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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 und ein profilgeschärftes
Stabmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15.
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Ein
Verfahren und ein Werkzeug dieser Art sind aus der europäischen Patentschrift
EP-B-O 686 075 bekannt. Die in der folgenden Beschreibung und in
den Patentansprüchen
für die
Geometrie am Schneidkeil des Werkzeuges verwendeten Begriffe entsprechen
allerdings nicht den in der deutschen Übersetzung DE-T-694 05 978
der vorgenannten europäischen
Patentschrift verwendeten Begriffen, sondern den in der Norm DIN
6581, Mai 1966, festgelegten Begriffen.
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Das
bekannte Verfahren dient insbesondere zum Profilschärfen von
Stabmessern, wofür
die Freifläche
und in einigen Fällen
die Spanfläche
geschliffen wird. Wenn bei profilgeschärften Messern kein Schleifen
der Spanfläche
erfolgt, wird diese üblicherweise
mit Beschichtungen od.dgl. versehen, wodurch die Schneid- und Verschleißeigenschaften
verbessert werden. Profilgeschärfte
Messer können
dazu verwendet werden, von der Messerkopfmitte aus gesehen, als
außen
schneidendes Messer Material von der konkaven Flanke des Zahns eines
Kegelrades abzutragen, als innen schneidendes Messer Material von
der konvexen Flanke des Zahns abzutragen und/oder als Schruppmesser
Material aus einem Zahnzwischenraum zu entfernen.
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Außerdem gibt
es Stabmesser, die als innen oder außen schneidende Messer verwendet
werden und auf der Freifläche
einen vorspringenden Teil haben und daher im Profil eine Protuberanz
aufweisen, mit deren Hilfe beim Fräsen von Zahnrädern eine
Unterschneidung erzielbar ist, so dass bei dem Lauf mit einem zusammenpassenden
Zahnrad, zum Beispiel beim Läppen
oder während
des Betriebes, eine gegenseitige Störung der Zahnräder eliminiert
oder dadurch ein Aufmaß erzeugt
wird.
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Die
vorgenannte EP-B-0 686 075 befasst sich mit dem Problem, dass bei
einem Stabmesser mit einer Protuberanz im Profil nach dem abschließenden Schleifen
der Freifläche
ein Loch auf dem vorstehenden Teil der Schneide in einem Punkt angrenzend
an die Schnittlinie mit der Freifläche vorhanden ist. Dieses Loch
lasse sich zwar durch langsamere Vorschubgeschwindigkeiten vermeiden,
das bringe jedoch eine Verlängerung
der Schleifzeit mit sich. Das aus dieser europäischen Patentschrift bekannte
Verfahren zielt daher u. a. darauf ab, profilgeschärfte Stabmesser
ohne Bildung eines Loches in der Schneide schleifen zu können, ohne
dass es zu einer deutlichen Zunahme der Verfahrensdauer kommt. Erreicht
wird das durch das bekannte Verfahren dadurch, dass auf der Freifläche eine
an der Schneide liegende Freiflächenfase
angeschliffen wird. Die verbliebene Freifläche (nach der europäischen Patentschrift
die sogenannte erste Freifläche) erstreckt
sich von einer Stelle innerhalb der Schneide zur hinteren Fläche des
Messers unter einem ersten Freiwinkel. Die Freiflächenfase
(die sogenannte zweite Freifläche)
erstreckt sich von der Schneide zur verbliebenen Freifläche unter
einem zweiten Freiwinkel, der kleiner ist als der erste Freiwinkel.
Wenn das bekannte Verfahren bei Stabmessern mit einer Protuberanz
im Profil angewandt wird, wird das genannte Loch in der Schneide
vermieden. Wenn das bekannte Verfahren bei Stabmessern allgemein
angewandt wird, sollen diese eine längere Lebensdauer aufweisen.
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Aber,
Ausgangspunkt bei der Festlegung der Winkel am Schneidkeil ist der
Fasenfreiwinkel. Wenn ein üblicher
Wert desselben mit 3° angenommen
wird und wenn für
ein Berechnungsbeispiel ein Fasenspanwinkel γf von
10° angenommen
wird und wenn weiter berücksichtigt
wird, dass nach der EP-B-0 686 075 der zweite Freiwinkel etwa 0,5
bis 5° kleiner
ist als der erste Freiwinkel, so ergibt das nach DIN 6581 einen
Freiwinkel a von 3,5 bis 8°,
einen Spanwinkel γ von
10,5 bis 15° und
einen Keilwinkel β von
67 bis 76°.
(Nach DIN 6581 gilt β =
90° – α – γ.) Durch
die Maßnahme,
dass der zweite Freiwinkel kleiner als der erste Freiwinkel ist,
wird der Keilwinkel umso kleiner, je größer die Differenz zwischen
dem ersten und zweiten Freiwinkel ist. Die Schneide wird dadurch weniger
robust. Mit abnehmendem Keilwinkel erhält außerdem das Messer ein geringeres
Volumen und so eine geringere mechanische und thermische Festigkeit.
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Aus
der bereits erwähnten
Norm DIN 6581 ist es bekannt, bei einem in der Zerspantechnik eingesetzten
Werkzeug die Freifläche
mit einer Freiflächenfase
und die Spanfläche
mit einer Spanflächenfase
zu versehen. DIN 6581 beschreibt zwar kein Verfahren im Einzelnen,
zeigt aber z.B. in dem Bild 14 einen Schneidkeil, der die gleiche
Freifläche
nebst Fase wie das Schneidmesser nach Anspruch 18 der EP-B-0 686
075 aufweist.
