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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Kombinationswerkzeug zur Bearbeitung von Zahnradzähnen, aufweisend
eine Mehrzahl von in einer Drehumfangsrichtung des Kombinationswerkzeuges
angeordneten Werkzeugzähnen
zum Eingriff mit Zahnradzähnen,
wobei Werkzeugzähne
jeweils zumindest ein sich zu zumindest einer Seite hin verjüngendes Abkantsegment
und ein sich an die verjüngte
Seite des Abkantsegments zumindest bereichsweise querschnittsentsprechend
anschließendes
Glättsegment umfassen.
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Derartige Werkzeuge dienen dazu,
den bei der Zahnradfertigung durch Fräsbearbeitung an den Zahnstirnrändern gebildeten
sog. Primärgrat
zu entfernen. Das Werkzeug, welches auf gleicher Drehachse oder
bspw. achsparallel zu dem zu bearbeitenden Zahnrad gelagert ist,
weist durch die Abkant- und Glättsegmente
quasi gleichfalls eine Verzahnung auf, die in die Verzahnung des
zu bearbeitenden Zahnrades (d. h. des Werkrades) bei einem Drehantrieb
von Werkzeug und/oder Werkrad kämmend
eingreift. Indem von dem Werkzeug ein radialer Druck auf das Werkrad
ausgeübt
wird, bewirken die sich zu einer Seite hin verjüngenden Abkantsegmente bei
ihrem Eingriff in Zahnlücken
des Werkrades eine Abkantung bzw. Ausbildung begrenzter Fasen an
den Zahnstirnkanten unter gleichzeitiger Beseitigung des davon ausgehenden
Primärgrats.
Besonders wenn die Abkantung durch eine Stauchung, d. h. Umformung
der Zahnstirnkanten vorgenommen wird, kommt es je nach Materialverhalten
durch den Quetschvorgang zu einer Materialumverteilung, die bei
Verwendung reiner Abkantwerkzeuge zu sog. Sekundärgraten an den Zahnflanken
wie auch den Zahnstirnseiten des Werkrades führen kann. Auch ist es mit
dem bekannten Kombinationswerkzeug nicht möglich, auch einen Grat an einer
an der Stirnseite des Werkrades im Bereich der Zahnspitzen angedrehten
Fase bzw. im Bereich eines Kopfkantenbruches zu beseitigen. Für eine Bearbeitung
von Kopfkantenfasen sind aus der
G
8307877.0 sog. Drückscheiben
bekannt, des Weiteren Schneidwerkzeuge zur Entfernung von Stirngraten.
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Ein gattungsgemäßes Kombinationswerkzeug ist
aus der Offenlegungsschrift
DE
2534574 bekannt (vgl.
2 und
3). Das darin beschriebene Kombinationswerkzeug
besteht aus einem Führungsrad,
an dessen beiden Stirnseiten je ein Schneidrad befestigt ist. Die
Schneidräder
besitzen in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Abkantsegmente,
die sich trapezförmig
verjüngen
und die bei einer kämmenden
Drehbewegung von Werkzeug und Werkrad unter radialer Druckwirkung
die Abkantung bewirken. Von dem verjüngten Ende der Abkantsegmente
gehen unmittelbar parallelwandige, durch die Zähne des Führungsrades gebildete Glättsegmente aus,
deren einem Abkantsegment abgewandtes Ende seinerseits unmittelbar
an ein Abkantsegment der gegenüberliegenden
Schneidscheibe angeschlossen ist. Die Entstehung von Sekundärgraten an
den Zahnflanken soll durch die sich an die Abkantsegmente anschließenden Zähne des
Führungsrades
verhindert werden. Andererseits sind Einschränkungen derart gegeben, dass
mit dem Kombinationswerkzeug nur Zahnräder mit einer bestimmten vorgegebenen
Zahnbreite bearbeitet werden können,
bzw. setzt die Umrüstung
auf andere Zahnradbreiten angesichts der drehfest mit dem Führungsrad
verbundenen Schneidräder
einen unerwünschten
Arbeits- und Zeitaufwand
voraus. Auch führen
schon bei unveränderter
gewünschter
Zahnradbreite im Herstellungstoleranzbereich liegende Breitenschwankungen
des Werkrades zu Auswirkungen auf die Breite und Tiefe der Abkantungen,
mithin auch auf den erforderlichen radialen Druck bzw. Anstellweg,
was hinsichtlich des Gebrauchs des Werkzeuges und der erzielbaren
Abkantgenauigkeit als nachteilig empfunden wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt der
vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kombinationswerkzeug
unter weitgehender Vermeidung der vorgenannten Nachteile gebrauchsvorteilhaft
weiterzubilden.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die
in den Ansprüchen
wiedergegebene Erfindung, wobei der Anspruch 1 zunächst und
im Wesentlichen darauf abstellt, dass das Kombinationswerkzeug zumindest ein
Andrückelement
aufweist mit einem sich zumindest abschnittsweise in Drehumfangsrichtung
zwischen zwei Werkzeugzähnen
erstreckenden Außenmantel
zum Andrücken
gegen eine Zahnradzahnfläche.
Damit wird insgesamt vorteilhaft erreicht, dass in nur einem Arbeitsgang
eine Abkantung bzw. Entgratung der Zahnstirnkanten unter Vermeidung
von Sekundärgratentstehung
an den Zahnflanken bei gleichzeitiger Entgratung bzw. Glättung einer
bspw. angedrehten Zahnradzahnfläche
durch das Andrückelement
erfolgen kann. Hinsichtlich des Außenmantels ist bevorzugt, dass
dieser eine Konusfläche
aufweist zum Andrücken
gegen eine zur Zahnradstirnfläche
geneigte Kopfkantenfase/Kopfkantenbruchfläche als Zahnradzahnfläche. Zu
diesem Zweck kann die Konusfläche
mit der Werkzeugdrehachse einen Winkel einschließen, der dem von der Kopfkantenfase
mit der Zahnraddrehachse eingeschlossenen Winkel entspricht. Auch
ist der Außenmantel
bevorzugt in seiner radialen Erstreckung an eine radiale Erstreckung
einer von dem Andrückelement
zu glättenden
bzw. zu entgratenden Zahnradzahnfläche angepaßt. Das Glättsegment weist zumindest im
Bereich eines querschnittsentsprechenden Anschlusses an das Abkantsegment
eine Formgebung auf, so dass davon bei einer Bearbeitung Wandungsbereiche
an den Werkradzahnflanken angrenzend an die beim Abkanten erzeugten
Schrägen
anliegen, wodurch die Sekundärgratbildung
an den Zahnflanken verhindert wird. Eine zweckmäßige Gestaltung kann unter
Berücksichtigung
der Form der Zahnflanken des zu bearbeitenden Zahnrades darin bestehen, dass
das Glättsegment
einander gegenüberliegende Flanken
aufweist, die in einem zu der Zahnradialrichtung im Wesentlichen
senkrechten Querschnitt entlang Zahnbreitenrichtung im Wesentlichen
parallel zueinander verlaufen. Alternativ besteht bei einer von dem
Anschlussquerschnitt des Glättsegments
zu dem Abkantsegment ausgehenden weiteren Verjüngung des Glättsegmentes
die Mög lichkeit,
dass die Flanken des Glättsegments
in der vorbezeichneten Bezugsebene einen kleineren Winkel als gegenüberliegende
Flanken des Abkantsegmentes einschließen. In einer solchen, zu der
Radialrichtung senkrechten Bezugsebene bzw. in einer an die Umfangsrichtung
angeschmiegten Bezugsfläche
kann das Abkantsegment bevorzugt einen trapezförmigen Querschnitt mit geneigten
Seitenflächen,
welche die Bearbeitungsflanken bilden, aufweisen. Von den ungleich
langen Parallelkanten kann die kürzere
eine Berandung bilden, an die sich das Glättsegment mit korrespondierender
Querschnittskantenlänge,
d. h. querschnittsentsprechend, anschließt. In dieser Betrachtung kann
der Querschnitt des Glättsegmentes selbst
ebenfalls Trapezform mit gegenüber
dem Abkantsegment vorzugsweise geringerer Neigung der Seitenkanten,
oder auch beispielsweise eine rechteckige oder ähnliche Form besitzen. Hinsichtlich
der Bearbeitungsflanken von Abkantsegmenten und/oder Glättsegmenten
besteht grundsätzlich
die Möglichkeit,
dass diese in der vorgenannten Bezugsfläche als Geraden oder auch unter
Berücksichtigung der
Zahnflankenform des Zahnrades als gekrümmte, vorzugsweise konvexe
Konturen verlaufen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung ist
dadurch möglich,
dass sich das Glättsegment
in einer Zahnhöhen-
bzw. Zahnradialrichtung des Kombinationswerkzeuges im Wesentlichen
oder unmittelbar ausgehend von einem radial äußeren Rand des Außenmantels
des Andrückelementes
in Zahnbreitenrichtung querschnittsentsprechend an das Abkantsegment
anschließt.
