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Kegelrad-Ausgleichsgetriebe oder
-Differentialgetriebe werden u.a. in Kraftfahrzeugen in zweirädrige Antriebsachsen
eingebaut, um den Wegunterschied der einzelnen Räder bei Kurvenfahrt auszugleichen.
Sie haben ein Gehäuse,
in dessen Inneren vier miteinander kämmende Kegelzahnräder angeordnet
sind, nämlich
zwei zueinander koaxiale Sonnenräder,
die auf Sonnenrad-Abtriebswellen sitzen, und zwei zueinander koaxiale
Planetenräder, die
auf Planetenrad-Achsbolzen gelagert sind. Dementsprechend hat das
Gehäuse
ein erstes Paar von miteinander koaxial fluchtenden Bohrungen zur
Aufnahme der Sonnenradwellen und ein zweites Paar von zueinander
koaxial fluchtenden Bohrungen zur Aufnahme des Planetenrad-Achsbolzens,
wobei die beiden Bohrungspaare unter rechtem Winkel zueinander angeordnet
sind. An der Gehäuseinnenfläche sind
die Ausmündungen
der Bohrungen von ringförmigen
Lagerflächen
umgeben, die eben oder schalenförmige
(kalottenförmig)
sein können
und zur rückseitigen
Abstützung
der Sonnenräder
bzw. Planetenräder
dienen. An der Außenseite
hat das Gehäuse
einen Flansch, an dem ein Zahnkranz zur Einleitung der Antriebskraft
in das Gehäuse
befestigt werden kann. Ferner hat das Gehäuse seitliche Fenster, durch
die die verschiedenen Sonnen- und Planetenräder in das Gehäuseinnere
bei der Montage des Getriebes eingebracht werden können.
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Das Erzielen eines hohen Qualitätsniveaus, bezogen
auf bestimmte Maßtoleranzen,
Formund Lagertoleranzen sowie Oberflächen des Getriebegehäuses bestimmt
maßgeblich
die Qualität
des gesamten Kegelrad-Ausgleichsgetriebes. Die Anforderungen an
die Qualität
und Maßtoleranzen
sind in letzter Zeit zunehmend gestiegen.
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Derzeit werden derartige Gehäuse in Drehmaschinen
mit angetriebenen Drehwerkzeugen in mindestens zwei Einspannlagen
fertig gedreht, einschließlich
der Herstellung der Bohrungen zur Aufnahme der Sonnenradwellen und
der Planetenrad-Achsbolzen.
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Fluchtungenauigkeiten der Bohrungen
für die
Sonnenradwellen und Planetenradachsbolzen entstehen aufgrund getrennter
Bearbeitung in einer ersten und einer zweiten Drehoperation unter Änderung
der Einspannung des Werkstücks.
Ferner sind die in einer Drehoperation mit erzeugten Bohrungen für die Planetenrad-Achsbolzen
in ihrem Bezug zur Flanschschulterfläche an der Gehäuseaußenseite
einer Streuung infolge des Verschleißes des die Flanschschulter
bearbeitenden Werkzeuges ausgesetzt, wenn die Position der Flanschschulter
vor der Bohroperation nicht meßtechnisch
ermittelt und als Lageverschiebung der Bohrachsposition berücksichtigt
wird.
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Zur Bearbeitung der inneren Lagerflächen, die
ringförmig
die Ausmündungen
der Bohrungen an der Gehäuseinnenfläche umgeben,
werden Schneidmesser verwendet, die der gewünschten Lagerflächenkontur
entsprechen. Diese werden durch das Fenster in den Innenraum des
Getriebegehäuses eingebracht
und von Antriebsdornen, die durch die Bohrungen eingeführt werden,
ergriffen und in Drehung versetzt, wobei sie durch Längsverschiebung der
Dorne in die eine oder andere Position zu Eingriff an den zu bearbeitenden
Lagerflächen
gebracht werden. Hohe Belastungen der langen Schneidkante und hohe
Bearbeitungszugabe führen
zu prozessunsicheren, teilweise unberechenbaren Standzeiten, Oberflächengüte, Maßhaltigkeit
und Winkelgenauigkeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die eine Endbearbeitung
des Getriebegehäuses
derart ermöglichen, daß die nach
der Vorbearbeitung noch verbliebenen Ungenauigkeiten beseitigt werden
und Gehäuse
für Kegelradausgleichsgetriebe
mit schalenförmigen und/oder
planen Lagerflächen
im Gehäuseinneren
in großer
Stückzahl
wirtschaftlich und prozesssicher mit sehr hoher Genauigkeit und
Oberflächengüte hergestellt
werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
das im Anspruch 1 angegebene Verfahren sowie die im Anspruch 3 angegebene
Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 das
zu bearbeitende Gehäuse
für ein Kegelrad-Ausgleichsgetriebe
im Schnitt, wobei die Schnittebene in der gemeinsamen Achsebene
der beiden Bohrungspaare liegt;
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2 in
schematischer Draufsicht das allgemeine Layout einer Bearbietungsmaschine
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 bis 7 zeigen, jeweils in Schnittdarstellung
entsprechend 1, verschiedene
Phasen der Endbearbeitung des Getriebegehäuses.