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Hingegen
sind das Verfahren und das Schneidmesser nach der EP-B-0 686 075
der DE-Patentschrift 866 917 zu entnehmen. Diese DE-Patentschrift
befasst sich mit einer Vorrichtung zum Halten von Schneidwerkzeugen,
insbesondere Fräsermessern
beim Schleifen. Das in den 8–11 dargestellte Fräsermesser
für einen
Stirnfräser
weist zwar ein in einen Schaft aus Stahl eingelassenes Hartmetallplättchen auf
und ist somit kein profilgeschärftes Schneidmesser
und dient auch nicht zum Schneiden von Zahnrädern, es unterscheidet sich
aber ansonsten in nichts von einem Schneidmesser des profilgeschärften Typs,
zu dessen Schärfung
das Verfahren nach der EP-B-0 686 075 eingesetzt wird. Das bekannte
Fräsermesser
hat eine Hauptschneidkante mit einer Hauptfreifläche, welche den Hauptfreiwinkel f
aufweist; der unmittelbar an die Hauptschneidkante grenzende Teil
der Hauptfreifläche
ist abgeschrägt und
weist einen anderen Freiwinkel e auf. Nach der DE-Patentschrift
wird ebenfalls zuerst der Hauptfreiwinkel f geschliffen und anschließend der
andere Freiwinkel e.
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Im
Allgemeinen werden im Stand der Technik Stabmesser aus Hartmetall
an ihrer Freifläche
mit einer Freiflächenfase
(einer sogenannten Facette) versehen, weil dadurch eine Schleifscheibe,
mit welcher solche Messer üblicherweise
geschliffen werden, eine deutlich längere Lebensdauer erhält. Bei
einem Stabmesser aus Schnellstahl ist die Freiflächenfase eigentlich als Verstärkung für den Schneidkeil
gedacht, die es mit sich bringt, dass das Messer im Schneidprozess
stärker
beansprucht werden kann. Beschrieben ist das im Einzelnen u. a.
in zwei Patentschriften der Anmelderin,
EP 1 144 138 B1 und
DE 101 03 755 C1 ,
auf die bezüglich
weiterer Einzelheiten verwiesen wird.
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Grundsätzlich erbringt
eine Freiflächenfase somit
zwar technologische Vorteile, bringt bei der Wahl des ersten und
zweiten Freiwinkels nach der EP-B-0 686 075 jedoch, wie oben dargelegt,
eine unerwünschte
Verkleinerung des Keilwinkels mit sich. Weiter muss bei dem Verfahren
nach der EP-B-0 686 075 nach dem anfänglichen Schleifen der ersten Aussparungsfläche durch
Schleifen der gesamten Dicke der Schneidprofilfläche in einem Anstellwinkel βR das
Schneidmesser relativ zur Schleifscheibe neu positioniert werden,
damit dann die zweite Aussparungsfläche gebildet werden kann, wofür der Anstellwinkel
um etwa 0,5° bis
etwa 5° von βR auf β verkleinert
sowie die Schleifscheibe in das Schneidmesser zugestellt wird. Dieses
Neupositionieren des Schneidmessers relativ zur Schleifscheibe erfordert zusätzlichen
Softwareaufwand und macht den Schleifprozess komplizierter.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein profilgeschärftes Stabmesser
der eingangs genannten Art so auszubilden, dass der Schleifprozess
einfacher und sicherer gemacht wird.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Schritten
bzw. durch ein profilgeschärftes Stabmesser
mit den im Patentanspruch 15 angegebenen Merkmalen.
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Durch
das Verfahren nach der Erfindung wird ein Stabmesser zur Herstellung
von Kegel- und Hypoidrädern
so profilgeschärft,
dass der Fasenfreiwinkel den gleichen Wert wie der Freiwinkel hat
bzw. dass der Fasenspanwinkel den gleichen Wert wie der Spanwinkel
hat. Eine an der Freifläche
oder an der Spanfläche
vorgesehene Fase liegt somit unter dem gleichen Winkel wie die Fläche, auf
der sie vorgesehen ist. Durch die Winkelgleichheit wird der Schleifprozess
vereinfacht. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird dadurch,
dass der Fasenfreiwinkel gleich dem Freiwinkel bzw. der Fasenspanwinkel gleich
dem Spanwinkel gemacht wird, der Keilwinkel größer gemacht, weil der Freiwinkel α und der
Spanwinkel γ kleiner
sind als nach der EP-B-0
686 075. Das ist das Gegenteil von dem, was nach der EP-B-0 686
075 als Maßnahme
ergriffen wird, um die Lebensdauer des Schneidmessers zu verlängern, nämlich den
zweiten Freiwinkel kleiner als den ersten Freiwinkel zu machen,
was es notwendig macht, einen kleineren Keilwinkel in Kauf zu nehmen.
Hingegen können,
wenn beispielsweise eine Hauptfreifläche und eine Nebenfreifläche mit
einer Fase versehen werden, durch das Verfahren nach der Erfindung einige
Rotationen der so genannten C-Achse, die in der beigefügten 1 dargestellt ist, eingespart
werden, wodurch der Schleifprozess nicht nur einfacher, sondern
auch sicherer gemacht wird.
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Das
lässt sich
am Beispiel der bislang von der Anmelderin angewandten Verfahren,
wie sie in den oben erwähnten
Patentschriften
EP
1 144 138 B1 und
DE
101 03 755 C1 beschrieben sind, veranschaulichen.
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Der
Betriebsfreiwinkel (Fasenfreiwinkel) wird mit der Auslegungssoftware
berechnet. Der Freiwinkel (Schruppfreiwinkel) wird in der Regel
nach technologischen Kriterien festgelegt. Durch Schleifen eines
profilgeschärften
Stabmessers unter ein und demselben berechneten Winkel von Freifläche und Freiflächenfase
müssen
somit keine zwei verschiedenen Maschinenparameter berechnet und
eingestellt werden. Die Bedienung der Software wird einfacher. Auch
dadurch wird der Schleifprozess sicherer.