Dadurch ist zu erreichen, dass an den zu bearbeitenden Zahnflanken
auch im zahnkopfnahen, insbesondere in einem an eine Kopfkantenfase
anschließenden,
Bereich durch das Glättsegment
eine Sekundärgratbildung
vermieden wird. In weiterer Konkretisierung besteht die Möglichkeit, dass
die Formgebung von Abkantsegment, Glättsegment und Andrückelement
in der Weise angepaßt
ist, dass sich in Bearbeitungsposition des Kombinationswerkzeugs
zu einem zu bearbeitenden Zahnrad der querschnittsentsprechende
Anschluss des Glättsegments
an das Abkantsegment in einem auf das Werkzeug bezogenen Radienintervall
er streckt, dessen Innenradius in einem bei der Bearbeitung überlappenden
Werkrad-Radienintervall einer Kopfkantenfase oder im Bereich ihres Überganges
zu einer Stirnfläche
des zu bearbeitenden Zahnrades liegt. Alternativ oder kombinativ
kann das Glättsegment
dem Abkantsegment in Zahnbreitenrichtung gegenüberliegend ein freiliegendes
Ende aufweisen, so dass zwei zur beidseitigen Bearbeitung eines
Zahnrades auf einer Drehachse gegenüberliegende Kombinationswerkzeuge
nicht nur in Radialrichtung, sondern jeweils auch in Axialrichtung
zu dem zu bearbeitenden Zahnrad zustellbar sind und demzufolge auch Zahnräder unterschiedlicher
Zahnbreite ohne werkzeugseitigen Austausch zu bearbeiten sind. Ein
weiterer, grundsätzlich
auch eigenständiger
Gedanke der Erfindung geht auch dahin, dass zwei auf einer Drehachse
zur beidseitigen Zahnradbearbeitung angeordnete Kombinationswerkzeuge
auch noch während
der Zahnradbearbeitung in Axialrichtung verfahrbar sind, so dass
entsprechend ihr axialer Abstand auch während der Bearbeitung einstellbar
ist. Zum Gegenstand der Erfindung zählt sowohl eine Bearbeitungsvorrichtung,
bei der dieses Merkmal verwirklicht ist, als auch ein Bearbeitungsverfahren, bei
dem diese Verfahrbewegung bzw. Abstandsänderung während der Zahnradbearbeitung
erfolgt. Die Herstellung des Kombinationswerkzeuges kann vereinfacht
werden, wenn es mehrere Werkzeugscheiben umfaßt, die zueinander konzentrisch
und in bestimmbarer Relativdrehlage drehfest miteinander verbindbar
sind, wobei eine Werkzeugscheibe Abkantsegmente, eine weitere Werkzeugscheibe
Glättsegmente
und eine weitere Werkzeugscheibe das Andrückelement aufweist. Dies bietet
zudem die Möglichkeit,
einzelne oder mehrere der Werkzeugscheiben zu entnehmen und ggf.
gegen andere Werkzeugscheiben auszutauschen, um bspw. eine Anpassung
an eine abweichende Zahngeometrie oder eine Wartung, wie bspw. ein
Nachschleifen, vornehmen zu können.
Weiter ist bevorzugt, dass Werkzeugzähne in einem zu einer jeweiligen
Zahnradialrichtung senkrechten Zahnquerschnitt bezüglich einer
in Zahnbreitenrichtung mittig oder hierzu parallel verlaufenden
Achse im Wesentlichen achsensymmetrisch ausgebildet sind, wodurch
beim Eingriff des Werkzeugzahns in eine Zahnlücke des Werkrades eine entsprechend
symmetrische Bearbeitung der beiden angrenzenden Werkradzähne möglich ist. Auch
besteht die Möglichkeit,
dass die Ausgestaltung, d. h. Formgebung und/oder Lage, des Andrückelementes
in der Weise auf die Zahnform von Werkzeugzähnen abgestimmt ist, dass beim
Andrücken des
Andrückelementes
gegen zugeordnete Zahnradzahnflächen
die von den Abkantsegmenten und die von den Glättsegmenten auf Werkradzähne übertragenen
Druckkräfte
in einem gewünschten
Größenverhältnis zueinander
stehen.
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Die Ausgestaltung des Andrückelementes hinsichtlich
der Lage und/oder Formgebung kann auch unter Berücksichtigung der Werkradzähne in der
Weise auf die Zahnform von Werkzeugzähnen abgestimmt sein, dass
beim Andrücken
des Andrückelementes
gegen ihm zugeordnete Zahnradzahnflächen eine vorbestimmte feste
Zustellung oder eine mehrachsig gekoppelt verstellbare Zustellung
mit in einem Zustellbereich gleichbleibender Abkantung erhalten
wird. Die erste Alternative kann durch einen in Radial- und/oder
Zahnbreitenrichtung zwischen Andrückelement und Zahnradzähnen wirksamen
Formschluss erhalten werden. Zur Erzielung der zweiten Alternative
wird durch die Lage und Formgebung des Andrückelements in der aus den beiden
vorgenannten Richtungen gebildeten Ebene eine Gleitkurve vorgegeben,
die die Abhängigkeit
von radialer und axialer Zustellung bestimmt. Die Gleitkurve kann bspw.
durch den Konuswinkel der Mantelfläche oder durch eine ballige
Kontur der Mantelfläche
beeinflußt werden.
Zu dem vorgenannten Zweck kann das Andrückelement alternativ oder kombinativ
zu der zur Entgratung von Zahnflächen
dienenden Mantelfläche eine
speziell hierauf abgestimmte Andruckfläche bieten, und Andrückelemente
zweier, zur beidseitigen Zahnradbearbeitung vorgesehener Kombinationswerkzeuge
können
die entsprechende Wirkung jeweils einzeln oder in Zusammenspiel
bewirken. Durch die vorgeschlagenen Lösungen wird die Einstellung
der Werkzeugzustellung zur reproduzierbaren Erzielung gewünschter
Abkantungen vereinfacht, wobei auch die Empfindlich keit gegenüber Toleranzen
oder Änderungen
der Werkradbreite verringert ist. Indem eine gewünschte Abkanttiefe der Zähne nicht überschritten
wird, wird auch die von den Werkzeugzähnen übertragene Kraft und demzufolge
der hieran auftretende Verschleiß begrenzt.
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Insbesondere kann das Andrückelement
bezüglich
der Zahnbreitenrichtung im Übergangsbereich
von Abkantsegmenten und Glättsegmenten
liegen, so dass die vorgenannten Segmente in Zahnbreitenrichtung
jeweils zu einem Ende hin über
das Andrückelement
hinausragen. Die Fertigung und Montage des Kombinationswerkzeuges
kann insbesondere in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Kombination
von Werkzeugscheiben dadurch vereinfacht werden, dass das Andrückelement
beispielsweise als Kreisscheibe ausgebildet ist und die Werkzeugzähne durch
eine jeweils darin gebildete Ausnehmung durchtritt, die angrenzend
an Berührflächen zwischen
Abkant- und/oder Glättsegmenten vorgesehen
sein kann. Auch kann an Werkzeugzähnen zwischen benachbarten
Zahnsegmenten ein insbesondere radialer Formschluss bestehen, der
durch eine in Radialrichtung stufenförmige, in Umfangsrichtung verlaufende
Kante in einer Berührungsfläche verwirklicht
sein kann. Hierdurch genügt
es, wenn nur eine Werkzeugscheibe, beispielsweise diejenige, an welcher
die Abkantsegmente befestigt sind, auf der Werkzeugspindel in zentrierter
Ausrichtung aufgenommen ist, während
in dem gebildeten Beispiel eine Trägerscheibe der Glättsegmente
durch den radialen Formschluss an der erstgenannten Werkzeugscheibe
zentriert ausgerichtet wird. Alternativ oder kombinativ ist auch
ein in eine oder beide Umfangsrichtungen wirkender Formschluss zwischen
Abkant- und/oder
Glättsegmenten
und/oder Andrückelement denkbar,
wobei die jeweiligen Trägerkörper durch bspw.
Schrauben in Axialrichtung zusammengehalten werden können. Eine
zweckmäßige Weiterbildung
bzw. Ergänzung
des Kombinationswerkzeuges ist außerdem dadurch möglich, dass
bevorzugt auf der Drehachse des Kombinationswerkzeuges ein Entgratwerkzeug
vorgesehen ist, welches zur spanenden Abnahme eines auf die Zahnstirnseite
des Werkrades umgelagerten Sekundärgrates geeignet ist.
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Die im Rahmen dieser Erfindung liegenden Kombinationswerkzeuge
können
grundsätzlich
für eine
Vielzahl unterschiedlicher Zahnräder,
wie beispielsweise geradverzahnte oder schrägverzahnte Zahnräder, Kettenräder usw.
