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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Stoßwerkzeug, insbesondere zum
Verzahnungsstoßen, mit
einem Werkzeugschaft und einem Werkzeugkopf.
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Derartige
Stoßwerkzeuge
werden insbesondere zum Verzahnungsstoßen, auch Wälzstoßen genannt, eingesetzt. Das
Verzahnungs- bzw. Wälzstoßen dient
der Fertigung von geraden oder schrägen Innen- oder Außenverzahnungen.
Während
des Stoßvorgangs
wird die Wälzkinematik
von Werkstück und
Werkzeug in Form eines Getriebes mit parallelen Achsen nachgebildet.
Dabei drehen sich üblicherweise
Werkzeug und Werkrad entsprechend ihren Zähnezahlen. Gleichzeitig führt das
Stoßwerkzeug
die zur Spanabnahme notwendige Hubbewegung in Werkzeugachsrichtung
aus. Typische Werkstücke, die
durch Verzahnungs- bzw. Wälzstoßen hergestellt werden,
sind Innenzahnkränze
für Planetengetriebe, Kupplungsnaben
und Antriebswellen.
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Wenn
derartige Stoßwerkzeuge
für Bearbeitungsvorgänge eingesetzt
werden sollen, bei denen höchste
Genauigkeit und hohe Oberflächengüte erforderlich
sind, müssen
hauptsächlich
zwei Forderungen erfüllt
sein. Zum einen muss durch eine hohe Festigkeit des Werkzeugschafts
sichergestellt sein, dass Kräfte
und Momente sicher vom Werkzeugschaft aufgenommen werden, ohne dass
sich Änderungen
der Geometrie des Werkzeugschafts ergeben. Zum zweiten muss die
Befestigung und Fixierung des Werkzeugkopfs am Werkzeugschaft sicher gestaltet
sein.
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Um
diesen Forderungen an Festigkeit und Stabilität gerecht zu werden, werden
bei bekannten Stoßwerkzeugen
der Werkzeugschaft und der Werkzeugkopf zumeist aus einem Teil hergestellt,
oder, falls diese zweiteilig hergestellt werden, werden Werkzeugschaft
und Werkzeugkopf fest miteinander verlötet. Bei Verschleiß des Werkzeugkopfs
muss somit immer das gesamte Werkzeug ausgetauscht werden, was relativ
kostenintensiv ist. Des Weiteren hat sich bei bekannten Werkzeugen
häufig
gezeigt, dass sie nur bedingt für
sehr hohe Zerspanleistungen einsetzbar sind.
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Im
Hinblick auf diese Problematik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Stoßwerkzeug,
insbesondere zum Verzahnungsstoßen,
bereitzustellen, welches die aus dem Stand der Technik bekannten
Stoßwerkzeuge
im Hinblick auf Genauigkeit, Zerspanleistungen, Flexibilität und Kosten
optimiert.
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Bei
dem eingangs genannten Stoßwerkzeug wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Werkzeugkopf und der Werkzeugschaft lösbar miteinander verbunden
sind, wobei der Werkzeugkopf eine Werkzeugkopf-Achse aufweist, welche
in eingebautem Zustand mit der Längsrichtung
des Werkzeugschafts zusammenfällt, und
wobei der Werkzeugkopf von der Werkzeugkopf-Achse radial nach außen gerichtete
Schneidelemente aufweist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung hat sich überraschenderweise gezeigt,
dass das Stoßwerkzeug auch
zweiteilig ausgebildet werden kann und dennoch die hohen Ansprüche an Festigkeit
und Bearbeitungsgenauigkeit erfüllt
werden können.
Darüber hinaus
hat sich gezeigt, dass trotz des zweiteiligen Aufbaus des Stoßwerkzeuges,
höhere
Zerspanleistungen und Standzeiten und demzufolge geringere Kosten
realisieren lassen. Durch die Lösbarkeit
des Werkzeugkopfes von dem Werkzeugschaft lässt sich zudem der dem höheren Verschleiß unterliegende Werkzeugkopf
einfach austauschen und ein neuer Werkzeugkopf auf den Werkzeugschaft
aufsetzen. Der Werkzeugschaft kann somit vielfach neu verwendet
werden. Des Weiteren kann der Werkzeugschaft für unterschiedliche Verzahnungsformen
eingesetzt werden, indem einfach verschiedene Werkzeugköpfe mit
unterschiedlichen Profilen aufgesetzt werden.