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Das
Verfahren und das Stabmesser nach der Erfindung bieten aber nicht
nur Vorteile, wenn die Freifläche
mit einer gekrümmten
Fase versehen wird, sondern insbesondere auch dann, wenn stattdessen oder
zusätzlich
Spanfläche
mit einer gekrümmten Fase
versehen wird. Die Spanflächenfase
könnten nämlich als
Spanbrecher dienen.
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Wenn
eines der bisherigen Schleifverfahren angewandt wird, die aus den
beiden vorgenannten Patentschriften der Anmelderin bekannt sind,
wird durch Schleifen der Fase mit der Zylinderseite (Pendelbereich)
der Schleifscheibe die Kontaktzone größer, wodurch die spezifische
Beanspruchung der Schleifscheibe dadurch kleiner wird als bei dem
bisherigen ursprünglichen
Verfahren, bei dem die Fase mit dem Eckradius der Schleifscheibe
geschliffen wird. Das führt
zu einer erheblichen Standzeiterhöhung der Schleifscheibe.
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Wenn
eines der bisherigen Schleifverfahren nach den beiden vorgenannten
Patentschriften der Anmelderin angewandt wird, muss zum Schruppen und
Schlichten zwar auch das Messer relativ zu der Schleifscheibe etwas
verstellt werden, dass erfolgt jedoch durch Translation statt durch
Rotation. Die dafür
erforderliche Bewegungsamplitude ist wesentlich geringer als im
Stand der Technik, weil lediglich innerhalb ein und desselben Arbeitsbereiches
der Schleifscheibe eine andere Stelle zum Schleifen auszuwählen ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens und des profilgeschärften Stabmessers
nach der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung bieten folgende
Alternativen
- – dass die Freifläche mit
in der Keilmessebene konvexer und die Freiflächenfase mit in der Keilmessebene
konkaver Krümmung
hergestellt wird,
- – dass
die Freifläche
in der Keilmessebene ohne Krümmung
und die Freiflächenfase
mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung hergestellt wird,
- – dass
die Freifläche
und die Freiflächenfase
jeweils mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung hergestellt werden,
- – dass
die Spanfläche
mit in der Keilmessebene konvexer und die Spanflächenfase mit in der Keilmessebene
konkaver Krümmung
hergestellt wird,
- – dass
die Spanfläche
in der Keilmessebene ohne Krümmung
und die Spanflächenfase
mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung hergestellt wird, und
- – dass
die Spanfläche
und die Spanflächenfase jeweils
mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung hergestellt werden. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des profilgeschärften
Stabmessers nach der Erfindung bieten folgende Alternativen
- – dass
die Freifläche
mit in der Keilmessebene konvexer und die Freiflächenfase mit in der Keilmessebene
konkaver Krümmung
ausgebildet ist,
- – dass
die Freifläche
in der Keilmessebene ohne Krümmung
und die Freiflächenfase
mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet ist,
- – dass
die Freifläche
und die Freiflächenfase
jeweils mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet sind,
- – dass
die Spanfläche
mit in der Keilmessebene konvexer und die Spanflächenfase mit in der Keilmessebene
konkaver Krümmung
ausgebildet ist,
- – dass
die Spanfläche
in der Keilmessebene ohne Krümmung
und die Spanflächenfase
mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet ist, und
- – dass
die Spanfläche
und die Spanflächenfase jeweils
mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet sind.
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Diese
vorteilhaften Alternativen, die sich bei dem Verfahren und dem profilgeschärften Stabmesser
nach der Erfindung für
die Ausbildung der Freifläche
und der Freiflächenfase
und für
die Ausbildung der Spanfläche
und der Spanflächenfase
ergeben, können
so miteinander kombiniert werden, dass sich mit dem profilgeschärften Stabmesser
optimale Bearbeitungsresultate erzielen lassen.
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Wenn
in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens nach
der Erfindung das Stabmesser mit einer Hauptfreifläche und
einer Nebenfreifläche
versehen wird, die mit der Spanfläche eine Hauptschneide bzw.
eine Nebenschneide begrenzen, und wenn die Nebenfreifläche mit
einer ähnlichen
Fase und einer ähnlichen
Krümmung
wie die Hauptfreifläche
versehen wird, ergeben sich zusätzliche
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
dadurch, dass die Nebenfreifläche
ebenso ausgeführt
wird wie die Hauptfreifläche.
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Wenn
in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens nach
der Erfindung die Hauptfreifläche
und/oder die Nebenfreifläche
mit einem vorstehenden Teil versehen wird, der mit der gleichen
Fase und Krümmung
wie die Haupt- bzw. die Nebenfreifläche ohne vorspringenden Teil
versehen wird, ergeben sich die gleichen Vorteile bzw. zusätzliche
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
des Verfahrens nach der Erfindung erfolgt das Abtragen von Material
durch Schleifen. Andere Methoden zum Abtragen von Material, die
zu dem gleichen Ergebnis führen,
sind einsetzbar.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ist
vorgesehen, die Fase(n) durch zusätzliches Abtragen von Material
in einem weiteren Arbeitsgang fertigzubearbeiten. Das Fertigbearbeiten
kann beispielsweise aus einem Schlichtarbeitsgang bestehen, wenn
das Herstellen der Fase(n) und der ihr zugeordneten Fläche(n) lediglich durch
Schruppen erfolgt ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung kann
auch das Fertigbearbeiten Schleifen umfassen.