Anwendung finden. Ebenso besteht je nach Ausgestaltung des Kombinationswerkzeuges
die Möglichkeit,
dass sich die Abkantung nur auf bestimmte Bereiche der Werkradzähne, wie
bspw. die Zahnflanken, erstreckt oder unter Einschluss der Zahnkopf-
und/oder Zahnfuß-
bzw. Zahnlückenbereiche
durchgehend erfolgt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft
die vorliegende Erfindung auch ein Kombinationswerkzeug zur Bearbeitung
von Zahnradzähnen,
aufweisend eine Mehrzahl von in einer Drehumfangsrichtung des Kombinationswerkzeuges
angeordneten Werkzeugzähnen
zum Eingriff mit bzw. Angriff an Zahnradzähnen, wobei an Werkzeugzähnen zumindest
ein Segment zum Abkanten und/oder Glätten von Zahnradzähnen vorgesehen
ist, und das Kombinationswerkzeug zumindest ein Entgratwerkzeug
beinhaltet.
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Zu einem derartigen bekannten Kombinationswerkzeug
wird auf die
DE 3608458
C1 verwiesen. Bei dem hierin mit Bezug auf
4 beschriebenen Kombinationswerkzeug
weisen im Sinne vorliegender Erfindung die Scheiben
26 an
ihrem jeweiligen Umfang Abkantsegmente auf, während die parallel hierzu auf
der gleichen Drehachse angeordneten Schneidscheiben
28 die
Entgratwerkzeuge bilden. Wie der Abbildung zu entnehmen ist, wird
an dem zu bearbeitenden Zahnrad der stirnseitige Sekundärgrat durch
Angriff der Schneidräder
bis radial innerhalb des Zahnfußkreises
entfernt, was mit bekannten Entgratwerkzeugen auch immer dann in
dieser Weise erfolgt, wenn die Abkantsegmente (anders als in der Darstellung
gezeigt) in Zahnbreitenrichtung zur Gewährleistung sauberer Abkantungen
einen gewissen Überstand über das
zu bearbei tende Zahnrad haben. Bei unmittelbar auf einer Welle gefertigten
Zahnrädern,
deren Fußkreisdurchmesser
entsprechend oder nur unwesentlich größer als der Wellendurchmesser
ist, kann jedoch eine derartige Entgratung nicht vorgenommen werden,
was zu Einschränkungen
bei der Anwendung der bekannten Werkzeuge führt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kombinationswerkzeug gebrauchsvorteilhaft
weiterzubilden.
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Die Aufgabe wird zunächst und
im Wesentlichen durch das erfindungsgemäße Merkmal gelöst, dass
das Entgratwerkzeug in zumindest einem Zwischenraum zwischen in
Drehrichtung benachbarten Werkzeugzähnen angeordnet ist, wobei
in einer bevorzugten Ausgestaltung die Zahnteilung der Werkzeugzähne ein
Mehrfaches der Zahnteilung des zu bearbeitenden Zahnrades beträgt. Dabei
kann im Sinne der vorliegenden Erfindung die Zahnteilung unabhängig von
der Form der Werkzeugzähne
beeinflußt
werden, indem etwa ausgehend von einer gedachten Werkzeugausführung mit
dem Werkrad entsprechender Teilung periodisch jeweils einzelne oder
mehrere Werkzeugzähne
ausgespart, d. h. weggelassen werden. Der Begriff Teilung weicht
damit etwas von dem gebräuchlicheren
Sprachgebrauch ab und bezieht sich im Sinne der vorliegenden Erfindung auf
den Abstand in Drehumfangsrichtung zwischen ausgebildeten benachbarten
Zähnen.
Beispielsweise kann die Teilung durch Weglassen jedes zweiten Werkzeugzahnes
gegenüber
dem Werkrad vergrößert werden,
ohne dass die Zahnform verändert
wird. Der vergrößerte Zahnabstand
ermöglicht
es, die größte radiale
Erstreckung des Kombinationswerkzeuges im Wesentlichen auf den Kopfkreis
der Werkzeugzähne
zu begrenzen, auch wenn bei der Bearbeitung in Zahnbreitenrichtung
ein seitlicher Überstand
des Abkantwerkzeuges über
die Zahnradstirnfläche
zur Gewährleistung
sauberer Abkantungen vorgesehen ist. Um dies zu erreichen, kann
das Entgratwerkzeug eine radiale Erstreckung aufweisen, die kleiner
oder im Wesentlichen gleich der radialen Er streckung der Werkzeugzähne ist.
Gleichwohl besteht grundsätzlich – je nach
Anwendungsfall des Kombinationswerkzeuges – auch die Möglichkeit, dass
die radiale Erstreckung des Entgratwerkzeuges größer als die radiale Erstreckung
der Werkzeugzähne
ist. Insbesondere kann in einer durch die Werkzeugdrehachse verlaufenden
Projektionsebene eine gewisse Überlappung
von Werkzeugzähnen
und Entgratwerkzeug bzw. Entgratwerkzeugbestandteilen auch in Zahnbreitenrichtung
bestehen, die im Wesentlichen einem gewünschten seitlichen Überstand der
Werkzeugzähne über die
Zahnstirnseiten entsprechen kann. Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht daher
eine erweiterte Anwendung des Kombinationswerkzeuges auch auf Zahnräder, deren
Fußkreis
im Wesentlichen dem Zahnradwellendurchmesser entspricht oder nur
geringfügig
größer als
derselbe ist, und zwar auch dann, wenn zur Bearbeitung ein seitlicher Überstand
der Werkzeugzähne über die Zahnstirnseiten
vorgesehen ist. Darüber
hinaus ermöglicht
die vorgeschlagene Lösung
eine im Vergleich zu dem bekannten Kombinationswerkzeug hinsichtlich
der Werkzeugradial- und Axialrichtungen kompaktere Bauform, die
durch geeignete axiale wie auch radiale Zustellung an zu bearbeitende
Zahnräder
anpaßbar
ist.
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Mit Bezug auf die jeweils vorgenannten
Aspekte der vorliegenden Erfindung ist weiter bevorzugt, dass das
Entgratwerkzeug mit dem Kombinationswerkzeug bzw. dessen Werkzeugzähnen drehfest
verbindbar ist. Dies kann beispielsweise in bekannter Weise dadurch
erfolgen, dass axial benachbarte Werkzeug- bzw. Trägerscheiben
von Abkant- und Entgratwerkzeugen durch achsparallele Verschraubungen
verbunden werden. Alternativ oder kombinativ kommt auch eine drehfeste
Verbindung durch Formschluss in Betracht. Des Weiteren ist bevorzugt,
dass das Entgratwerkzeug zumindest abschnittsweise feilenartig ausgebildet
ist, wobei die spanabhebenden Feilenriefen bzw. -rillen sich bevorzugt
in Werkzeugradialrichtungen oder hierzu parallel versetzt erstrecken,
aber auch andere, insbesondere zur Zahnradentgratung bekannte Feilenprofile
einsetzbar sind. Der Feilenkörper
des Entgratwerkzeuges kann in einer zweckmäßigen Ausgestaltung eine Mehrzahl
von in einer Bearbeitungsebene liegenden Kreisringsegmenten aufweisen,
welche in Zwischenräumen
von Werkzeugzähnen
angeordnet sind. Dieser Gedanke ist insbesondere von Bedeutung bei
einem Kombinationswerkzeug, bei welchem die Zahnteilung der Werkzeugzähne ein
ganzzahliges Mehrfaches, bspw. das Doppelte, der Zahnteilung des
Zahnrades beträgt.
Als ganzzahliges Mehrfaches kann insbesondere ein Wert gewählt werden,
bei welchem jedenfalls nach mehreren kämmenden Umdrehungen jeder Zahnradzahn
jede der von dem Kombinationswerkzeug ausgeführten Bearbeitungen, d. h. bspw.
Abkanten und Entgraten oder bspw. Glätten und Entgraten oder bspw.
Abkanten, Glätten
und Entgraten erfährt,
wobei eine synchrone Abwälzung
von Zahnrad und Werkzeug ggf. durch gesonderte Drehmomentübertragung
(bspw. durch ein zu dem Werkzeug paralleles Führungsrad) oder durch separate Antriebe
erreichbar ist.
