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Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug, insbesondere zur Herstellung eines Zahnrads, hierbei insbesondere eines Bogenrads eines Torus-Getriebes, welches einen drehantreibbaren Werkzeugkörper mit einer Stirnfläche aufweist.
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Aus der
EP 1 402 200 B1 ist ein Torus-Getriebe bekannt, das aus zwei Zahnrädern – dem Torusrad und dem Bogenrad – besteht. Auf der Planseite des Torusrads befindet sich mindestens ein spiralförmig angeordneter Zahn, dessen Geometrie der Geometrie seines Getriebepartners, des Bogenrads, folgt. Das Bogenrad ist hierbei ein Zylinderrad mit einer zylinderförmigen Walzfläche, die eine mindestens drei Zähne umfassende Außenverzahnung aufweist. Jeder Zahn besitzt eine Bogenverzahnung mit konkaven bzw. konvexen Linksflanken und konvexen bzw. konkaven Rechtsflanken. Die Zähne des getriebeabgangseitig angeordneten Bogenrads sind mit demjenigen eines Stirnzahnrads vergleichbar. Ein derartiges planverzahntes Torus-Getriebe besitzt eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften, insbesondere ein geringes Zahnflankenspiel. Nachteilig ist aber, dass die Herstellung der beiden Zahnräder aufwendig ist, da hierzu ein virtuelles CAD-Modell entwickelt und die dadurch bestimmten Parameter an eine CNC-gesteuerte Fertigungsmaschine übergeben werden müssen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fräswerkzeug zu entwickeln, welches sich insbesondere für eine einfache Herstellung eines Zahnrads, hierbei insbesondere eines Bogenrads eines Torus-Getriebes eignet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der Stirnfläche mindestens ein Anfangsschneidezahn und mindestens ein Endschneidezahne und zwischen diesen mindestens ein Zwischenschneidezahn angeordnet ist, wobei diese Schneidezähne entlang einer Spirale, insbesondere einer archimedischen Spirale, angeordnet sind.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise ein Fräswerkzeug geschaffen, welches sich insbesondere zur Herstellung der Verzahnung eines Bogenrads eines Torus-Getriebes eignet. Von Vorteil ist, dass die komplexe Zahnform eines derartigen Bogenrads in einem einzigen Arbeitsgang durch ein einfach durchzuführendes Fräsverfahren erzeugt werden kann. Die Herstellung eines derartigen Bogenrads wird daher vereinfacht, wodurch dessen Herstellungskosten gesenkt werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Schneidezahn des Fräswerkzeugs senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zur Stirnfläche des Werkzeugkörpers des Fräswerkzeugs angeordnet ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil einer besonders einfachen und daher einfach herzustellenden konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Schneidezahn des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs geneigt zu der Stirnfläche des Werkzeugkörpers des Fräswerkzeugs angeordnet ist. Vorzugsweise ist daher diese Anordnung derart, dass der oder die geneigt angeordneten Schneidezähne des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs im wesentlichen orthogonal zur zylindrischen Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks angeordnet sind. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass hierdurch in dieser Oberfläche eine Verzahnung durch ein einfaches Eintauchen des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs hergestellt werden kann.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im Folgenden anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fräswerkzeugs,
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2 verschiedene Darstellungen des Fräswerkzeugs gemäß 1,
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3 einen Halbschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel des Fräswerkzeugs,
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4 eine auszugsweise Darstellung eines mit dem Fräswerkzeug der 1 hergestellten Bogenrads,
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5 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Fräswerkzeugs,
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6 einen Halbschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel des Fräswerkzeugs,
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7 eine auszugsweise Darstellung eines mit dem Fräswerkzeug der 4 hergestellten Bogenrads, und
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8 eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Fräswerkzeugs.
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In den 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines allgemein mit 1 bezeichneten Fräswerkzeugs dargestellt. Dieses Fräswerkzeug 1 besitzt einen Werkzeugkörper 10, der auf einem nicht näher dargestellten Schaft S montiert oder montierbar ist, so dass der Werkzeugkörper 10 drehantreibbar ist. An einer Stirnfläche 11 des Werkzeugkörpers 10 ist eine Anzahl von Schneidezähnen 12, 13a–13f und 14 angeordnet, wobei diese Anordnung einer Spirale, insbesondere einer archimedischen Spirale folgt. Diese Spirale beginnt bei einem Anfangsschneidezahn 12 und verläuft über Zwischenschneidezähne 13a–13f zu einem Endschneidezahn 14. Im hier beschriebenen Fall sind sechs Zwischenschneidezähne 13a–13f vorgesehen. Dem Fachmann ist aber ersichtlich, dass die hier vorgesehene Anzahl von Zwischenschneidezähnen 13a–13f nur exemplarischen Charakter besitzt und – abhängig vom jeweiligen Einsatzzweck – mehr als sechs oder weniger als sechs Zwischenschneidezähne 13a–13f vorgesehen sein können. Im hier gezeigten Fall verläuft die die generelle Anordnung der Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 vorgebende Spirale im Gegenuhrzeigersinn. Natürlich ist auch die Anordnung der Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 in einer im Uhrzeigersinn verlaufenden Spirale möglich.