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Wenn
in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung
das Abtragen von Material durch eine Schleifscheibe erfolgt, die
als eine Topfschleifscheibe mit einem Arbeitsbereich ausgebildet
ist, der zu einem Teil in einem senkrecht auf der Rotationsachse
angeordneten Stirnbereich und zu einem Teil in einem etwa parallel
zur Rotationsachse angeordneten Zylinderbereich der Topfschleifscheibe liegt,
wobei der Arbeitsbereich eine Ringfläche ist, welche im Axialschnitt
ein kreisbogenförmiges
Profil hat, das sich über
einen Gesamtkontaktwinkel erstreckt, wobei die Schleifscheibe in
dem gesamten Arbeitsbereich ein- und denselben Schleifbelag aufweist,
wobei der Gesamtkontaktwinkel etwa 145 Grad beträgt und wobei das kreisbogenförmige Profil einen
Rundungsradius hat, der in einem Bereich von 0,5 bis 5 mm und bevorzugt
von 0,5 bis 1 mm liegt, lässt
sich das aus der erwähnten
EP-B-1 144 138 bekannte Verfahren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Profilschärfen
eines Stabmessers einsetzen, wobei eine Fläche mit einer Fase an dem Stabmesser
unter zwei verschiedenen räumlichen
Orientierungen des Stabmessers in Bezug auf denselben Arbeitsbereich
der Schleifscheibe erzeugt wird.
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Wenn
in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung
das Abtragen von Material durch eine Schleifscheibe erfolgt mit
einer Rotationsachse, einer kegeligen Schleiffläche, die sich von einem kleinen
Durchmesser zu einem großen Durchmesser
erweitert, einer zylindrischen Schleiffläche, die sich stufenlos an
die Seite mit dem großen Durchmesser
der kegeligen Schleiffläche
anschließt, und
einer sich an die zylindrische Schleiffläche anschließenden torusförmigen Schleiffläche, lässt sich das
Dual-Schleifverfahren nach der bereits erwähnten
DE 101 03 755 C1 anwenden
und so das Verfahren nach der Erfindung besonders wirtschaftlich durchführen. Die
dabei eingesetzte Schleifscheibe ermöglicht Formschleifen (Schruppen)
und anschlie ßendes
Erzeugungsschleifen (Schlichten) der Flächen des Stabmessers, ohne
dass dieses umgespannt werden müsste.
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Wenn
in einer weiteren Ausgestaltung des profilgeschärften Stabmessers nach der
Erfindung dieses eine Hauptfreifläche und eine Nebenfreifläche umfasst,
die mit der Spanfläche
eine Hauptschneide bzw. eine Nebenschneide begrenzen, wobei die
Nebenfreifläche
mit einer ähnlichen
Fase und einer ähnlichen
Krümmung
wie die Hauptfreifläche
versehen ist, zeigt das, dass das Stabmesser nach der Erfindung
mit der Nebenfreifläche
statt der oder zusätzlich zu
der Hauptfreifläche
versehen sein kann.
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Wenn
in einer weiteren Ausgestaltung des profilgeschärften Stabmessers nach der
Erfindung die Hauptfreifläche
und/oder die Nebenfreifläche
einen vorstehenden Teil aufweist, der mit der gleichen Fase und
Krümmung
wie die Haupt- bzw. Nebenfreifläche
ohne vorspringenden Teil versehen ist, ist dieses Stabmesser wie
ein Stabmesser ohne Protuberanz im Profil schärfbar.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher beschrieben.
Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung
einer bekannten Maschine zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung,
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2 einen Teilquerschnitt
durch eine bevorzugte erste Ausführungsform
einer bekannten Schleifscheibe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 eine seitliche Schrägansicht
eines Stabmessers nach der Erfindung, und zwar in 3a, ohne eine und in 3b mit einer Protuberanz im Profil,
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4 eine schematische Darstellung
einer bevorzugten zweiten Ausführungsform
einer bekannten Schleifscheibe zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung,
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5 eine Erläuterungsdarstellung
der Schleifscheibe nach 4,
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6 als vergrößerte Einzelheit
den Arbeitsbereich der Schleifscheibe nach den 4 und 5,
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7 als ein erstes Ausführungsbeispiel
des Stabmessers nach der Erfindung ein Stabmesser mit einer konkav
gekrümmten
Freiflächenfase,
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8 als ein zweites Ausführungsbeispiel des
Stabmessers nach der Erfindung ein Stabmesser mit einer konkav gekrümmten Freiflächenfase und
mit einer konkav gekrümmten
Spanflächenfase,
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9 als ein drittes Ausführungsbeispiel
des Stabmessers nach der Erfindung ein Stabmesser mit einer konkav
gekrümmten
Freifläche
und mit einer konkav gekrümmten
Freiflächenfase,
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10 als ein viertes Ausführungsbeispiel des
Stabmessers nach der Erfindung ein Stabmesser mit einer konkav gekrümmten Freifläche, einer konkav
gekrümmten
Freiflächenfase,
einer konkav gekrümmten
Spanfläche
und einer konkav gekrümmten
Spanflächenfase,
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11 als weitere Ausführungsbeispiele
des Stabmessers nach der Erfindung die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten
von Alternativen der Freifläche
und der Freiflächenfase
(11a–11c) und
von Alternativen der Spanfläche
und der Spanflächenfase
(11d–11f),
und
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12 eine schematische Darstellung
zur Erläuterung
eines Anstellwinkels.
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In 1 ist eine Schleifmaschine 15 dargestellt,
die mit einer Schleifscheibe 12 gemäß 2 versehen ist und mit der ein Stabmesser 1 gemäß 3 geschliffen werden kann.
Die Schleifmaschine 15 hat einen Tisch 17, auf
dem ein erster Schlitten 18 längs einer X-Achse hin und her
beweglich ist. Eine Säule 19 ist
längs einer
Z-Achse senkrecht zur X-Achse hin und her beweglich. Auf der Säule 19 ist ein
zweiter Schlitten 20 entlang einer Y-Achse senkrecht zur
X-Achse und zur Z-Achse hin und her beweglich. Die X-Achse, die
Y-Achse und die Z-Achse bilden ein rechtwinkeliges Koordinatensystem.