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Eine mögliche Fortbildung der jeweils
vorgenannten Kombinationswerkzeuge ist auch dadurch möglich, dass
das Kombinationswerkzeug drehfest mit einem zusätzlichen Führungsrad zum kämmenden
Eingriff mit dem Zahnrad verbunden ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung,
welche unabhängig
von der Anzahl von Zahnsegmenten je Werkzeugzahn möglich ist,
sieht vor, dass an Werkzeugzähnen
daran sich in Drehumfangsrichtung jeweils gegenüberliegende Zahnflanken in
einem zu einer Zahnradialrichtung im Wesentlichen senkrechten Zahnquerschnitt zueinander
betragsmäßig unterschiedliche
Flankenneigungswinkel mit der Zahnbreitenrichtung einschließen. Beim
Eingriff eines Werkzeugzahnes in eine Zahnrad-Zahnlücke können auf
diese Weise an den sich daran gegenüberliegenden Flanken zweier zu
bearbeitender Zähne
gleichzeitig unterschiedliche Bearbeitungen erfolgen. Beispielsweise
können
die in eine erste Drehrichtung weisenden Werkzeugzahnflanken einen
vergleichsweise größeren Winkel mit
der Zahnbreitenrichtung im Bereich von vorzugsweise 30 bis 60°, bevorzugt
etwa 25°,
aufweisen, was beim Eingriff in das Werkrad an dessen zugeordneter Zahnflanke
zu einer Abkantung führt.
Die dieser Werk zeugdrehrichtung entgegenliegenden Werkzeugzahnflanken
können
mit der Zahnbreitenrichtung beispielsweise einen vergleichsweise
spitzeren Winkel von bspw. 0 bis 30°, bevorzugt etwa 1 bis 2 Grad,
aufweisen, wodurch beim Eingriff in die Werkrad-Zahnlücke an dem
zweiten hieran angrenzenden Zahn zeitgleich zu der Abkantung des
ersten Zahnes eine Glättung
der Zahnflanke erfolgt. Bei fortlaufender Drehung werden alle Zahnflanken
des Zahnrades dadurch sowohl abgekantet wie auch geglättet. In
einer weiteren Ausführung
besteht auch die Möglichkeit,
dass auf eine Werkzeug-Zahnlücken
oder einem Werkzeugzahn mit einem bestimmten, jeweils ersten Neigungswinkelbetrag
der beiden Werkzeugzahn-Zahnflanken eine Zahnlücke oder ein Werkzeugzahn mit
einem bestimmten, jeweils zweiten Neigungswinkelbetrag der Zahnflanken
folgt, wobei den vorgenannten Zahnlücken bzw. Zähnen entsprechende weitere
Zahnlücken
bzw. Zähne
mit solchen Flanken folgen und das Werkzeug insbesondere abwechselnd
umlaufen können.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass die Werkzeugzähne zu Gruppen
angeordnet sind, innerhalb derer die in und/oder entgegen der Werkzeugdrehrichtung weisenden
Werkzeugzahnflanken durchgehend eine schrittweise Zu- oder Abnahme
des mit der Zahnbreitenrichtung eingeschlossenen Winkels zeigen.
Alternativ oder kombinativ kann ein Kombinationswerkzeug zur beidseitigen
Zahnbearbeitung eines Werkrades auf einer Drehachse mit einem weiteren
Zahnradbearbeitungswerkzeug, insbesondere mit einem gleichartigen
zweiten Kombinationswerkzeug, in zueinander vorzugsweise veränderlich
festlegbarer Relativdrehlage angeordnet sein. Bei einer weiteren möglichen
Ausführungsform
sind in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend eine Mehrzahl von Werkzeugzahnpaaren
vorgesehen, deren beiden Einzelwerkzeugzähne bezüglich einer zwischen ihnen
durch die Werkzeugdrehachse verlaufenden Bezugsebene an jeweils
einer oder beiden Werkzeugzahn-Flankenseiten ebenensymmetrische
Zahnflanken aufweisen. In Fortsetzung dieses Gedankens können anstelle
der Einzelwerkzeugzähne
jeweils Gruppen aus zwei oder mehr Werkzeugzähnen vorgesehen sein, unter Bildung
von in der Umfangsabwicklung mittenebenen symmetrischen Zahngruppen
mit doppelter Zähnezahl.
Bei einer zur beidseitigen Zahnbearbeitung an dem Werkrad konzentrisch
gegenüberliegenden Anordnung
zweier Kombinationswerkzeuge besteht die Möglichkeit, dass diese bevorzugt
gleiche Verzahnungen aufweisen. Wenn innerhalb jeder der Werkzeugverzahnungen
der gegenüberliegenden Kombinationswerkzeuge
unterschiedliche Werkzeugzähne
vorgesehen und beispielsweise in sich wiederholenden Gruppen angeordnet
sind, können die
Verzahnungen in einer bevorzugten Ausführung zu einer durch die Drehachse
senkrecht verlaufenden Spiegelebene symmetrisch angeordnet sein,
so dass ein zu bearbeitender Zahn des Werkrades an den in Zahnbreitenrichtung
gegenüberliegenden
Enden zeitgleich eine jeweils gleiche Bearbeitung erfährt. In
weiteren bevorzugten Varianten können
die Verzahnungen der beiden Kombinationswerkzeuge jedoch auch ausgehend
von der vorgenannten spiegelsymmetrischen Lage um eine oder um eine
mehrfache Teilung (bei schräg
verzahnten Zahnrädern auch
um ein Nicht-Ganzzahliges
der Teilung) der Werkzeugverzahnung zueinander verdreht festgelegt
sein. Insbesondere besteht die Möglichkeit,
dass die Neigungswinkel der Werkzeugzahnflanken von an zwei entgegengerichtet
auf einer Drehachse angeordneten Kombinationswerkzeugen paarweise
gegenüberliegenden
Werkzeugzähnen
in jeweiliger Gegenüberlage
zweier Zähne
achsen- oder punktsymmetrisch ausgebildet sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen, die lediglich Ausführungsbeispiele
beschreiben, näher
erläutert.
Darin zeigen:
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1 mehrere
Schnittansichten durch zwei zu bearbeitende Zahnradzähne in Verbindung
mit herkömmlichen
Bearbeitungswerkzeugen;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines zu bearbeitenden Zahnrades und
eines Kombinationswerkzeugs gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
wobei 2a einen Werkzeugteilschnitt
zeigt;
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3 eine
räumliche
Explosionsansicht des in 2 gezeigten
Kombinationswerkzeugs;
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4 einen
Teilschnitt entlang der in 2 angedeuteten
Schnittebene IV-IV bei demgegenüber zur
Bearbeitung eingerücktem
und vergrößert dargestellten
Zahneingriff;
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5 eine
Schnittansicht durch eine Zahnradbearbeitungsvorrichtung mit zwei
Kombinationswerkzeugen nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform während der
Zahnradbearbeitung;
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6 in
mehreren Teilschnitten den prinzipiellen Bearbeitungsvorgang durch
ein Kombinationswerkzeug gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
perspektivische Ansicht eines Kombinationswerkzeuges gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform;
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8 eine
räumliche
Explosionsansicht des in 7 gezeigten
Kombinationswerkzeuges;
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9 einen
Teilschnitt durch das in 7 gezeigte
Kombinationswerkzeug gemäß darin
gezeigter Schnittebene IX-IX;
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10 eine
Schnittansicht einer Zahnradbearbeitungsvorrichtung mit zwei Kombinationswerkzeugen
gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung während der Bearbeitung eines
Zahnrades;
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11 in
zwei Teilschnitten den prinzipiellen Bearbeitungsvorgang eines Zahnrades
mit einem Kombinationswerkzeug gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung;
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12 Teilschnitte
verschiedener weiterer möglicher
Ausführungsformen
eines Kombinationswerkzeuges gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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13 in
einem Teilschnitt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Kombinationswerkzeuges
gemäß der vorliegenden
Erfindung und
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14 in
Teilschnitten schematisch verschiedene weitere bevorzugte Ausführungsformen von
Kombinationswerkzeugen gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Mit Bezug auf die in 1 zusammengefaßten Teilfiguren 1a bis 1f wird zunächst eine generelle Erläuterung
einer bei der Fertigung von Zahnrädern gebräuchlichen Zahnkantenbearbeitung vorangestellt.
Hierzu zeigt 1a eine
Draufsicht auf einen Teil eines zu bearbeitenden Zahnrades 1 mit zwei
benachbarten Zahnradzähnen 2,
zwischen denen eine Zahnlücke 3 eingeschlossen
ist. In dem gezeigten Beispiel ist die Grundform der Verzahnung durch
Wälzfräsen hergestellt
worden, wobei auf der Zahnradstirnfläche 4 entlang der
Zahnkanten 5 ein an dem Zahnrad anhaftender sog. Primärgrat 6 aus Material
des zu bearbeitenden Zahnrades gebildet worden ist. In 1b ist dies anhand eines
Teilschnittes entlang der Linie Ib-f-Ib-f für die obere Zahnradstirnfläche 4 gezeigt,
wobei ein entsprechender Primärgrat
je nach vorausgehender Bearbei tung auch an der gegenüberliegenden
unteren Zahnradstirnfläche
auftreten kann. 1c zeigt
in 1b entsprechender
Schnittebene den Eingriff eines im Querschnitt trapezförmigen Werkzeugzahnes 7 eines zahnradartigen,
zeichnerisch nicht weiter dargestellten herkömmlichen Abkantwerkzeuges in
die Zahnlücke 3.