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Das in 1 dargestellte
Gehäuse 1 für ein Kegelrad-Ausgleichsgetriebe
hat an seiner Außenseite
einen Flansch 3 mit einer exakt bearbeiteten Schulterfläche 3'. Diese dient
zur Befestigung eines Zahnkranzes (nicht dargestellt) zur Kopplung
des Getriebegehäuses 1 mit
einer Antriebswelle. Das Getriebegehäuse 1 hat ein erstes
Paar von koaxial miteinander fluchtenden Bohrungen 7 für die Lagerung von
zwei, je ein Sonnenrad (nicht dargestellt) tragenden Sonnenrad-Achswellen
(nicht dargestellt). Jede Bohrung 7 ist an ihrer Ausmündung an
der Gehäuseinnenwand
von einer ringförmigen,
planen Lagerfläche 9 umgeben,
die als Abstützfläche für die Rückseite
des jeweiligen Sonnenrades dient.
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Ferner weist das Gehäuse 1 ein
zweites Paar von koaxial miteinander fluchtenden Bohrungen 11 auf,
die zur Aufnahme von Achsbolzen (nicht dargestellt) dienen, auf
denen Planeten-Kegelräder (nicht
dargestellt) gelagert sind. Jede Bohrung 11 ist an ihrer
Ausmündung
an der Gehäuseinnenwand von
einer ringförmigen
Lagerfläche 13 umgeben,
die im vorliegenden Fall sphärisch-schalenförmig ausgebildet
ist, für
die Abstützung
der Rückseite
des Planetenrades. Die gemeinsame Achse 15 der Bohrungen 7 steht
rechtwinklig zur gemeinsamen Achse 17 der Bohrungen 11.
In einer Seitenwandung des Gehäuses 1 ist
ein großes
Fenster 19 ausgebildet, durch das bei der Montage des Kegelrads-Ausgleichsgetriebes
die verschiedenen Zahnräder
in das Innere des Gehäuses
eingebracht werden können.
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An dem in 1 dargestellten, vorbearbeiteten Gehäuse sollen
die folgenden Flächen
einer Fein- bzw. Endbearbeitung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
unterzogen werden: Die inneren Umfangsflächen der Bohrungen 7 und 11 sowie
die die Bohrungen 7 umgebenden planen Lagerflächen 9 und
die die Bohrungen 11 umgebenden schalenförmigen Lagerflächen 13.
Dabei werden die folgenden Bearbeitungstoleranzen und Genauigkeiten
angestrebt und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch erzielt:
- 1. Winkelabweichungen von < 0,02 mm jeder der planen Lagerflächen 9 für die Abstützung der Sonnenradrückseite
relativ zur zugehörigen
Bohrung 7, und zwar bei einer Fertigung mit einer Prozesssicherheit
mit einem cmk-Wert gleich oder kleiner 1,67.
- 2. Sehr genaue Koaxialität
der beiden Bohrungen 7 zueinander.
- 3. Gleiche und eng tolerierte Achsabstände jeder die den Planetenrad-Achsbolzen
aufnehmende Bohrungen 11 relativ zu jeder der ebenen Lagerflächen 9 für die Sonnenrad-Abstützung, d.h.
mit anderen Worten eine exakt mittige Lage der Bohrungsachse 17 zwischen
den beiden Lagerflächen 9.