An dem zweiten Schlitten 20 ist die Schleifscheibe 12 rotierend
befestigt. An dem Schlitten 18 ist eine Spanvorrichtung 21 zum
Spannen des Stabmessers 1 angebracht. Die Spanvorrichtung 21 ist
gegenüber
dem ersten Schlitten 18 durch eine Schwenkachse C-C und
eine auf der Schwenkachse C-C senkrecht stehende Drehachse A-A gelagert.
Um die Schwenkachse C-C ist das Stabmesser 1 drehbar, wodurch die
eingangs erwähnte
C-Rotation erzeugbar ist. Die X-Achse, die Y-Achse, die Z-Achse,
die Achse A-A und die C-C können
nicht nur positionieren, sondern auch CNC-gesteuerte Bahnkurven
fahren.
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2 zeigt eine vergrößerte Teildarstellung der
Schleifscheibe 12, mit der das Stabmesser 1 profilgeschärft werden
kann. Die Schleifscheibe 12 hat eine Rotationsachse S,
zu der die Schleifscheibe rotationssymmetrisch aufgebaut ist. Die
Schleifscheibe 12 hat an einer Endseite eine zu der Rotationsachse S
rechtwinkelige, kreisrunde Aufspannfläche 13. Vom äußeren Umfang
der Aufspannfläche 13 erstreckt
sich eine kegelige Schleiffläche
Pp mit einem kleinen Durchmesser d1 und einem großen Durchmesser
d2, wobei sich der kleine Durchmesser d1 an der Aufspannfläche 13 befindet.
An der Seite mit dem großen
Durchmesser d2 der kegeligen Schleiffläche Pp schließt sich
tangential eine den Radius Rs aufweisende gekrümmte Schleiffläche 14 an,
die wiederum tangential in eine zylindrische Schleiffläche Ps übergeht.
An die zylindrische Schleiffläche
Ps schließt
sich tangential eine torusförmige
Schleiffläche
G an, die einen kreisbogenförmigen
Querschnitt mit einem Radius Rg hat. Die torusförmige Schleiffläche G erstreckt
sich radial nach innen und geht tangential in eine zweite, zur torusförmigen Schleiffläche G hinterschnittene
kegelförmige
Fläche 15 über. Die Schleiffläche 12 ist
als einstückige
Schleifscheibe aufgebaut, wobei die kegelige Schleiffläche Pp,
die zylindrische Schleiffläche
Ps und auch die torusförmige
Schleiffläche
G die gleiche Körnung
und das gleiche Bindemittel aufweisen. Es handelt sich hierbei um
eine bevorzugte Ausführungsform
der Schleifscheibe. Die Erfindung kann auch mit Schleifscheiben
ausgeführt
werden, die anders aufgebaut sind. Beispielsweise kann die Schleifscheibe 12 mit
unterschiedlichen Körnungsgrößen des
Schleifmittels versehen sein, wobei die kegelige Schleiffläche Pp und die
zylindrische Schleiffläche
Ps eine grobere Körnung
des Schleifmittels haben als die torusförmige Schleiffläche G.
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Gemäß 3 hat das Stabmesser 1 einen im
Querschnitt rechteckigen Schaft 2 und einen aktiven Abschnitt 3.
An dem aktiven Abschnitt 3 sind eine Spanfläche C, links
davon eine sich von der Spanfläche
C nach hinten erstreckende Nebenfreifläche B, rechts eine sich von
der Spanfläche
C nach hinten erstreckende Freifläche oder Hauptfreifläche A und oben
am Kopf eine sich von der Spanfläche
C nach hinten erstreckende Kopffläche K ausgebildet. Zwischen
der Nebenfreifläche
B, der Kopffläche
K, der Freifläche
A und der Spanfläche
C ist eine umlaufende Schneide 4 ausgebildet, die eine
Hauptschneide (im Bereich der Freifläche A) und eine Nebenschneide
(im Bereich der Nebenfreifläche
B) umfasst. Die Nebenfreifläche
B ist vorzugsweise mit einer ähnlichen
Fase und einer ähnlichen
Krümmung
wie die Hauptfreifläche
A versehen, was weiter unten noch näher erläutert ist. Eine Krümmung der
Haupt- und/oder Nebenfreifläche
ist in den 3a und 3b nicht dargestellt. Die
Krümmung
wird weiter unten mit Bezug auf die 7 bis 11 für die Freifläche A und die
Spanfläche
C erläutert,
wobei es sich versteht, dass die Nebenfreifläche B in jeder Beziehung so ausgebildet
werden könnte
wie die Freifläche
oder Hauptfreifläche
A. An dem aktiven Abschnitt 3 ist bei der Ausführungsform
nach 3b die Freifläche oder
Hauptfreifläche
A mit einem vorstehenden Teil E versehen, so dass die Schneidkante
oder Schneide 4 im Profil eine sogenannte Protuberanz aufweist.
Die Freifläche
oder Hauptfreifläche
A hat eine an der Schneide 4 liegende Freiflächenfase 5.
Diese erstreckt sich in dem Ausführungsbeispiel
nach 3b nicht bis zu
der Kopffläche
K, sondern bis zu dem vorstehenden Teil E. Der vorstehende Teil
E weist eine Protuberanzfase 6 auf. Die Nebenfreifläche B, die sich
in den 3a und 3b hinten befindet, hat eine Nebenfreiflächenfase 7,
die sich bis zu der Kopffläche
K erstreckt, weil die Nebenfreifläche B in den gezeigten Ausführungsbeispielen
keine Protuberanz aufweist. Es könnten
aber auch die Hauptfreifläche
A und die Nebenfreifläche
B einen vorstehenden Teil E aufweisen. In diesem Fall wäre der vorstehende
Teil E vorzugsweise mit der gleichen Fase und der gleichen Krümmung wie
die Haupt- bzw. Nebenfreifläche A,
B ohne den vorspringenden Teil E versehen. In der Regel hat die
Nebenfreifläche
aber keine Protuberanz. Die Spanfläche C kann mit einer an der
Schneide 4 liegenden Spanflächenfase 8 versehen
sein, die in 3 gestrichelt
angedeutet ist. Die Spanflächenfase 8 erstreckt
sich in 3b über den
vorstehenden Teil E bis zu der Kopffläche K. Die Fasen und die zugeordneten
Flächen
des Stabmessers 1 werden weiter unten unter Bezugnahme
auf die 7–11 noch näher beschrieben.