Durch die Werkzeugzustellung übt
der Werkzeugzahn 7 mit seinen gegenüberliegenden geneigten Abkantflanken 8 eine
Pressung auf die Zahnkanten 5 aus, die zu einer sog. Abkantung,
d. h. Primärgratverdrängung und
Abschrägung,
führt.
In dem gezeigten Beispiel werden durch den Quetschvorgang am Übergang
der Abkantschrägen 9 zur
Zahnradstirnfläche 4 sog.
Sekundärgrate 10 und
am Übergang
zu den Zahnflanken 11 Sekundärgrate 12 gebildet. 1d zeigt, wie sich die stirnseitigen
Sekundärgrate 10 unter
Relativbewegung zu einer herkömmlichen,
eine spanabhebende Schneide 13 aufweisenden Entgratscheibe
entfernen lassen. 1e zeigt
als weiteren Schritt das Glätten
der Zahnflanken 11, indem die flankenseitigen Sekundärgrate durch Eingriff
eines weiteren Werkzeugzahns 14 mit nahezu parallelen Bearbeitungsflanken
eines herkömmlichen
Glättwerkzeuges
in die Zahnflankenoberfläche eingeebnet
werden. 1f zeigt das
Arbeitsergebnis, wobei an einer Seite des Zahnrades die Zahnkanten 5 durch
Abkantschrägen 9 ersetzt
und die Grate entfernt worden sind.
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Vorangehend wie nachfolgend verwendete Bezugszeichen
werden in den Figuren bei wiederkehrenden, von ihnen bezeichneten
Einzelheiten auch bei Abwandlung derselben weiter verwendet, wenn
dies dem Verständnis
nicht entgegensteht.
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2 zeigt
in einer räumlichen
Ansicht ein Kombinationswerkzeug 15 gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung in einer ersten bevorzugten Ausführungsform, das in dem gezeigten Beispiel
zur Bearbeitung von Zahnradzähnen 2 eines geradverzahnten
Zahnrades 1 dient. Das um eine Drehachse 16 drehbare
Kombinationswerkzeug 15 weist dazu eine Mehrzahl von in
Dreh umfangsrichtung D angeordneten Werkzeugzähnen 17 zum Eingriff
mit den Zahnradzähnen 2 auf.
Das Zahnrad 1 ist seinerseits um eine Drehachse 18 drehbar,
die zu der Drehachse 16 des Kombinationswerkzeugs 15 in dem
gezeigten Beispiel parallel verläuft.
Die um die jeweiligen Drehachsen weisenden Pfeillinien 16',18' geben einander
zugeordnete Drehrichtungen an, wobei ein Drehantrieb von Zahnrad 1 und/oder
Kombinationswerkzeug 15 durch Drehmomentübertragung von
zeichnerisch nicht wiedergegebenen Wellen oder Spindeln im Beispiel
mittels Paßfederverbindung
(Zahnrad 1) oder durch Durchgangsbohrungen 19 (Kombinationswerkzeug 15)
möglich
ist. Wenn dabei der Abstand zwischen den Drehachsen 16,18 gegenüber der
in 2 zur Verdeutlichung
auseinandergezogenen Darstellung verringert ist, entsteht bei der
Drehung ein kämmender
Eingriff von Werkzeugzähnen 17 in
Zahnlücken 3 des
Zahnrades 1. In 2 umfaßt jeder
Werkzeugzahn 17 ein sich in Zahnbreitenrichtung B zu einer
Seite hin verjüngendes
Abkantsegment 20 und ein sich an dessen verjüngte Seite
in einem Radienintervall, d. h. bereichsweise, querschnittsentsprechend
anschließendes Glättsegment 21.
Dabei verläuft
die Zahnbreitenrichtung B als Richtungskoordinate zahnbezogen parallel
zu der Drehachse 16, eine Zahnhöhenrichtung H verläuft zahnbezogen
zu der Drehachse 16 radial, und die Drehumfangsrichtung
D verläuft
jeweils senkrecht zu den vorgenannten Richtungen. Durch die Verjüngung eines
Abkantsegmentes 20 schließen daran dessen gegenüberliegende
Flanken 22, 22' in Zahnbreitenrichtung
B einen spitzen Winkel ein, so dass das Abkantsegment 20 in
einem Umfangsschnitt einen trapezförmigen Querschnitt hat (vgl. Teilschnitt
in 2a). Das sich in 2a an die verjüngte Seite
24 querschnittsentsprechend anschließende Glättsegment 21 weist
in dieser Bezugsfläche mit
seinen unter einer Neigung von etwa 2 bis 4 Grad, d. h. nahezu parallel
gegenüberliegenden
(und vereinfachend parallel gezeigten) Flanken 23, 23' einen etwa
rechteckigen Querschnitt auf. Wird der Abstand zwischen den Drehachsen 16 und 18 durch
die Werkzeugzustellung für
die Bearbeitung verringert, treten die geneigten Flanken 22, 22' zunächst mit
den oberen Zahnkanten 5, 5' bzw. hieran gebildeten, zeichnerisch
nicht wiedergegebenen Primärgraten
in Kontakt, wobei sich mit noch zunehmender Zustellung und Anpressdruck
durch Druckumformung an den an einer Zahnlücke 3 gegenüberliegenden
Zähnen 2 und
dem dazwischenliegenden Zahngrund eine Abkantschräge 9 bildet,
die in dem gezeigten Beispiel schließlich durchgehend auch durch
den Zahngrund verläuft.
Das Kombinationswerkzeug weist erfindungsgemäß außerdem ein Andrückelement 26 mit einem
Außenmantel 27 (vgl. 4) zum Andrücken gegen
eine Zahnradzahnfläche 28 auf,
die an den Zahnradzähnen 2 jeweils
als von der stirnseitigen Fläche 29 ausgehend
nach radial außen
abfallend geneigte Kopfkantenfase ausgebildet ist. Der konusartig
geneigte, dabei in seinem Neigungswinkel an die Neigung der Zahnradzahnflächen 28 angepaßte Außenmantel 27 stützt sich
bei für
die Bearbeitung geeigneter Zustellung mit einem Druck im Bereich
einer radialen Berührlinie
auf den bei der kämmenden Drehbewegung
nacheinander den Dreheingriff passierenden Zahnradzahnflächen 28 ab,
wobei einerseits ein dort befindlicher Grat beseitigt bzw. eingeebnet
wird und andererseits ein Anschlag bzw. eine Gleitfläche für die gewünschte Zustellung
entsteht. Eine noch weitere, evtl. unbeabsichtigte radiale Zustellung
hat automatisch ein axiales Ausweichen zur Folge (oder wird durch
einen axialen Anschlag des Kombinationswerkzeugs verhindert), wodurch
eine zu starke Abkantung verhindert werden kann.
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3 verdeutlicht
in einer räumlichen
Explosionsansicht den konstruktiven Aufbau der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform
des Kombinationswerkzeugs 15. Dementsprechend sind eine Werkzeugscheibe 30 mit
davon zahnartig vorstehenden Abkantsegmenten 20, eine Werkzeugscheibe 31,
die das Andrückelement 26 aufweist,
und eine Werkzeugscheibe 32 mit davon zahnartig ausgehenden
Glättsegmenten 21 vorgesehen.
Die Werkzeugscheiben 30 bis 32 sind, wie auch
in Verbindung mit der Schnittansicht von 4 deutlich wird, durch radialen Formschluss
zueinander konzentrisch festlegbar. Die Werkzeugscheiben weisen
jeweils drei an einem Teilkreis gleich voneinander beabstandete Durchgangsbohrungen 19 auf,
die sich bei konzentrischer Ausrichtung durch Relativdrehung in
zueinander fluchtender Lage bringen lassen. Durch eine durch die
Bohrungen 19 verlaufende, in 3 nicht dargestellte
Durchgangsverschraubung können
die Werkzeugscheiben somit zum Einen drehfest miteinander verbunden
und zum Anderen ein Drehmoment auf das Kombinationswerkzeug 15 übertragen
werden. Zur Feinjustage der Relativwinkellage können noch Paßstifte
in gleichfalls fluchtende Paßbohrungen 33 eingesteckt
werden. Durch den gezeigten Aufbau aus mehreren Werkzeugscheiben
wird die Herstellung und Montage, wie auch Reinigung und Wartung
des Kombinationswerkzeugs erleichtert, während jedoch grundsätzlich auch
ein beispielsweise nur ein- oder zweiteiliger Aufbau denkbar ist.
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4 verdeutlicht
die zuvor angesprochenen geometrischen Zusammenhänge in einer Schnittansicht,
wobei der Schnitt durch die in 2 angedeutete
Ebene IV-IV führt.
