DE4340608B4

DE4340608B4 - Schneidmesser und Verwendung von Schneidmessern zur Erzeugung von Zähnen von Spiralkegelrädern und Hypoid-Zahnrädern oder Ritzeln

Info

Publication number: DE4340608B4
Application number: DE4340608A
Authority: DE
Inventors: John E. Fort Wayne Masseth
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2013-11-30
Also published as: JPH071232A; US5374142A; DE4340608A1; KR100293616B1; KR940013689A

Abstract

Verwendung von Schneidmessern (10) zur Erzeugung von Zähnen von Spiralkegelrädern und Hypoid-Zahnrädern oder Ritzeln mittels eines kontinuierlichen Index-Abwälzfräsverfahrens, wobei ein Schneidmesser (10) einen an einem drehbaren Fräskopf befestigten Schaft (16) mit einer zentralen Achse aufweist, der an seinem Ende ein Schneidelement (18) aufweist, das auf einer Seite mit einer Zahnschneidkante (20) zum Schneiden einer Seite (24) eines Zahns (14) des Zahnrads (12) mit einem gegebenem axialen Eingriffswinkel (B) zwischen der Zahnschneidkante (20) und der zentralen Achse versehen ist, an die eine Profilkante (22) zum Formen eines Profils (26, 26') an der Spitze des Zahns (14) des Zahnrads (12) mit einem axialen Eingriffswinkel (A) zwischen der Profilkante (22) und der zentralen Achse angrenzt, der größer als der axiale Eingriffswinkel (B) der Zahnschneidkante (20) ist, wobei die Profilkante (22) des Schneidelements (18) gleichzeitig das Profil (26, 26') an der Spitze des Zahns (14) des Zahnrads (12) formt, wenn die Seite (24) des...