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In
einer Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schneidelemente
auf einem Kreisbogen um die Werkzeugkopf-Achse radial umlaufend,
zueinander direkt benachbart angeordnet sind und jeweils mehrere
Schneiden aufweisen. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass
die Schneidelemente des Werkzeugkopfs durch austauschbare Schneidplatten
realisiert sind, welche am Werkzeugkopf in dafür vorgesehenen Ausnehmungen
angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung lassen sich die Verschleißkosten
zusätzlich
optimieren. Da in dieser Ausgestaltung austauschbare Schneidplatten als
Schneidelemente eingesetzt werden, muss nicht einmal mehr der gesamte
Werkzeugkopf ausgetauscht werden, sondern nur die einzelnen verschlissenen
Schneidplatten. Hierbei können
standardmäßige Schneidplatten
aus Hartmetall verwendet werden, welche zusätzlich eine höhere Festigkeit
als normale Werkzeugköpfe
haben. Die Herstellung dieser Schneidplatten ist zudem günstiger
als die Herstellung eines einstückigen
Werkzeugkopfs.
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Ferner
ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass die austauschbaren Schneidplatten
durch Schrauben am Werkzeugkopf befestigt sind, wobei die Schrauben
durch Durchgangs bohrungen in den Schneidplatten hindurch in mit
diesen Durchgangsbohrungen fluchtende Gewinde im Werkzeugkopf eingreifen. Durch
diese einfache und standardmäßige Befestigungsmöglichkeit
der Schneidplatten, lassen sich diese bei Verschleiß sehr schnell
austauschen. Diese einfache Ausgestaltung ermöglicht zudem eine hohe Fertigungsgenauigkeit.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass sich
die Schneidelemente in ihrer Art, Form, Größe und/oder Anzahl der Schneiden
unterscheiden. Anders ausgedrückt
heißt
dies, dass je nach Art der gewünschten
Verzahnung auch unterschiedliche Schneidelemente an ein und demselben Werkzeugkopf
realisierbar sind. Der Werkzeugkopf muss somit nicht mehr zwingend
notwendig rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Dies ist insbesondere
vorteilhaft bei der Ausgestaltung, bei der die Schneidelemente durch
Schneidplatten ausgebildet sind. Hierbei ist es dann denkbar, Schneidplatten
unterschiedlicher Art, Form, Größe und/oder
Anzahl der Schneiden einzusetzen. Der Austausch der Schneidplatten
und damit der gewünschten
Profilform lässt sich,
wie bereits erwähnt,
einfach und schnell realisieren.
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Ferner
ist in einer Ausgestaltung bevorzugt vorgesehen, dass der Werkzeugkopf
mit einem Befestigungsmittel am Werkzeugschaft angebracht ist. Insbesondere
ist dabei bevorzugt, dass der Werkzeugkopf in den Werkzeugschaft
eingespannt, eingeschraubt oder eingeklemmt ist. Für die Art
der Befestigung des Werkzeugkopfs am Werkzeugschaft sind somit viele
Möglichkeiten
denkbar. Wichtig bei der erfindungsgemäßen Befestigung ist insbesondere, dass
sich der Werkzeugkopf vom Werkzeugschaft leicht trennen lässt, aber
andererseits auch, dass die Befestigung eine hohe Genauigkeit und
Zuverlässigkeit
aufweist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass Kühlmittelkanäle zur Kühlung der Schneidelemente
im Werkzeugschaft vorgesehen sind. Durch diese Kühlmittelkanäle wird während des Stoßvorgangs
Kühlmittel
durch den Schaft an die Schneiden der Schneidelemente geleitet,
um die beim Spanen entstehenden Späne abzuleiten, eine möglichst
gute Oberflächengüte des zu
bearbeitenden Werkstücks
zu erreichen und den Verschleiß der Schneidelemente
möglichst
gering zu halten.