Es wird deutlich, dass das Andrückelement 26 bezüglich der
Zahnbreitenrichtung B in dem Übergangsbereich
von Abkantsegment 20 und Glättsegment 21 angeordnet
ist, wobei das als Kreisscheibe ausgebildete Andrückelement den
in der Ansicht geschnittenen Werkzeugzahn 17 durch eine
darin gebildete, von den vorgenannten Segmenten berandete Ausnehmung
durchtritt. Weiter wird in dem durch die Drehachse 16 verlaufenden Querschnitt
deutlich, dass das Abkantsegment 20 mit einem unteren Ringvorsprung
formschlüssig
in eine halboffene Ringnut bzw. Schulter des Glättsegments 21 tritt,
wobei das Andrückelement 26 die
zwischen den Werkzeugscheiben 30 und 32 gebildete
Ausnehmung ausfüllt
und darin radial formschlüssig
aufgenommen ist. Das Glättsegment 21 schließt sich
in der radial verlaufenden Zahnhöhenrichtung
H, ausgehend von einem Rand am Radius Ri des Außenmantels 27, in
Zahnbreitenrichtung B bezüglich
des zur Zeichenebene von 4 senkrechten
Querschnittes querschnittsentsprechend an das Abkantsegment an.
Eine weitere Besonderheit liegt darin, dass die Formgebung von Abkantsegment,
Glättsegment
und Andrückelement
in der Weise angepaßt
ist, dass sich in Bearbeitungsposition des Kombinationswerkzeugs 15 zu
einem zu bearbeitenden Zahnrad 1 der querschnittsentsprechende
Anschlussbereich des Glättsegments 21 an
das Abkantsegment 20 in einem Werkzeugradienintervall Ra/Ri
erstreckt, dessen Innenradius Ri am Rand eines überlappenden Radienintervalls
R1–R2 der Kopfkantenfase des Zahnrades liegt.
Dadurch wird erreicht, dass die an dem Zahnrad radial innerhalb
der Kopfkantenfase liegenden Zahnflanken vollständig von dem Abkantsegment 20 abgekantet
und über
die gesamte Abkantlänge
hinweg in Zahnbreitenrichtung angrenzend von dem Glättsegment 21 geglättet werden
können.
Ergänzend wird
angemerkt, dass sich bei dem in 4 lediglich als
Beispiel dargestellten, von der Zustellung abhängigen Radius Rmax im Scheitel
des Zahngrundes gerade keine Abkantung mehr einstellt, während diese auch
dort durch geringfügig
größere Zustellung
(d. h. Vergrößerung von
Rmax) zu erreichen ist. Andererseits kann Rmax zur Verkleinerung
der Abkantlänge durch
die Zustellung auch geeignet verringert werden.
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5 zeigt
in einer Schnittansicht eine zur beidseitigen Bearbeitung von Zähnen 2 eines
Zahnrades 1 geeignete, an der Spindel 34 einer
im Weiteren zeichnerisch nicht wiedergegebenen Werkzeugmaschine
befestigte Bearbeitungsvorrichtung 35. An dem von einer
Hülse 36 ausgehenden
Flansch 37 ist ein durch eine Distanzhülse 38 beabstandeter
Gegenflansch 39 durch eine Durchgangsverschraubung 40 gehalten.
Zur beidseitigen Zahnbearbeitung sind an dem Flansch 37 und
dem Gegenflansch 39 jeweils ein Kombinationswerkzeug 15 drehfest
aufgenommen. Die Kombinationswerkzeuge 15 weisen dazu abweichend
von der in 4 gezeigten
Ausführungsform
an den Bohrungen 19 Innengewinde auf, in welche durch Bohrungen 41 gesteckte
Schrauben 42 eingeschraubt sind. Eine exakte Ausrichtung
der Werkzeugscheiben 30 bis 32 ist jeweils durch
Paßstifte
sichergestellt. Durch die Länge
der Distanzhülse 38 kann
die Bearbeitungsvorrichtung 35 an Zahnräder 1 unterschiedlicher
Breite angepaßt
werden. Anstelle der in 5 gezeigten
starren Beabstandung zweier Kombinationswerkzeuge 15 ist
grundsätzlich
auch denkbar, dass diese durch ein längsnachgiebiges Element, vorzugsweise
Federelement, beabstandet sind, um in Verbindung mit dem Andrückelement
eine gezielte Kopplung zwischen einer radialen und einer axialen
Zustellung zu ermöglichen. Zur
Beseitigung von in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Sekundärgraten
an den Zahnradstirnflächen 4 weist
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jedes
der Kombinationswerkzeuge 15 außerdem ein Entgratwerkzeug 43 in
Gestalt einer Entgratscheibe auf. Diese sind durch Distanzscheiben 44 von
den zugeordneten Kombinationswerkzeugen 15 beabstandet
und auf der abgewandten Seite durch Druckfedern 45 federnd
gegen den Flansch 37 bzw. 39 abgestützt, wobei
der Drehantrieb formschlüssig
durch in die Entgratwerkzeuge eingeschraubte Schrauben 46 erfolgt,
deren Schraubenkopf axial beweglich in Mitnahmebohrungen 47 aufgenommen
ist. In dem gezeigten Bearbeitungsbeispiel ist das Zahnrad 1 einstückig mit
einer Zahnradwelle 48 gefertigt, wobei der Fußkreisdurchmesser
df größer ist
als der Wellendurchmesser dw. Während
des gezeigten Bearbeitungseingriffes der Kombinationswerkzeuge 15 bleibt
somit an den Zahnradstirnflächen 4 in
Radialrichtung genügend
Raum, in welchem das mit einer Ringschneide bestückte Entgratwerkzeug 43 eingreifen
und zu beiden Drehseiten den stirnseitigen Sekundärgrat abnehmen
kann.
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6 zeigt
anhand der Teilschnitte 6a bis 6i schematisch
die Funktionsweise eines Kombinationswerkzeuges gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dabei betreffen die 6a bis 6c den Ausgangszustand nach dem Wälzfräsen der Zähne 2,
bei dem auf der oberen Zahnradstirnfläche 4 ein Primärgrat 6 entlang
der Zahnkanten 5 und auch im Bereich der Schrägflächen 28 entstanden
ist. Der Verlauf der Teilschnitte zu 6a, 6b ist der Draufsicht in 6c zu entnehmen. Bei der
in den 6d–f gezeigten Bearbeitung stützt sich
der konische Außenmantel 27 des
Andrückelementes 26 auf der
Schrägfläche 28 ab,
wodurch der dortige Primärgrat 6 eingeebnet
und/oder durch die Relativbewegung abgeschnitten oder abgeschert
wird (6d). Zu gleich
dringen das Abkantsegment 20 und das angeschlossene Glättsegment 21 in
die Zahnlücke 3 ein
(6e), wodurch der Primärgrat 6 unter
Bildung einer Abkantschräge 9 beseitigt
und an den Zahnflanken 25, 25' durch das daran anliegende Glättsegment 21 die
Entstehung von Sekundärgraten verhindert
wird. Da die Schneide des Entgratwerkzeugs 43 in dem gezeigten
Beispiel gegenüber
dem Abkantsegment 20 eine größere radiale Überlappung mit
dem Zahnrad 1 besitzt (vgl. 6d),
greift die Schneide 49 des Entgratwerkzeugs an Zähnen 2 benachbarter
Zahnlücken 3 an,
wodurch dort gleichzeitig der stirnseitige Sekundärgrat 10 spanend
abgenommen wird. Das Ergebnis der Bearbeitung ist in den 6g–6i dargestellt.
Der Primärgrat 6 ist
vollständig,
d. h auch an den Schrägflächen 28 (Kopfkantenfasen)
entfernt, und an den Zahnflanken 25, 25' benachbarter
Zähne und
im dazwischenliegenden Zahngrund 50 ist eine durchgehende
Abkantschräge 9 gebildet.
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7 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht eine bevorzugte Ausführungsform
eines Kombinationswerkzeuges 51 gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung. Zur Bearbeitung von Zahnradzähnen (in 7 nicht dargestellt) weist
das Kombinationswerkzeug 51 eine Mehrzahl von in einer
Drehumfangsrichtung D angeordneten Werkzeugzähnen 17 zum insbesondere
kämmenden
Eingriff mit Zahnradzähnen
auf. Wenn die Werkzeugzahnteilung gegenüber der Zahnradteilung so stark vergrößert wurde,
d. h. so viele Zähne
weggelassen wurden, dass ein direktes ununterbrochenes Kämmen mit
den Werkzeugzähnen
nicht mehr möglich ist,
kann das Werkzeug bspw. gesondert von dem Zahnrad angetrieben werden,
oder es kann drehfest mit einem mit dem Zahnrad kämmenden
Führungsrad
(welches die Teilung des Zahnrades besitzt) verbunden sein. In dem
gezeigten Ausführungsbeispiel ist
jeder Werkzeugzahn 17 durch ein Abkantsegment 52 gebildet,
welches stern- bzw. zahnradartig von einem Grundkörper hervorsteht.