Description

Die Erfindung betrifft Schneidmesser und die Verwendung von Schneidmessern zur Erzeugung von Zähnen von Spiralkegelrädern und Hypoid-Zahnrädern oder Ritzeln mittels einem kontinuierlichen Index-Abwälzfräsen.
Spiralkegelräder und Hypoid-Räder-Paare werden konventionell hergestellt unter Verwendung entweder einer intermittierenden Planfräsmethode oder einer kontinuierlichen Index-Abwälzfräsmethode. Während die meisten Zahnradhersteller gegenwärtig das Fräsverfahren anwenden, wird neuerdings auch das Abwälzfräsen von einigen Herstellern angewendet, insbesondere von denen, die solche Zahnräder zur Verwendung in Fahrzeugen herstellen. In einer Abwälzfräsmaschine wird ein kreisförmiger Abwälzfräser verwendet, der eine Mehrzahl von Schneidblättern oder Schneidstählen aufweist, und die Schlittenachse, die Werkstückachse und die Fräserachse rotieren in einem zeitlich gesteuerten Verhältnis, bis das vollständige Teil hergestellt ist. Während des Fräsprozesses rotieren das Werkstück und der Fräser kontinuierlich, wobei aufeinanderfolgende Fräserzahngruppen in Eingriff treten mit aufeinanderfolgenden Zahnlücken, während das Zahnrad gefräst oder geschnitten wird. Mit dem Abwälzfräsen können vorteilhafterweise Zähne mit gleichmäßiger Tiefe her- gestellt werden, und die Teile werden in einer Operation aus dem Vollen hergestellt. Das Abwälzfräsen erfordert ferner weniger Arbeitsschritte und weniger Arbeitszeit als das Planfräsen.
Allgemein haben die Produzenten von Zahnrädern festgestellt, dass es zweckmäßig ist, der Spitze der Zähne des Zahnrads, des Ritzels oder beider Teile des Zahnrad-Satzes eine Abschrägung oder eine Hinterdrehung zu geben, um das Geräusch zu reduzieren, das gewöhnlich beim Lauf von Zahnrädern auftritt. Eine solche Spitzenhinterfräsung ist jedoch bei dem Abwälzfräsverfahren hergestellten Spiralzahnrädern oder Hypoid-Zahnrädern nicht vorgesehen. Stattdessen wurden nach dem Schneiden der Zähne deren Spitzen nur in einem separaten Arbeitsschritt abgerundet. Wurde jedoch eine Spitzenhinterfräsung oder Entlastung vorgenommen, so wurde dies separat und nachfolgend auf das Schneiden der Zähne ausgeführt. In jedem Fall ist dieser weitere Produktionsschritt nachteilig hinsichtlich der Kosten, der Qualitätskontrolle und der Flexibilität bei der Produktion.
US 4 260 299 offenbart ein Schneidwerkzeug mit einer Schneidkante für die Seitenflanken eines Zahns eines Zahnrads. Dabei sind die Schneidkanten für verschiedene Seiten des Zahns an zwei Seiten unter unterschiedlichen Neigungswinkeln vorgesehen. Zwei Teile bzw. Schneidkanten (mit unterschiedlichen Neigungswinkeln gegenüber der Achse des Schneidmessers) des Schneidmessers sind über einen Radius verbunden. Insbesondere soll durch Versehen des Schneidwerkzeugs mit einer Schneidkante unter einem spitzeren Winkel in weicheren Materialien ein effektiveres Arbeiten möglich sein.
US 4 260 299 zeigt geradlinige Kanten und gebogene Kanten an einem Schneidwerkzeug zum Schneiden von Zähnen eines Zahnrads.
PFAUTER, Hermann: Pfauter-Wälzfräsen, Teil 1, 2. erweiterte Auflage, Berlin [u. a.], Springer, 1976, S. 247–249; ISBN 3-540-07446-5 zeigt ein Wälzfräserprofil für die Herstellung von Verzahnung und Kopfkantenbruch in einem Arbeitsgang und zeigt somit ein Brechen von Kopfkanten während eines Fräsens von Zähnen. Der für das Brechen von Kopfkanten vorgesehene Teil ist keine Schneidkante und gebrochene Kopfkanten werden möglicherweise nachbearbeitet.
US 2 974 398 zeigt Schneidmesser mit Schneidkanten mit unterschiedlichen axialen Eingriffswinkeln, wobei mit den Schneidkanten an Seiten von Zähnen eines Zahnrads geschnitten wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Herstellung der Zähne und Spiralkegelrädern und Hypoid-Räder mittels eines kontinuierlichen Index-Abwälzfräsverfahrens zu verbessern.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Schneidmesser mit Schneidkanten mit unterschiedlichen axialen Eingriffswinkeln, wie es beispielsweise in dem oben angegebenen Dokument US 2 974 398 angegeben ist, zur Herstellung der Zähne und Spiralkegelrädern und Hypoid-Rädern mittels eines kontinuierlichen Index-Abwälzfräsverfahrens verwendet werden, wobei ein Schneidmesser insbesondere einen an einem drehbaren Fräskopf befestigten Schaft mit einer zentralen Achse aufweist, der an seinem Ende ein Schneidelement aufweist, das auf einer Seite mit einer Zahnschneidkante zum Schneiden einer Seite eines Zahns des Zahnrads mit einem gegebenem axialen Eingriffswinkel zwischen der Zahnschneidkante und der zentralen Achse versehen ist, an die eine Profilkante zum Formen eines Profils an der Spitze des Zahns des Zahnrads mit einem axialen Eingriffswinkel zwischen der Profilkante und der zentralen Achse angrenzt, der größer als der axiale Eingriffswinkel der Zahnschneidkante ist, wobei die Profilkante des Schneidelements gleichzeitig ein Profil an der Spitze des Zahns des Zahnrads formt, wenn die Seite des Zahns durch die Zahnschneidkante des Schneidelements geschnitten oder gefräst wird.
