in das Werkstück als Zahnlücke an dem Werkstück abgebildet. Tauchverfahren sind besonders effizient und können für Tellerräder von Kegelradverzahnung eingesetzt werden, deren Übersetzungsverhältnis größer oder gleich 2,5 ist. Demgegenüber werden die Zahnlücken im Zuge eines Wälzverfahrens durch eine Wälzbewegung des Werkzeugs relativ zu dem Werkstück erzeugt.
-
In der betrieblichen Praxis bilden die finale Soll-Geometrie eines zu fertigenden Kegelrads und der zugeordnete Hartfeinbearbeitungsprozess die Grundlage zur Auslegung der Weichbearbeitung.
-
Wird ein Tellerrad beispielsweise im Tauchverfahren mit einer Topfschleifscheibe hartfeinbearbeitet, ist das Vorverzahnen ebenfalls als Tauchverfahren festgelegt, z.B. mit einem Stabmesserkopf. Dabei wird für das Vorverzahnen auf ein zur Hartfeinbearbeitung ähnliches Werkzeugprofil und eine ähnliche Maschinenkinematik zurückgegriffen. Ist für die Hartfeinbearbeitung eines Tellerrads ein wälzendes Verfahren vorgesehen, ist in der betrieblichen Praxis demnach auch die Weichbearbeitung als wälzendes Verfahren festgelegt.
-
Die Hartfeinbearbeitung eines Tellerrads durch Hartschälen ist sehr effizient, kann jedoch nur als wälzendes Verfahren realisiert werden, da ein Tauchverfahren das Hartschälwerkzeug aufgrund der großen Spanlängen mechanisch überlasten würde. Ist für die Hartfeinbearbeitung eines Tellerrads demnach ein Hartschälen vorgesehen, ist dies nur durch wälzende Bearbeitung möglich. Davon ausgehend wird in der betrieblichen Praxis auch die Weichbearbeitung des betreffenden Tellerrads als Wälzverfahren definiert.
-
Dabei ist nachteilig, dass wälzende Verfahren in der Weichbearbeitung im Vergleich zu tauchenden Verfahren weniger effizient sind.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kegelrads anzugeben, dass eine effizientere Weich- und Hartfeinbearbeitung ermöglicht.
-
Die voranstehend beschriebene, technische Problemstellung wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kegelrads, mit den Verfahrensschritten: Vorverzahnen eines Kegelradwerkstücks durch ein Formverfahren, wobei ein Verzahnwerkzeug zum spanabhebenden Herstellen von Zahnlücken in das Kegelradwerkstück eintaucht und wobei während des Eintauchens keine Wälzbewegung zwischen dem Verzahnwerkzeug und dem Kegelradwerkstück stattfindet; Härten des Kegelradwerkstücks; Hartfeinbearbeitung des Kegelradwerkstücks durch Hartschälen, wobei ein Hartschälwerkzeug zum Feinbearbeiten des Kegelradwerkstücks verwendet wird und wobei zwischen dem Hartschälwerkzeug und dem Kegelradwerkstück während des Hartschälens eine Wälzbewegung stattfindet.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass entgegen der üblichen Prozessauslegung eine effizientere Herstellung eines Kegelrads erreicht werden kann, wenn die Weichbearbeitung tauchend, also als Formverfahren, und die Hartfeinbearbeitung desselben Kegelrads wälzend durch Hartschälen erfolgt. Demnach wird entgegen der gängigen Konventionen ein tauchendes Vorverzahnen mit einem wälzenden Feinbearbeiten kombiniert.
-
Wenn vorliegend von einem Härten des Kegelradwerkstücks gesprochen wird, so kann es sich dabei beispielsweise um ein Einsatzhärten, ein Durchhärten oder ein Nitrieren handeln.
-
Das Verzahnwerkzeug und das Härtschälwerkzeug können zwei separate Werkzeuge sein. Das Verzahnwerkzeug zum Vorverzahnen kann z.B. einen ersten Messerkopf mit darin gehaltenen ersten Stabmessern aufweisen und das Härtschälwerkzeug zur Hartfeinbearbeitung kann einen zweiten Messerkopf mit darin gehaltenen zweiten Stabmessern aufweisen.
-
Das Verzahnwerkzeug zum Vorverzahnen und das Härtschälwerkzeug zur Hartfeinbearbeitung können durch ein einzelnes Werkzeug bereitgestellt werden, wobei das Werkzeug z.B. einen Messerkopf mit darin gehaltenen Stabmessern aufweist. Die Stabmesser können nach der Weichbearbeitung für das Hartschälen umgeschliffen werden, um die für das Hartschälen erforderlichen Freiwinkel und Spanwinkel vorzusehen. Demnach weist das Werkzeug in seiner Funktion als Verzahnwerkzeug zum Vorverzahnen eine andere Stabmessergeometrie auf als in seiner Funktion als Hartschälwerkzeug zur Hartfeinbearbeitung. Alternativ kann das Werkzeug sowohl in seiner Funktion als Verzahnwerkzeug zum Vorverzahnen als auch in seiner Funktion als Hartschälwerkzeug zur Hartfeinbearbeitung dieselbe Stabmessergeometrie aufweisen.
-
Die Begriffe Vorverzahnen und Weichbearbeitung werden vorliegend synonym verwendet.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens können vor dem Vorverzahnen die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: Definieren einer Soll-Geometrie des zu fertigenden Kegelrads; Definieren der Hartfeinbearbeitung, wobei die Geometrie des Hartschälwerkzeugs und die Wälzbewegung zur Herstellung der Soll-Geometrie für das Hartschälen festgelegt werden; Definieren einer Vorverzahngeometrie des zu fertigenden Kegelrads ausgehend von der Soll-Geometrie, wobei die Vorverzahngeometrie im Vergleich zur Soll-Geometrie ein Aufmaß aufweist, das für das Hartschälen vorgehalten wird; Definieren des Vorverzahnens, wobei die Geometrie des Verzahnwerkzeugs und die Tauchbewegung zur Herstellung der Vorverzahngeometrie festgelegt werden.