Ein Abkantsegment 52 weist einen mit zunehmender Radialrichtung
abnehmenden, hierzu senkrechten Querschnitt auf, so dass zwei zu
einer durch die Drehachse 16 verlaufenden Bezugs ebene in
dem gezeigten Beispiel symmetrische, sich zu beiden Seiten einer
Scheitelkante 54 abfallend erstreckende Abkantflanken 53, 53' gebildet sind.
Zufolge dieser in dem gezeigten Beispiel somit insgesamt schildartigen
Formgebung der Abkantsegmente 52 kann mit dem Kombinationswerkzeug 51 an
Zahnradzähnen
bei geeigneter Zustellung ein bspw. durch Wälzfräsen gebildeter Primärgrat entfernt
und eine Abkantung der Stirnkanten vorgenommen werden, wobei diesbezüglich zu Funktion
und Vorgehensweise auch grundsätzlich auf
die Beschreibung des Kombinationswerkzeuges 15 verwiesen
wird. Anstelle der gezeigten schildartigen bzw. abgerundeten Querschnittsform
ist auch in diesem Zusammenhang eine trapezförmige Form des Querschnittes
bevorzugt. Wie bei der runden oder auch schildartigen Formgebung
kann bei einem Kombinationswerkzeug, das auf die Bearbeitung schräg verzahnter
Zahnräder
abgestimmt ist, anstelle eines symmetrischen Querschnittsprofils
eine durch die Schräglage
bedingte Verzerrung bestehen. Das in 7 gezeigte
Kombinationswerkzeug 51 weist insofern eine Besonderheit
auf, als zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten Werkzeugzähnen 17 in
Drehumfangsrichtung D jeweils ein vergrößerter Zwischenraum zur Aufnahme
eines Entgratsegments 55 eines Entgratwerkzeuges 56 belassen ist.
In dem gezeigten Beispiel ist dies dadurch erreicht, dass in Gedanken
ausgehend von einer auf die Zahnteilung eines zu bearbeitenden Zahnrades abgestimmten
Anzahl von Werkzeugzähnen
(d. h. insofern korrespondierender Teilung) nur jeder zweite Werkzeugzahn
körperlich
ausgebildet ist, so dass die ausgebildeten Werkzeugzähne demgegenüber quasi doppelte
Teilung besitzen. Ein zwischen jeweils zwei benachbarten Werkzeugzähnen 17 angeordnetes Entgratsegment 55 weist
auf der Grundfläche
eines Ringsegmentes feilenartige, sich bei dem gezeigten Beispiel
in Radialrichtung des Entgratwerkzeugs 56 erstreckende
Schneidkanten 57 auf. Alternativ zu der radialen Ausrichtung
könnte
beispielsweise auch eine parallele Ausrichtung verwirklicht sein,
ggf. auch in Kombination mit einer gegenüber der Radialrichtung in der
Bearbeitungsebene gedrehten Lage. In einem Querschnitt des gezeigten
Ausführungsbeispiels
besitzen die Schneid kanten im Wesentlichen die Form eines Dreiecks,
das mit einer Kathete an einem in dem Beispiel kreisscheibenförmigen Grundkörper 58 angeschlossen
ist und dessen zweite Kathete an ihrem freien Ende die Schneide
bildet. Abweichend von dem vorgestellten Ausführungsbeispiel können sich
die Schneidkanten eines Entgratsegmentes auch bspw. auf einem gemeinsamen
Trägerelement
befinden, das dann seinerseits mit dem Grundkörper 58, vorzugsweise
austauschbar, verbunden ist. Auch sind Abwandlungen in bspw. der Weise
möglich,
dass ein abweichender Querschnitt und/oder Richtungslage der Schneidkanten
vorgesehen sind, wobei grundsätzlich
innerhalb der Abkantsegmente auch jede gebräuchliche Gestaltung und Ausrichtung
(bspw. auch versetzt zu einer Radialrichtung) anwendbar ist. Weiter
ist gezeigt, dass in Bezug auf die Drehachse 16 die maximale
radiale Erstreckung der Entgratsegmente 55 in dem gewählten Beispiel
nur geringfügig
größer als
die radiale Erstreckung der Abkantsegmente 52 ist, das
heißt
ihr im Wesentlichen entspricht. Es wird deutlich, dass der Außenradius
der Entgratsegmente abweichend davon im Bedarfsfall ohne Weiteres
auch dem Außenradius
der Abkantsegmente entsprechen oder demgegenüber zurücktreten kann.
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8 zeigt
in einer Explosionsansicht, dass die Abkantsegmente 52 an
einem scheibenartigen Abkantwerkzeug 59 und die Entgratsegmente 55 an einem
hiervon gesonderten, ebenfalls scheibenartigen Entgratwerkzeug vorgesehen
sind, welche auf einer in 8 nicht
gezeigten Welle oder Spindel um eine gemeinsame Drehachse 16 drehbar
sind. Zur gezielten axialen Beabstandung zwischen den Werkzeugen 55 und 59 ist
eine gleichfalls konzentrische Distanzscheibe 60 mit durch
Austausch veränderbarer
Scheibendicke in Zwischenlage vorgesehen.
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9 zeigt
einen Teilschnitt des Kombinationswerkzeugs 51 in einer
weiter bevorzugten Ausführungsform,
bei welcher, ausgehend von dem in 7 angegebenen
Schnitt IX-IX die Abkantsegmente 52 keine Scheitelkante 54,
son dern einen im Wesentlichen etwa halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Wie bei den 7 und 8 ist dabei im Vergleich
zu den 2 und 3 eine "Über-Kopf-Lage" gewählt, die
zur Bearbeitung einer unteren Zahnradseite geeignet ist. Dargestellt
ist weiter, dass mit der Scheibendicke der Distanzscheibe 60 auch
eine Tiefe T beeinflussbar ist, bis zu welcher sich die Abkantsegmente 52 und
Schneidkanten 57 der Entgratsegmente 55 in Richtung
der Drehachse 16 in einer Projektion überlappen. Dieser Tiefe kann
im Wesentlichen dem Maß entsprechen,
mit dem bei der Zahnradbearbeitung, wenn die Schneidkanten 57 auf
der Zahnradstirnfläche
laufen, die Abkantsegmente im Bereich ihres breitesten Querschnittes über die Zahnstirnflächen hinausstehen.
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10 zeigt
in einer Schnittansicht eine Bearbeitungsvorrichtung 61,
an welcher gegenüberliegend
zwei Kombinationswerkzeuge 51, vergleichbar den 7 und 8, aufgenommen sind, wobei zu dem übrigen Aufbau
auch auf die Beschreibung zu 5 verwiesen
wird. Die Bearbeitungsvorrichtung 61 dient zur beidseitigen
Bearbeitung eines Zahnrades 2, dessen Zähne praktisch unmittelbar aus
einer Zahnradwelle 48 hervorstehen, so dass der Fußkreisdurchmesser
df im Wesentlichen dw entspricht. Es wird deutlich, dass das Entgratwerkzeug 56 aufgrund
der zu dem Abkantwerkzeug 59 in dem gezeigten Beispiel
praktisch gleichen radialen Erstreckung und der in Drehumfangsrichtung
wechselnden Anordnung von Abkant- und Entgratsegmenten auch zur
Entgratung derartiger Zahnräder
geeignet ist. Das Entgratwerkzeug 56 ist dabei zu dem Abkantwerkzeug 59 mittels
der Druckfeder 45 in Axialrichtung nachgiebig, andererseits
durch die als Mitnehmer am gleichen Teilkreis liegenden Schrauben 46 drehfest
verbunden (vgl. auch Beschreibung zu 5).
Die Schnittbewegung der Schneidkanten des Entgratwerkzeugs zu einer
Zahnradstirnfläche 4 resultiert
dabei als Relativbewegung des kämmenden Abwälzvorgangs.
In 10 ist eine in Drehumfangsrichtung
zueinander versetzte Gegenüberlage
der beiden Kombinationswerkzeuge vorgesehen, durch die in der gezeigten
Drehstellung das obere Zahnende gerade eine Abkantung erfährt, während das
untere Zahnende entgratet wird. Durch geeignet auf das Zahnrad abgestimmte
Anzahl von Abkant- und Entgratsegmenten ist sichergestellt, dass
bei fortlaufender Drehung jeder Zahn 2 an der Ober- und
Unterseite sowohl abgekantet als auch entgratet wird.