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Ein
Verfahren, mit welchem mit der in 1 gezeigten
Schleifmaschine 15 und der in 2 gezeigten Schleifscheibe 12 ein
Stabmesser 1 geschliffen werden kann, das die Fasen 5, 6, 7 und 8 nicht aufweist,
ist in der WO-A-02/058888 näher
beschrieben, auf die bezüglich
näherer
Einzelheiten verwiesen wird.
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Die 4–6 zeigen
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
einer Schleifscheibe 28 zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung, wobei 5 eine
Erläuterungsdarstellung
der Schleifscheibe nach 4 ist
und wobei 6 als vergrößerte Einzelheit
einen Arbeitsbereich 34 der Schleifscheibe nach den 4 und 5 und die Schleifscheibe in Arbeitsposition
zeigt.
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Mit
der in 4 gezeigten Schleifscheibe 28 wird
ein Erzeugungsschleifverfahren ausgeführt. Die Schleifscheibe 28 ist
vorzugsweise eine Diamant- oder CBN-Topfschleifscheibe. Die Schleifscheibe 28 ist
schematisch im Axialschnitt in 4 und
in vergrößerter Teildarstellung
in 5 dargestellt. Die Schleifscheibe 28 besteht
in der in 5 dargestellten
und hier beschriebenen Ausführungsform
aus einem Trägerkörper 30 aus
Stahl, auf den ein Schleifbelag 32 aus Korn und galvanischer
Bindung aufgebracht ist.
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Gemäß der Darstellung
in 5 hat die Schleifscheibe 28 einen
Schleif- oder Rundungsradius R an ihrer Schleifkante, einen Scheibenradius
SR bis zu einer Tangente in einem Punkt Tz an die Schleifkante,
eine Scheibenhöhe
SH von einer Spindelauflagefläche 36 bis
zu einer Tangente in einem Punkt Ts an die Schleifkante, eine Innenfläche (Kegel) 40,
eine Achse 38 und eine Außenfläche (Kegel) 42.
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In 6, auf die zusätzlich Bezug
genommen wird, ist als vergrößerte Einzelheit
die Schleifkante der Schleifscheibe 28 mit dem Arbeitsbereich 34 dargestellt.
Der Arbeitsbereich 34 der Schleifscheibe 28 ist
eine Ringfläche,
die von einem Punkt 44 in einem Stirnbereich bis zu einem
Punkt 46 in einem Zylinderbereich der Schleifscheibe 28 reicht
und in dem in 6 dargestellten
Axialschnitt ein bogenförmiges
Profil mit dem Rundungsradius R hat, das sich über einen Gesamtkontaktwinkel
GKW erstreckt. Der Gesamtkontaktwinkel GKW beträgt etwa 145°. Das bogenförmige Profil ist kreisbogenförmig, und
der Rundungsradius R liegt in einem Bereich von 0,5 bis 5 mm und
bevorzugt von 0,5 bis 1 mm. Ein Teil 34' des Arbeitsbereiches 34 liegt
in dem Stirnbereich und ein Teil 34'' des
Arbeitsbereiches 34 liegt in dem Zylinderbereich der Schleifscheibe 28.
Der Stirnbereich der Schleifscheibe 28 ist derjenige Bereich,
den man sieht, wenn man die Schleifscheibe 28 in 6 von links betrachtet.
Der Stirnbereich erstreckt sich in der Schnittdarstellung in 6 radial nach außen bis zu
dem Punkt Tz. Der Zylinderbereich der Schleifscheibe 28 ist
derjenige Bereich, den man sieht, wenn man diese in 6 von unten betrachtet. Der Zylinderbereich
erstreckt sich über
die Scheibenhöhe SH
bis zu dem Punkt Ts. Der in dem Stirnbereich der Schleifscheibe 28 gelegene
Teil des Arbeitsbereiches 34 reicht somit von dem Punkt 44 bis
zu dem Punkt Tz, der in dem Zylinderbereich gelegene Teil von dem
Punkt 46 bis zu dem Punkt Ts. Der zwischen den Punkten
Ts und Tz gelegene Teil des Arbeitsbereiches liegt sowohl im Stirn-
als auch im Zylinderbereich.
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Die
Schleifscheibe 28 hat in dem gesamten Arbeitsbereich 34 ein
und denselben Schleifbelag, dass heißt die verschiedenen Teile
des Arbeitsbereiches müssen
nicht unterschiedlich beschichtet sein, um zum Schruppen oder Schlichten
eingesetzt werden zu können.
Die Beschichtungsgrenzen des Arbeitsbereiches 34 sind in
der Darstellung in 6 mit 48 bzw. 50 bezeichnet,
der jeweilige Überstand, über den
die Beschichtungsgrenze über
den eigentlichen Arbeitsbereich hinausreicht, mit 52 bzw. 54.
Der Winkel, innerhalb welchem die Schleifscheibe 28 mit
dem Stabmesser 1 beim Schleifen in Berührung kommen kann, wird als
Kontaktwinkel bezeichnet. Der Kontaktwinkel für den Einsatz der Schleifscheibe 28 beim Schruppen
entspricht dem Teil 34'' des Arbeitsbereiches 34,
und der für
das Schlichten dem Teil 34' des Arbeitsbereiches 34,
wie es in 6 eingezeichnet ist.
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Wenn
ein Schneidmesser der in 3a gezeigten
Art nach dem herkömmlichen
Verfahren profilgeschärft
wurde, das in der Beschreibungseinleitung beschrieben ist, wurde
zuerst die Freifläche
A durch Schleifen der gesamten Dicke des Messers unter einem Freiwinkel α geschliffen.