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Ferner
ist bevorzugt vorgesehen, dass am Werkzeugkopf Vorsprünge vorgesehen
sind, welche in dafür
vorgesehene Vertiefungen am Werkzeugschaft eingreifen, um ein Verdrehen
des Werkzeugkopfs um die Werkzeugkopf-Achse zu verhindern. Diese
Verdrehsicherung dient somit dazu, die auftretenden Rotationsmomente
bei der Bearbeitung sicher aufzunehmen und ein Verdrehen des Werkzeugkopfs
zu verhindern.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern
auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar
sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten,
die Erfindung nicht einschränkenden
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßwerkzeugs
in zusammengebautem Zustand,
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2 eine
Seitenansicht der ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Stoßwerkzeugs ohne
Werkzeugkopf,
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3 eine
Seitenansicht des Werkzeugkopfs gemäß der ersten Ausführungsform,
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4 eine
Draufsicht auf den in 3 gezeigten Werkzeugkopf von
der Rückseite,
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5 eine
Seitenansicht des Werkzeugkopfs gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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6 eine
Draufsicht auf die in 5 gezeigte zweite Ausführungsform
des Werkzeugkopfs, und
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7 eine
Schnittansicht dieser zweiten Ausführungsform des Werkzeugkopfs.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Stoßwerkzeugs 10 in
perspektivischer Darstellung. Das Stoßwerkzeug 10 besteht
dabei aus einem Werkzeugschaft 12 und einem Werkzeugkopf 14.
Der Werkzeugkopf 14 ist lösbar mit dem Werkzeugschaft 12 verbunden,
was z. B. durch eine Schraubverbindung gewährleistet sein kann. Der Werkzeugkopf 14,
welcher insbesondere zum Verzahnungsstoßen eingesetzt wird, weist
von der Werkzeugkopf-Achse 16 radial nach außen gerichtete
Schneidelemente 18 auf. Die hier gezeigten Schneidelemente 18 sind
somit auf einem Kreisbogen um die Werkzeugkopf-Achse 16 radial
umlaufend und zueinander direkt benachbart angeordnet. In der gezeigten
Ausführungsform
besitzen die Schneidelemente 18 dabei jeweils eine gleiche
Form und gleiche Größe. Es versteht
sich jedoch, dass sowohl die Form und Größe, als auch die Anzahl der Schneiden
benachbarter Schneidelemente 18 sich durchaus unterscheiden
können.
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2 zeigt
das erfindungsgemäße Stoßwerkzeug 10 in
einer Seitenansicht ohne den Werkzeugkopf 14. In 2 ebenfalls
gezeigt ist eine Schraube 20, mit welcher der Werkzeugkopf 14 am Werkzeugschaft 12 befestigt
wird. Es versteht sich jedoch, dass zur Befestigung des Werkzeugkopfs 14 am
Werkzeugschaft 12 auch andere Befestigungsmittel möglich sind.
Der Werkzeugkopf 14 ist in zusammengebautem Zustand mit
dem Werkzeugschaft 12 so verbunden, dass die Werkzeugkopf-Achse 16 mit
der Längsachse 22 des
Werkzeugschafts 12 zusammenfällt. Um ein Verdrehen des Werkzeugkopfs 14 gegenüber dem
Werkzeugschaft 12 zu verhindern, sind zusätzlich zu
der Schraube 20 Vertiefungen bzw. Nuten 24 am
Werkzeugschaft 12 vorgesehen, in welche entsprechende Vorsprünge 26 (siehe 3)
an dem Werkzeugkopf 14 eingreifen können. Um ferner ein Verdrehen
des Werkzeugschafts 12 innerhalb seiner Halterung zu verhindern,
ist am Werkzeugschaft 12 eine Mitnahme 28 vorgesehen,
mittels derer der Werkzeugschaft 12 fixiert werden kann.