-
Bei dem Kegelrad handelt es sich insbesondere um ein Tellerrad einer Kegelradverzahnung, wobei die Kegelradverzahnung das Tellerrad und ein zugeordnetes Ritzel aufweist. Das Ritzel kann in bekannter Weise durch eine wälzende Weich- und Hartfeinbearbeitung bereitgestellt werden.
-
Die Kegelradverzahnung kann eine Übersetzung ausgewählt aus einem Bereich größer oder gleich 2,5 und kleiner oder gleich 6 aufweisen, wobei die Übersetzung als Quotient aus der Antriebsdrehzahl geteilt durch die Abtriebsdrehzahl bzw. als Quotient der Zähnezahl des Tellerrads geteilt durch die Zähnezahl des Ritzels definiert ist.
-
Es kann vorgesehen sein, dass ein Achswinkel der Kegelradverzahnung, also derjenige Winkel, um den die zu übertragende Leistung umgelenkt werden soll, ausgewählt aus einem Bereich zwischen einschließlich 75° bis einschließlich 105° beträgt. Mit anderen Worten liegt der Achswinkel der Kegelradverzahnung in einem Bereich von 90° +/- 15°.
-
Die Weichbearbeitung und die Hartfeinbearbeitung des Kegelrads können durch kontinuierlich teilende Verfahren erfolgen. Alternativ können die Weichbearbeitung und die Hartfeinbearbeitung durch einzelteilende Verfahren erfolgen.
-
Das Tellerrad ist insbesondere ein Spiralkegelrad.
-
Ein jeweiliger Zahn des fertig bearbeiteten Kegelrads kann eine konstante Zahnhöhe und eine verlängerte Epizykloide als Flankenlängslinie haben.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Verzahnwerkzeug ein Stabmesserkopf mit austauschbaren Stabmessern ist. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Hartschälwerkzeug ein Stabmesserkopf mit austauschbaren Stabmessern ist.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die Hartfeinbearbeitung als Trockenbearbeitung ohne Einbringen eines Kühlschmierstoffs durchgeführt wird.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt schematisch:
- 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
In einem ersten Schritt (I) erfolgt ein Definieren einer Soll-Geometrie des zu fertigenden Kegelrads. Hierzu wird eine Kegelradverzahnung, die ein Ritzel und ein Tellerrad aufweist, ausgelegt.
-
Die Kegelradverzahnung hat eine Übersetzung größer als 2,5 und kleiner als 6. Die nachfolgenden Ausführungen zur Prozessauslegung und Prozessdurchführung betreffen allein das Tellerrad. Das zum Tellerrad passende Ritzel wird separat vom Tellerrad sowohl in der Weich- als auch in der Hartfeinbearbeitung durch wälzende Verfahren hergestellt.
-
Im nächsten Schritt (II) erfolgt ein Definieren der Hartfeinbearbeitung des Tellerrads, wobei die Geometrie des Hartschälwerkzeugs und die Wälzbewegung zur Herstellung der Soll-Geometrie des Tellerrads für das Hartschälen festgelegt werden.
-
Danach erfolgt im Schritt (III) ein Definieren einer Vorverzahngeometrie des zu fertigenden Tellerrads ausgehend von der vorgenannten Soll-Geometrie, wobei die Vorverzahngeometrie im Vergleich zur Soll-Geometrie ein Aufmaß aufweist, das für das Hartschälen vorgehalten wird. Zudem erfolgt im Schritt (III) ein Definieren des Vorverzahnens, wobei die Geometrie des Verzahnwerkzeugs und die Tauchbewegung zur Herstellung der Vorverzahngeometrie festgelegt werden.
-
Das Ziel des Vorverzahnens bzw. Weichbearbeitung ist demnach, die Soll-Geometrie bis auf ein verbleibendes Aufmaß aus einem unverzahnten Rohling herauszuarbeiten, um ein möglichst effizientes Hartfeinbearbeiten zu ermöglichen, wobei im Zuge des Hartfeinbearbeitens das verbleibende Aufmaß abgetragen wird.
-
Nach der vorgenannten Auslegung des Prozesses und der zugeordneten Werkzeuge erfolgt im nächsten Schritt (IV) ein Vorverzahnen eines Kegelradwerkstücks bzw. Tellerradwerkstücks durch das zum Vorverzahnen definierte Formverfahren, wobei das Verzahnwerkzeug zum spanabhebenden Herstellen von Zahnlücken in das Tellerradwerkstück eintaucht und wobei während des Eintauchens keine Wälzbewegung zwischen dem Verzahnwerkzeug und dem Tellerradwerkstück stattfindet. Das Vorverzahnen erfolgt auf einer Kegelradverzahnmaschine. Das Verzahnwerkzeug wird daher ohne eine Wälzbewegung eingetaucht und demnach ohne eine Wälzbewegung auf die für die Weichbearbeitung vorgesehene Zahntiefe zugestellt.
-
Anschließend erfolgt im Schritt (V) das Härten des vorverzahnten Tellerradwerkstücks.
-
Im nächsten Schritt (VI) erfolgt die zuvor definierte Hartfeinbearbeitung des Tellerradwerkstücks durch Hartschälen wobei das Hartschälwerkzeug zum Feinbearbeiten des Tellerradwerkstücks verwendet wird und wobei zwischen dem Hartschälwerkzeug und dem Tellerradwerkstück während des Hartschälens eine Wälzbewegung stattfindet.