- 4. Winkelgenauigkeit von gleich oder kleiner 0,03 mm jeder der
den Planetenrad-Achsbolzen
aufnehmende Bohrungert 11 bezüglich der Achse 15 oder
anderen Bezugslinie, z.B. einer Mantellinie D-E der die Sonnenrad-Achswellen
aufnehmenden Bohrungen 7, sowie eine Symmetrie von gleich
oder kleiner 0,02 relativ zur Bezugslinie D-E.
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Die in 2 nur
ganz schematisch dargestellte Bearbeitungsmaschine hat zwei Revolverköpfe 21, 21a,
die sich mit Abstand gegenüberstehen und
an Fahrständern 23, 23a in
Richtung der Achse 25, das heißt in der mit Z bezeichneten
Richtung, verfahrbax sind. Jeder Revolverkopf 21, 21a ist
mit mehreren, zum Beispiel vier, antreibbaren Werkzeugspindeln versehen,
die unterschiedliche Werkzeuge a, b, c, d aufnehmen können und
durch Drehen des Revolverkopfes 21, 21a abwechselnd
in die bei 27, 27a angegebene Arbeitsstellung
gebracht, in der sich die Spindeln exakt koaxial längs der
Achse 25 gegenüberstehen.
Die Maschine hat ferner eine Werkstück-Einspannvorrichtung (nicht
dargestellt), mit der ein Werkstück
in Form eines Kegelrad-Getriebegehäuses 1 gemäß 1 in einer Beladeposition 1' eingespannt
und dann in die Bearbeitungsposition 1 gemäß 2 gebracht werden kann,
in der die zu bearbeitenden Bohrungen mit den von den Spindeln 27, 27a getragenen
Werkzeugen, zum Beispiel d, d', fluchteri.
Ferner ist die Einspannvorrichtung um eine zur Z-Achse 25 rechtwinklige
Achse, die in 2 mit 29 angegeben
ist, um 90° derart
drehbar, daß wahlweise
die Bohrungen 7 oder die dazu senkrechten Bohrungen 11 des
Gehäuses 1 von 1 koaxial fluchtend mit
der Achse 25 und damit mit den in Arbeitsposition befindlichen
Spindeln 27, 27' gebracht werden
können,
und zwar ohne die Einspannung des Werkstücks, d.h. des Gehäuses 1,
an der Eirispannvorrichtung ändern
zu müssen.
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Ferner besitzt die Maschine gemäß 2 eine Messer-Zuführmeclianik 31,
die entsprechend den angegebenen Pfeilen in Richtung der Achse 25 sowie
senkrecht dazu bewegbar ist und mit der Schneidmesser, wie bei e
und f angedeutet, durch das Fenster 19 des Gehäuses 1 (1) in das Gehäuseinnere
gebracht werden können,
damit sie von in die Arbeitsspindeln 27, 27' eingesetzten
Dornen d, d' ergriffen
und angetrieben werden können,
um die Innenflächen
des Gehäuses 1 zu
bearbeiten.
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Mit einer solchen Maschine wie in 2 gezeigt, werden erfindungsgemäß die nachfolgend
anhand von 3 bis 7 beschriebenen Endbearbeitungsschritte
durchgeführt,
wobei die beschriebene Reihenfolge der Schritte nur ein Beispiel
darstellt. In den 3 bis 7 ist die Blickrichtung parallel
zur Achse 29 von 2.
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Gemäß 3 ist das das Werkstück darstellende Gehäuse 1 mittels
der (nicht dargestellten) Einspannvorrichtung so orientiert, daß die zur
Aufnahme der Planetenrad-Achsbolzen bestimmten Bohrungen 11 koaxial
zu den in Arbeitsposition befindlichen Spindeln 27, 27' sind. Für den in 3 dargestellen Bearbeitungsvorgang
sind in diese Spindeln zwei Dorne 33, 33' eingesetzt,
die durch die Öffnungen 11 hindurch
in das Innere des Gehäuses 1 vorschiebbar sind,
um dort ein zweiseitiges Schneidwerkzeug 35 zu ergreifen
und festzuklemmen, das von der Zuführmechanik 31 (durch
das Fenster 19) in das Innere des Gehäuses I eingebracht worden ist.
Das Schneidwerkzeug 35 hat eine zur Bearbeitung der scha lenförmigen Lagerflächen 13 (1) geeignete Form und wird
durch axiales Verschieben der Dorne 33, 33' in Richtung
der Achse 25 in Anlage an die eine bzw. andere der Lagerflächen 13 gebracht,
um diese unter Rotation der Dorne 33, 33' zu bearbeiten.