Zusätzlich
sind am Werkzeugschaft 12 noch mehrere Kühlmittelkanäle 30 vorgesehen,
durch welche Kühlmittel
durch den Werkzeugschaft an den Werkzeugkopf 14 gelangen
kann.
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4 zeigt
nochmals den Werkzeugkopf 14 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Schneidelemente 18 sind dabei symmetrisch ausgestaltet
und weisen mehrere Schneiden 32a, 32b und 32c auf.
Es versteht sich jedoch, dass sich die Form der Schneiden gänzlich von
der hier gezeigten Form unterscheiden kann.
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5 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
Werkzeugkopfs 14. Das Funktionsprinzip des Stoßwerkzeugs 10 bleibt
das Gleiche verglichen mit der ersten Ausführungsform, so dass der in 1 und 2 gezeigte
Werkzeugschaft 12 nicht oder nur geringfügig verändert ist.
Gleich bleibt ebenso, dass der Werkzeugkopf 14 und der
Werkzeugschaft 12 lösbar
miteinander verbunden sind. Der Werkzeugkopf 14 muss jedoch
nicht, wie in 1 und 2 gezeigt,
auf den Werkzeugschaft 12 aufgeschraubt werden, sondern
kann auch mit seinem oberen Ende 34 in den Werkzeugschaft 12 eingespannt
oder eingeklemmt werden.
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Der
wesentliche Unterschied der in 5 bis 7 gezeigten
zweiten Ausführungsform
besteht darin, dass die Schneidelemente 18 durch austauschbare
Schneidplatten 36 realisiert sind. Die Schneidplatten 36 sind
z. B. mittels Schrauben 38 mit dem Werkzeugschaft 12 verbunden.
Diese sind somit im Fall eines Verschleißes oder einer gewünschten anderen
Verzahnungsform sehr leicht austauschbar. Im Wesentlichen bietet
das den Vorteil, dass bei Verschleiß einzelner Schneidplatten 36 diese
einzeln ausgetauscht werden können,
und nicht wie bei der ersten Ausführungsform der gesamte einstückige Werkzeugkopf 14 ausgetauscht
werden muss. Die Schneidplatten 36 sind ferner günstiger
herstellbar und können
zudem aus Hartmetall hergestellt werden, so dass diese eine sehr
hohe Festigkeit besitzen, wodurch im Vergleich zu aus dem Stand
der Technik bekannten Werkzeugen höhere Schnittgeschwindigkeiten
realisiert werden können.
Die Form, Größe und Art
der Schneidplatten kann ebenfalls leicht variiert werden. Es ist
auch denkbar, unterschiedliche Schneidplatten 36 auf ein
und demselben Werkzeugkopf 14 einzusetzen.
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Gegenüber den
aus dem Stand der Technik gekannten Stoßwerkzeugen bietet die vorliegende Erfindung
somit den Vorteil, dass das gesamte Stoßwerkzeug nicht mehr einstückig ausgebildet
ist, sondern zweistückig
mit einem Werkzeugschaft 12 und einem ein- oder mehrstückigen Werkzeugkopf 14 ausgebildet
ist. Der Werkzeugkopf 14 und der Werkzeugschaft 12 sind
dabei lösbar
miteinander verbunden. Ist der Werkzeugkopf 14 mehrstückig ausgebildet,
sind die Schneidelemente 18 des Werkzeugkopfs 14 durch
eine Vielzahl von austauschbaren Schneidplatten 36 ersetzt.
Dies bietet den Vorteil, dass die Teile, welche beim Stoßvorgang
hauptsächlich
dem Verschleiß unterliegen,
einzeln austauschbar sind, wodurch immense Kostenvorteile realisiert werden
können.
Ferner hat sich gezeigt, dass die Präzision des Stoßwerkzeugs
darunter nicht leidet und überraschenderweise
sogar höhere
Schnittgeschwindigkeiten möglich
sind. Dies wird vor allem durch die Ausbildung der Schneidplatten 36 aus
Hartmetall ermöglicht.