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11 zeigt
anhand von Teilschnitten schematisch die Wirkungsweise eines solchen
Kombinationswerkzeugs. In 11a ist
das Abkanten zweier an einer Zahnücke 3 gegenüberliegender
Zähne 2 durch
ein Abkantsegment 52 dargestellt, während 11b an der gleichen Zahnlücke 3 bei
einem zeitlich versetzt erfolgenden Werkzeugeingriff den Entgratvorgang
durch die nun in Relativbewegung überlappenden Schneidkanten 57 zeigt.
Des Weiteren zeigen die 11a und 11b als Besonderheit, der auch
eigenständig
Bedeutung zukommen kann, dass der innerhalb eines Abkant- bzw. Entgratsegments die
Bearbeitung zuerst aufnehmende Schneidenkörper 68 eine der Schneide
vorauslaufende Einfädelschräge 69 besitzt,
die beim Anlaufen eines Zahnradzahnes zu einem für die Bearbeitung geeigneten
Anheben des Entgrat- bzw. Abkantsegments führt. Im Unterschied zu den
ihm nachfolgenden Schneidkörpern 70 ist
bei dem ersten Schneidkörper 68 im
Querschnitt von der Schneidkante ausgehend ein stumpfer Winkel gebildet,
wodurch die Gefahr von Beschädigungen
verringert wird.
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Verschiedene weitere bevorzugte Ausführungsmöglichkeiten
des Kombinationswerkzeugs gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind in den Teilschnitten 12a bis 12c gezeigt.
Die Schnittebene verläuft
in Werkzeugumfangsrichtung, so dass sich die Zahnradialrichtung
senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Als Unterschied gegenüber dem
bspw. in 9 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist
ihnen gemeinsam, dass Abkantsegmente 62 und/oder Glättsegmente 63 durch
eine sich bis zu deren Außendurchmesser
erstreckende Trägerscheibe 64 in
Drehumfangsrichtung verbunden sind, während sich in den Zwischenräumen sternförmig (d.
h. hier senkrecht zur Zeichenebene) von einer weiteren Scheibe ausgehende
Entgratsegmente 65 erstrecken. Wenn auch in 12 nicht wiedergegeben, kann
auch hier zur axialen Beabstandung eine Distanzscheibe dienen. In 12a gehen von der Trägerscheibe 64 jeweils
Abkantsegmente 62 mit Querschnitten eines in der lediglich
beispielhaften Ausführung
gleichschenkligen Dreieckes aus, deren Flanken mit einer Lotrechten
einen vergleichsweise großen,
für eine
Abkantung geeigneten Neigungswinkel α aufweisen. Abweichend können in
Umfangsrichtung auch Abkantsegmente mit verschiedenen, gestuften
Abkantwinkeln vorgesehen sein, so dass durch die Wahl der Flankenverläufe auch
die Spanflußrichtung
beeinflußt
werden kann. In 12b weisen
die im Querschnitt trapezförmigen
Glättsegmente 63 gegenüberliegende
Flanken mit einem gegenüber
den Abkantsegmenten geringeren Neigungswinkel β auf, so dass sie zur Glättung der
Zahnradzahnflanken angrenzend an Abkantschrägen geeignet sind. Während somit
das in 12a schematisch dargestellte
Kombinationswerkzeug zum Abkanten und Entgraten geeignet ist, kann
das in 12b gezeigte
Werkzeug zum Glätten
und Entgraten Anwendung finden. Demgegenüber weist das in 12c dargestellte Kombinationswerkzeug
in Drehumfangsrichtung abwechselnd die vorgenannten Abkantsegmente 62 und
Glättsegmente 63 auf,
in dessen Zwischenräumen
wiederum Entgratsegmente 65 vorgesehen sind. Eine Werkzeugverzahnung
kann jeweils durch mehrfache Wiederholung der in den 12a–c gezeigten
Ausschnitte gebildet sein.
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Bei dem in 13 in einem Teilschnitt (die Zahnradialrichtung
steht senkrecht zur Zeichenebene) gezeigten weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
eines Kombinationswerkzeugs nach der vorliegenden Erfindung gehen
von dem Umfangsrand einer Trägerscheibe 64 Segmente 66, 67 aus,
die jeweils eine für
eine Abkantung (Neigungswinkel α) und
eine für
einen Glättvorgang
(Neigungswinkel β) geeignete
Flanke aufweisen. Bei entsprechend abwechselnder Anordnung von Segmenten 66, 67 wird bei
der Bearbeitung eines Zahnrades jeder zweite Zahn (die in der Darstellung
randseitigen Zähne 2) beidseitig abgekantet,
während
die jeweils dazwischenliegenden Zähne 2 beidseitig geglättet werden, womit
jeder Zahn 2 eine seitensymmetrische, hinsichtlich der
Krafteinleitung günstige
Bearbeitung erfährt.
Ausgehend von der in 13 gezeigten
Anordnung können
zwischen den Abkant-Glättsegmenten 66 und
Glätt-Abkantsegmenten 67 wiederum
Entgratsegmente 65 (vgl. 12)
in geeigneten Abmessungen vorgesehen sein. Auch kann gegenüber dem in 13 gezeigten Kombinationswerkzeug
die Teilung das bspw. Doppelte, Dreifache usw. betragen und ggf.
auch unregelmäßig sein,
so dass entsprechend breitere Zwischenräume zur Aufnahme von Entgratsegmenten
zur Verfügung
stehen. Bei den in den 12 und 13 gezeigten Ausführungsbeispielen kann
das Kombinationswerkzeug mit verschiedenen Bearbeitungsfunktionen
aus nur einem Grundkörper hergestellt
sein.
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Weitere bevorzugte Anordnungen von
Abkant-Glättsegmenten 66 und
Glätt-Abkantsegmenten 67,
die sich zur beidseitigen Zahnbearbeitung eines nicht dargestellten
Zahnrades an zwei Kombinationswerkzeugen gegenüberliegen, sind in den Prinzipschnitten
der 14a bis 14c schematisch angegeben,
wobei die Zahnradialrichtung wieder senkrecht zur Zeichenebene verläuft. In
jeder Variante sind die vier Segmente der oberen Reihe dem einen Kombinationswerkzeug
und die vier Segmente der jeweils unteren Reihe dem jeweils anderen
Kombinationswerkzeug zugeordnet. Der Darstellung liegt das Verständnis zugrunde,
dass die jeweiligen Zahngruppen Abschnitte bilden, die sich entlang
des Umfangs von zeichnerisch nicht dargestellten Trägerscheiben wiederholen.
Auch bei den hier unterschiedenen Varianten besteht die Möglichkeit,
dass zwischen den zum Abkanten und Glätten dienenden Segmenten 66, 67 Entgratsegmente
(zeichnerisch nicht dargestellt) angeordnet sind und dass zu ihrer
Unterbringung ggf. die Teilung der Segmente 66, 67 vergrößert wird.
Ebenso können
entsprechend unsymmetrische Segmente auch auf die in den 2 bis 12 gezeigten Kombinationswerkzeuge übertragen
werden. Eine Gemeinsamkeit der in 14a, b gezeigten Varianten besteht darin, dass
die jeweils Einzelwerkzeugzähne
repräsentierenden
Segmente 66, 67 in Werkzeugzahnpaaren P1, P2 in
Umfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die jeweils
beiden Einzelwerkzeugzähne
eines Werkzeugzahnpaares P1, P2 bezüglich einer zwischen ihnen
durch die (nicht dargestellte) Werkzeugdrehachse verlaufenden Bezugsebene
E-E an jeweils beiden Werkzeugzahnseiten zu dieser Ebene in der
gezeichneten Umfangsabwicklung symmetrische Zahnflanken aufweisen.
Die Gruppen der Varianten der 14a bis 14c stimmen
darin überein,
dass die Einzelwerkzeugzähne benachbarter
Werkzeugzahnpaare P1, P2 bezüglich einer
zwischen den Paaren P1, P2 verlaufenden Bezugsebene F-F in der Umfangsabwicklung
auf jeweils beiden Werkzeugzahnseiten symmetrische Zahnflanken aufweisen.
Während
die Drehlage der sich gegenüberliegenden
Kombinationswerkzeuge in 14a so
gewählt
ist, dass die sich paarweise gegenüberliegenden Segmente in der
Umfangsabwicklung zu einer Bezugsebene G-G achsensymmetrische Flanken
aufweisen, ist bei den Varianten der 14b, c eine Punktsymmetrie hinsichtlich auf
der Verbindung G-G liegender Punkte P verwirklicht. Die in 14a gezeigte Anordnung läßt sich
durch relative Drehung (d. h. in der Umfangsabwicklung durch Verschiebung)
der Segmentgruppen um einen Teilungsschritt in die in 14b gezeigte Variante überführen.
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Alle offenbarten Merkmale sind (für sich)
erfindungswesentlich. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit,
Merkmale von Kombinationswerkzeugen gemäß den Aspekten der vorliegenden
Erfindung miteinander zu kombinieren. In die Offenbarung der Anmeldung
wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.