Dann wurde das Stabmesser 1 relativ zur Schleifscheibe
neu positioniert und es wurde unter einem Fasenfreiwinkel αf, der
kleiner als der Freiwinkel α war,
die Freiflächenfase 5 geschliffen.
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Wenn
ein Stabmesser 1 der in 3b dargestellten
Art zu schärfen
war, das einen vorstehenden Teil E aufweist, wurde zunächst die
Freifläche
A über die
gesamte Dicke des Messers geschliffen. Anschließend wurde das Stabmesser 1 unter
demselben Freiwinkel α an
dem vorstehenden Teil E geschliffen, um diesen Teil mit einer zweiten
Freifläche zu
versehen. Dann wurde das Stabmesser 1 relativ zur Schleifscheibe
neu positioniert und die Freifläche A
noch einmal geschliffen, um die Freiflächenfase 5 zu bilden.
Dazu wurde der Anstellwinkel um etwa 0,5° bis etwa 5° verkleinert. Daraufhin wurde
das Stabmesser relativ zur Schleifscheibe erneut positioniert und
eine ähnliche
schmale Protuberanzfase 6 an den vorstehenden Teil E unter
dem Fasenfreiwinkel αf geschliffen. Eingangs ist bereits geschildert
worden, dass durch das Verfahren nach der Erfindung die Anzahl der
Neupositionierungen des Stabmessers verringert und so der Schleifprozess
vereinfacht und sicherer gemacht werden soll.
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Das
bevorzugte Verfahren nach der Erfindung zum Profilschärfen eines
Stabmessers 1 zur Herstellung von Kegel- und Hypoidrädern beinhaltet anfänglich Schritte
wie das bekannte Verfahren. Zunächst
wird das Stabmesser 1 mit einer Freifläche oder Hauptfreifläche A, einer
Nebenfreifläche
B und einer Spanfläche
C versehen, wobei die Freifläche
A und die Spanfläche
C gemäß der Darstellung
in 8, auf die nun zusätzlich Bezug
genommen wird, einen Schneidkeil 10 begrenzen und eine
Schnittlinie P' haben,
welche eine virtuelle Schneide 4' bildet. Ähnlich würden die Nebenfreifläche B und
die Spanfläche
C eine Nebenschneide begrenzen, was aber in den Zeichnungen nicht
dargestellt ist. Einzelheiten über
die Bildung der Nebenschneiden finden sich beispielsweise in DIN
6581. Die Freifläche
A bildet in einer Keilmessebene, welches in 8 die Zeichenebene ist, einen Freiwinkel α mit einer
Schneidenebene 11' (in 8 dargestellt als die Schnittlinie
der Messer-Schneidenebene 11' mit
der Keilmesserebene). Die Spanfläche
C bildet in der Keilmessebene einen Spanwinkel γ mit einer zu der Schneidenebene 11' rechtwinkeligen
Bezugsebene 16'.
Durch Abtragen von Material durch Schleifen wird die Freifläche A mit
einer an einer Schneide 4 (dargestellt in 8 als die Schnittlinie einer Messer-Schneidenebene 11 mit
einer Messer-Bezugsebene 16) liegenden Freiflächenfase 5 versehen
und ebenso wird die Spanfläche
C mit einer an der Schneide 4 liegenden Spanflächenfase 8 versehen.
Die Darstellung und die Definition der Schnitte folgt hierbei wieder
DIN 6581, Bild 14.
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Die
Spanfläche
C bräuchte
nicht unbedingt eine Fase aufzuweisen. Möglich ist auch, lediglich die Freifläche A mit
einer Freiflächenfase 5 zu
versehen, wobei die Spanfläche
C eine Planfläche
bleibt, wie es in 7 dargestellt
ist. Bei dem in 8 dargestellten
Ausführungsbeispiel
hat die Fase 5 mit der ihr zugeordneten Freifläche A eine
gemeinsame Schnittlinie F, wogegen die Spanflächenfase 8 mit der
ihr zugeordneten Spanfläche
C eine gemeinsame Schnittlinie S hat. Im Stand der Technik, wie
er zuvor und in der Beschreibungseinleitung beschrieben ist, sind die
Freiflächenfase
und die Spanflächenfase
im Wesentlichen Planflächen.
Wenn hingegen das erfindungsgemäße Verfahren
angewandt wird, haben die Fasen jeweils eine Krümmung, die in 8 (jeweils übertrieben groß) dargestellt
ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beinhaltet, dass, wenn die Freifläche A und/oder die Spanfläche C mit
einer Fase 5 bzw. 8 versehen wird, von der Fase 5, 8 und
der ihr zugeordneten Freifläche
A bzw. Spanfläche
C wenigstens eine in der Keilmessebene gekrümmt hergestellt wird. Es zeigt,
wie gesagt, 8 den Fall,
in welchem zwei gekrümmte
Fasen vorhanden sind.
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Zusätzlich ist
es möglich,
die Freifläche
A und/oder die Spanfläche
C in der Keilmessebene gekrümmt
herzustellen. 9 zeigt
den Fall, dass die Freifläche
A gekrümmt
ist und mit einer gekrümmten Freiflächenfase 5 versehen
ist. 10 zeigt diesen Fall,
wobei aber zusätzlich
auch noch die Spanfläche C
gekrümmt
ausgebildet ist und mit einer gekrümmten Spanflächenfase 8 versehen
ist. Erfindungsgemäß wird die
Krümmung
der einer Fase 5, 8 zugeordneten Fläche A bzw.