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Zwischen den Schneidezähnen 12, 13a–13f und 14 sind in an und für sich bekannter Art und Weise Spannuten 15 angeordnet, so dass diese nicht im Detail beschrieben werden. Vorzugsweise ist desweitere vorgesehen, dass in den Spannuten 15 hier nur schematisch dargestellte Austrittsöffnungen 16 vorgesehen sind, die mit nicht gezeigten Kühlmittelzuführkanälen in Verbindung stehen, so dass durch die Austrittsöffnungen 16 beim Fräsvorgang in ebenfalls bekannter und daher nicht mehr beschriebener Art und Weise dem Fräswerkzeug 1 ein Kühlmittel zugeführt werden kann.
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Bei dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel besitzen die Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 einen Verlauf, d. h. sie folgen in ihrer Längserstreckung daher dem Verlauf der die Anordnung dieser Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 bestimmenden archimedischen Spirale.
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Details der Ausgestaltung des Fräswerkzeugs 1 sind nun den 2a bis 2g zu entnehmen. Die 2a zeigt eine Draufsicht auf die Stirnfläche 11 des Werkzeugkörpers 10 des Fräswerkzeugs 1. Die 2b bis 2d zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen der Flanken der Schneidezähne 12, 13a–13f und 14, jeweils entsprechend einem Schnitt entlang der Linie B-B der 2a. Die 2e zeigt einen Schnitt durch das Fräswerkzeug 1 und die 2g und 2f zeigen hinsichtlich ihres Spanwinkels unterschiedlich ausgestaltete Schneidezähne 12, 13a–13f und 14.
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Die radial äußeren Flanken 17a und radial inneren Flanken 17b der Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 sind im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel gerade ausgeführt (2b). Es ist aber auch eine konvexe oder eine konkave Ausbildung (2c bzw. 2d) dieser Flanken 17a, 17b möglich. Es ist ebenfalls nicht zwingend, dass sämtliche Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 des Fräswerkzeugs 1 des ersten Ausführungsbeispiels gleichartig aufgebaut sind. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weisen die Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 jeweils einen positiven Spanwinkel (2f) auf, was aber auch nicht zwingend ist. Auch die Ausbildung mit einem negativen Spanwinkel (2g) ist möglich.
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Die 3 zeigt nun einen Halbschnitt durch das Fräswerkzeug 1 zusammen mit einer schematischen, strichliert gezeichneten Darstellung eines Bogenrad-Rohlings B', in den durch das Fräswerkzeug 1 die entsprechende Verzahnung einzubringen ist. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass die Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 orthogonal oder im wesentlichen orthogonal zu der Stirnfläche 11 des Fräswerkzeugs 1 angeordnet sind. Zur Herstellung eines Bogenrads B (siehe dazu 4) wird in einen Bogenrad-Rohling B' durch das Fräswerkzeug 1 eine entsprechende Verzahnung eingebracht. In 3 ist dieser Bogenrad-Rohling B' durch eine strichlierte Linie, welche den zu bearbeitenden Bereich der zylindrischen Oberfläche B'' des Bogenrad-Rohlings B' symbolisieren soll, dargestellt. Das Fräswerkzeug 1 taucht hierzu in die Oberfläche B'' des Bogenrad-Rohlings B' in radialer Richtung ein. Nach einer oder mehreren Umdrehungen des Fräswerkzeugs 1 wird das Fräswerkzeug 1 tangential vorgeschoben, so dass ein zwischen den Zähnen ZB befindlicher Zahngrund ZG ausgebildet wird, wie dies aus 4 ersichtlich ist. Dieses tangentiale Verschieben bewirkt, dass – wie ein Vergleich des Bogenrads B der Abbildung der 4 mit dem in 7 abgebildeten Bogenrad zeigt – eine weitgehend glatte Ausbildung des Zahngrunds ZG.