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Es schließt sich dann, ohne Änderung
der Position des Werstücks 1,
der in 4 dargstellte Bearbeitungsschritt
an, für
den mittels der Revolverköpfe 21, 21a zwei
Spindeln 27, 27' in
Arbeitsposition gebracht werden, die mit Werkzeugen 37 zur
Bearbeitung der inneren Umfangsflächen der den Planetenrad-Achsbolzen
aufnehmende Bohrungen 11 bearbeiten. Bei den Werkzeugen 37 kann
es sich um Werkzeuge ausschließlich
zur Fertigbearbeitung, zum Beispiel um Reibwerkzeuge handeln, oder
auch um Kombi-Werkzeuge zur Vor- und Fertigbearbeitung, die in ihrem
vorderen Bereich mit Vorbearbeitungs-Schneiden und im hinteren Bereich
mit Fertigbearbeitungs-Schneiden versehen sind.
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Die in 5 dargestellte
Bearbeitung kann zusätzlich
zu oder anstelle von dem Bearbeitungsschritt gemäß 4 durchgeführt werden. Gemäß 5 wird nur von einer Seite
her ein langes Bearbeitungswerkzeug 39 durch beide Bohrungen 11 des Gehäuses 1 hindurchgeführt, um
deren Innenumfangsflächen
zu bearbeiten. Bei diesem Arbeitsschritt ist somit nur eine der
beiden Spindeln 27, 27'
von 2 in Betrieb.
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Vor den nun folgenden Arbeitsschritten
wird das Werkstück 1 mittels
der schwenkbaren Einspannvorrichtung, ohne Änderung seiner Einspannung,
um 90° gedreht
oder gekippt, und zwar um eine Achse, die senkrecht zur Zeichenebene
von 5 durch die Schnittpunkte
der Achsen der Bohrungen 7 und 11 verläuft. Hierdurch
gelangen die Bohrungen 7, die zur Aufnahme der Sonnenrad-Achswellen
bestimmt sind, in die mit der Achse 25 der Arbeitsspindeln 27, 27'
(2) koaxiale Arbeitsstellung.
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Es erfolgt nun gemäß 6 eine Bearbeiturtg der
die Bohrungen 7 an der Gehäuseinnenfläche umgebenden planen Lagerflächen 9 mittels
eines zweiseitigen planen Schneidwerkzeugs 41, das mittels
der Zuführmechanik 31 (2) durch das Fenster 19 in
das Gehäuseinnere
eingebracht und dann von zwei in die Arbeitsspindeln 27, 27' eingesetzten
Dornen 43, 43' ergriffen
und verriegelt wird. Unter Drehung und axialer Verschiebung der
Dorne
43, 43' wird
mit dem Schneidwerkzeug 41 zuerst die eine und dann die
andere der planen Lagerflächen 9 fertig
bearbeitet. Entsprechend dem größeren Durchmesser
der Bohrungen 7 gegenüber
den Bohrungen 11 haben auch die in 6 verwendeten Dorne 43, 43' einen größeren Durchmesser
als die in dem Arbeitsschritt gemäß 3 verwendeten Dorne 33, 33'.
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In derselben Werkstückposition
wie in 6 schließt sich
der Arbeitssschritt gemäß 7 an, bei dem die inneren
Umfangsflächen
der zur Aufnahm der Sonnenrad-Achswellen bestimmten Bohrungen 7 mit
zwei von den Arbeitsspindeln 27, 27' (2)
getragenen Werkzeugen 45, 45' fertig bearbeitet werden. In gleicher
Weise, wie beim Arbeitsschritt gemäß 4 beschrieben, kann es sich auch bei
den Werkzeugen 45, 45' um reine Fertigbearbeitungswerkzeuge,
zum Beispiel Reibwerkzeuge, oder um Kombi-Werkzeuge zur Vor- und
Fertigbearbeitung handeln.
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Wie erwähnt, ist die Erfindung nicht
an eine bestimmte Reihenfolge der geschilderten Bearbeitungsschritte
gebunden. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des Verfahrens,
bei der die Arbeitsschritte in der Reihenfolge 7, 6, 4, 3 durchgeführt werden.