C so gewählt,
dass die zugeordnete Freifläche
A bzw. Spanfläche
C an der Schnittlinie F bzw. S eine Tangentialebene 45 bzw. 47 hat, wie
es in 10 dargestellt
ist. Eine Krümmung
der Fasen 5, 8 wird hingegen so gewählt, dass
die Fase an der Schneide 4 eine weitere Tangentialebene 25 bzw. 27 hat,
wobei die Tangentialebenen 25, 45; 27, 47 so
gegen die Schneidenebene 11 bzw. 11' und gegen die Bezugsebene 16 bzw. 16' geneigt sind,
dass stets der Fasenfreiwinkel αf den gleichen Wert wie der Freiwinkel α hat bzw.
dass der Fasenspanwinkel γ den
gleichen Wert wie der Spanwinkel γ hat.
Erfindungsgemäß wird dabei
die Auswahl der Winkel so getroffen, dass der Freiwinkel α stets positiv
ist, wogegen der Spanwinkel γ positiv
oder negativ sein kann. Die Definition dafür, wann der Freiwinkel und der
Spanwinkel positiv oder negativ sind, ergibt sich aus DIN 6581,
Mai 1966, Seite 8, Bild 13.
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Wenn
das Stabmesser 1 eine Hauptfreifläche A und eine Nebenfreifläche B umfasst,
begrenzen diese mit der Spanfläche
C die Schneide 4, die dann eine Hauptschneide bildet, bzw.
eine Nebenschneide, wobei die Nebenfreifläche B mit einer ähnlichen
Fase 7 und einer ähnlichen
Krümmung
wie die Hauptfreifläche
A versehen ist. Wenn die Hauptfreifläche A und/oder die Nebenfreifläche B einen
vorstehenden Teil E aufweist, ist dieser bevorzugt mit der gleichen
Fase und Krümmung
wie die Haupt- bzw. Nebenfreifläche
A, B ohne vorspringenden Teil E versehen.
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Wenn
das Verfahren nach der Erfindung angewendet wird, bei welchem der
Fasenfreiwinkel αf stets den gleichen Wert wie der Freiwinkel α und der Fasenspanwinkel γf stets
den gleichen Wert wie der Spanwinkel γ hat, wird der Schleifprozess
einfacher und sicherer, weil das Stabmesser 1 relativ zu
der Schleifscheibe nicht durch Rotation neu positioniert zu werden
braucht, wenn anschließend
an das Schleifen der Freifläche
A oder der Spanfläche
C die Freiflächenfase 5 bzw.
die Spanflächenfase 8 geschliffen
wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bietet eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten zwischen Fasen
und zugeordneten Flächen,
die jeweils die Freifläche
und für
die Spanfläche
betrachtet im Folgenden anhand der 11a–11c bzw. 11d–11f beschrieben werden.
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In 11a ist die Freifläche A mit
in der Keilmessebene konvexer und die Freiflächenfase 5 mit in der
Keilmessebene konkaver Krümmung
ausgebildet.
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In 11b ist die Freifläche a in
der Keilmessebene ohne Krümmung
und die Freiflächenfase 5 mit
in der Keilmessebene konkaver Krümmung
ausgebildet.
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In 11c sind die Freifläche A und
die Freiflächenfase 5 jeweils
mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet.
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In 11d ist die Spanfläche C mit
in der Keilmessebene konvexer und die Spanflächenfase 8 mit in
der Keilmessebene konkaver Krümmung
ausgebildet.
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In 11e ist die Spanfläche C in
der Keilmessebene ohne Krümmung
und die Spanflächenfase
mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet.
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In 11f sind die Spanfläche C und
die Spanflächenfase 8 jeweils
mit in der Keilmessebene konkaver Krümmung ausgebildet.
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Jede
der in den 11a–11c dargestellten Kombinationen
aus Freifläche
A und Freiflächenfase 5 kann
mit einer der in den 11d–11f dargestellten Kombinationen
von Spanfläche
C und Spanflächenfase 8 kombiniert
werden. Andererseits können
alle diese Kombinationen auch jeweils mit einer als Planfläche ausgebildeten
Spanfläche
C bzw. mit einer als Planfläche
ausgebildeten Freifläche
A, die jeweils keine Fase aufweisen, kombiniert werden, wie es in den 7 und 9 angedeutet ist.
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Die
konkave und/oder die konvexe Krümmung
kann in der Keilmessebene die eines Kreises, einer Ellipse oder
einer Parabel oder die einer anderen Kurve sein.
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Der
Fall, dass die Krümmung
der eines Kreises entspricht, ist in 8 durch
die Radien R1 angedeutet. In 10 ist durch die Radien
R1, R2 sowie durch
Radien Rf und Rs angedeutet,
dass alle gekrümmten
Flächen
einen Krümmungsradius
haben können.
Das ist aber wie gesagt, nicht obligatorisch.
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Ebenso
ist das Verfahren nach der Erfindung anwendbar, wenn die Schneide 4 eine
Haupt- und/oder Nebenschneide umfasst, die von Haupt- bzw. Nebenfreiflächen A,
B begrenzt sind, wie es in den 3a und 3b angedeutet ist.
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Wenn
die Freifläche
A einen vorstehenden Teil E aufweist, wie es in 3b dargestellt ist, kann der vorstehende
Teil E mit der gleichen Fase und der gleichen Krümmung wie die Freifläche A ohne
den vorspringenden Teil E versehen sein, was aber in 3b nicht dargestellt ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
die Fasen 5, 8 zunächst durch Schnuppen hergestellt
und dann, bei Bedarf, durch zusätzliches
Abtragen von Material, z. B. durch Schleifen, in einem weiteren
Arbeitsgang fertigbearbeitet werden.
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12 zeigt die Wahl eines
Anstellwinkels AW, der beiderseits einer Position mit einem Anstellwinkel
AW von null Grad gewählt
werden kann. Über den
Anstellwinkel AW wird ein kommaförmiges
Aufmass für
anschließendes
Schlichten optimiert.
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Bei
den Varianten, die in den 11c, 11f dargestellt sind, ist
der Anstellwinkel stets positiv.