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In den 5 bis 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Fräswerkzeugs 1 dargestellt, wobei einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht mehr näher beschrieben werden. Der wesentliche Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist insbesondere aus der 6 ersichtlich. Diese Figur zeigt, dass beim zweiten Ausführungsbeispiel des Fräswerkzeugs 1 die Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 entsprechend ihrer Position zum Bogenrad B gekippt angeordnet sind. Sie stehen somit vorzugsweise orthogonal oder zumindest im wesentlichen orthogonal zu der zylindrischen Außenfläche B'' des Bogenrad-Rohlings B', in welche die entsprechende Verzahnung einzubringen ist Sie verlaufen also im wesentlichen in Richtung einer Radialen des Bogenrad-Rohlings B'. Zur Herstellung eines Bogenrads B taucht das rotierende Fräswerkzeug 1 in den Bogenrad-Rohling B' ein und in die Oberfläche B'' des Bogenrad-Rohlings B' werden entsprechende Vertiefungen eingebracht. Dann wird der Bogenrad-Rohling B' entsprechend weiterbewegt, wobei vorzugsweise in an und für sich bekannter und daher nicht mehr näher beschriebener Art und Weise – wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel – eine Wälzkopplung zwischen dem Bogenrad-Rohling B' und dem Fräswerkzeug 1 verwendet wird, um eine entsprechend synchrone Weiterbewegung des Bogenrad-Rohlings B' zu gewährleisten. Der Anfangsschneidezahn 12 des Fräswerkzeugs 1 bewirkt hierbei die Ausbildung einer ersten Flanke eines jeden Zahns ZB des Bogenrads B, während der Endschneidezahn 14 des Fräswerkzeugs 1 für die Ausbildung der anderen Flanke dieses Zahns ZB sorgt. Die Zwischenschneidezähne 13a–13f dienen zur Ausbildung des zwischen zwei Zähnen ZB befindlichen Zahngrunds ZG.
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Ein mit dem Fräswerkzeug 1 des zweiten Ausführungsbeispiels hergestelltes Bogenrad B ist nun in 7 dargestellt. Man erkennt die einzelnen Zähne ZB sowie deren Flanken sowie den zwischen zwei Zähnen ZB befindlichen Zahngrund ZG.
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Die Qualität der Ausbildung des Zahngrunds ZG wird entscheidend von der Anzahl der Zwischenschneidezähne 13a–13f des Fräswerkszeugs 1 bestimmt: Je mehr Zwischenschneidezähne 13a–13f vorgesehen sind, desto glatter ist der Verlauf des Zahngrunds ZG. Für den Fachmann ergibt sich aus den vorstehenden Beschreibungen der beiden Ausführungsbeispiele, dass er – wie bereits erwähnt – die Zahl der Zwischenschneidezähne 13a–13f verringern kann, wenn die Ausbildung des Zahngrunds ZG für den jeweiligen Anwendungsfall von untergeordneter Bedeutung ist.
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Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele beschreiben einen eingängigen Verlauf der Schneidezähne 12, 13a–13f und 14. Es ist natürlich auch möglich, mehr als einen durch die Abfolge der Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 definierten Zahngang vorzusehen.
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Das in 8 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel entspricht in seinem Aufbau und in seiner Funktion den ersten beiden Ausführungsbeispielen, so dass einander entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht mehr im Detail erläutert werden. Das Fräswerkzeug 1 des dritten Ausführungsbeispiels ist zweigängig ausgebildet und weist demzufolge zwei Zahngänge auf, wobei der erste Zahngang – wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen – durch die Abfolge der Schneidezähne 12, 13a–13f und 14 festgelegt ist. Der zweite Zahngang wird durch die Abfolge des Anfangsschneidezahns 12' des zweiten Zahngangs, der Zwischenschneidezähne 13a'–13f' sowie des Endschneidezahns 14' dieses zweiten Zahngangs festgelegt. Natürlich ist es auch möglich, mehr als zwei Zahngänge zur Ausbildung eines mehrgängigen Fräswerkzeugs 1 vorzusehen. Auch hier können die Schneidezähne 12, 13a–13f, 14 und die Schneidezähne 12', 13a'–13f', 14' wie beim ersten Ausführungsbeispiel ortogonal bzw. im wesentlichen ortogonal und/oder wie beim zweiten Ausführungsbeispiel geneigt zur Stirnfläche 11 des Werkzeugkörpers 10 angeordnet sein.
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Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebenen Maßnahmen in vorteilhafter Art und Weise ein Fräswerkzeug 1 ausgebildet wird, welches insbesondere zur Herstellung der Verzahnung eines Bogenrads B eines Torus-Getriebes geeignet ist. In vorteilhafter Art und Weise kann die komplexe Zahnform eines derartigen Bogenrads B in einem einzigen Arbeitsgang durch ein entsprechendes Fräsen erzeugt werden. Hierdurch wird in vorteilhafter Art und Weise die Herstellung eines derartigen Bogenrads B vereinfacht. Das beschriebene Fräswerkzeug 1 ist nicht nur zur Herstellung eines derartigen Bogenrads B geeignet, sondern eignet sich in vorteilhafter Art und Weise für eine Vielzahl von Anwendungszwecken, bei denen in eine Oberfläche eines Werkstücks eine Struktur, insbesondere eine Verzahnung, einzubringen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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