Die Herstellung eines Spitzenprofils bzw. Kopfkantenbruchs gleichzeitig mit dem Schneidvorgang erlaubt eine größere Herstellungs-Flexibilität, da die Profilabmessungen durch Ändern der Schneidblätter der Abwälzfräsmaschine auf einfache Weise modifiziert werden können. Der Wegfall einer nachfolgenden Bearbeitung verbessert außerdem die Konsistenz des Profils, das heißt der Hinterschneidung, und die Teile-Qualität. Außerdem werden Arbeitszeit und Kosten reduziert.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der
1 in Draufsicht die Stirnfläche eines Schneidstahles nach der Erfindung zeigt sowie einen Teil eines Zahnrads, das durch den Schneidstahl bearbeitet wird.
2 zeigt in Draufsicht den Schneidstahl nach 1, wobei die Geometrie der Schneidwinkel dargestellt ist.
1 zeigt ein Schneidmesser oder einen Schneidstahl 10 nach der Erfindung sowie einen Teil eines Zahnrads 12 mit einem Zahn 14, an welchem der Schneidstahl arbeitet während des Abwälzfräsverfahrens. Der Schneidstahl 10 hat einen Schaft 16 und ein Schneidelement 18 an einem Ende. Eine Mehrzahl von solchen Schneidstählen 10 ist an einem drehbaren kreisförmigen nicht gezeigten Schneidkopf oder Fräskopf befestigt, der einen Teil einer Abwälzfräsmaschine bildet. Beispiele solcher Maschinen oder Systeme sind das Phoenix-System und das GMAXX 2010-System, beide erhältlich von der Firma ”The Gleason Works” Division of Gleason Corporation, Rochester, New York. Während des Abwälzfräsverfahrens rotieren das Zahnrad 12 und der Fräskopf kontinuierlich, wobei aufeinanderfolgende Schneidstähle in aufeinanderfolgende Zahnlücken eintreten, während das Zahnrad geschnitten bzw. gefräst wird. Obwohl in 1 ein Zahnrad 12 dargestellt ist, kann der erfindungsgemäße Schneid- oder Frässtahl auch zum Abwälzfräsen des Ritzels eines Zahnradsatzes verwendet werden.
Abwälzfräs-Systeme verwenden allgemein Frässtähle oder Fräsmesser, die in der Firma des Endbenutzers aus Rohlingen profilgeschliffen werden, um eine Vielzahl von speziellen Formen zu erhalten. Die Stirnfläche des Schneidelementes 18 jedes Frässtahles 10 ist allgemein an einer Seite mit einer Schneidkante 20 versehen, die sich von der Spitze des Schneidelementes 18 aus in einem vorgegebenen axialen Eingriffswinkel aus erstreckt. Der axiale Eingriffswinkel der Schneidkante 20 hängt offensichtlich von dem Winkel ab, der für die Seiten des Zahnrads gewünscht wird. Hier ist der axiale Eingriffswinkel definiert durch den Winkel zwischen der Messerkante (oder dem Zahnprofil) und der Achse des Schneidmessers 10. Die Schneidmesser oder Fräsmesser 10 sind allgemein auf dem Schneidkopf in Gruppen montiert. Beispielsweise in den Systemen, die von der Firma ”The Gleason Works” angeboten werden, sind die Schneidmesser am Schneidkopf in Gruppen von zwei angeordnet, und jedes Schneidstahlpaar arbeitet auf eine andere Zahnlücke. In anderen Systemen können die Schneidmesser am Schneidkopf in Gruppen von drei angeordnet sein. In solchen Systemen hat man ein inneres, ein äußeres und ein gröberes Messer, die zusammenwirken, um die Seiten und den Grund jeder Zahnlücke entsprechend zu schneiden bzw. zu fräsen. Das nicht gezeigte gröbere Schneidmesser ist allgemein mit inneren und äußeren Schneidkanten versehen. Das in der Zeichnung dargestellte Schneidmesser 10 ist eines der Seiten-Schneidmesser, die sich zur Verwendung entweder mit einer Gruppe aus zwei oder drei Messern eignen.
Durch Modifizierung der spezifischen Schleif-Parameter zur Herstellung des Schneidmessers oder Schneidstahles 10 aus einem Rohling, kann die Messerform geändert werden, so dass sie eine Profilkante 22 hat mit einem vorgegebenen axialen Eingriffswinkel A, der größer ist als der axiale Eingriffswinkel B der Zahnschneidkante 20 um einen vorgegebenen Betrag, wie 2 am besten zeigt. Das Schneidmesser 10 schneidet somit die Seite 24 des Zahns 14 mit Hilfe der Schneidkante 20, und gleichzeitig formt es eine Abschrägung 26 an der Spitze des Zahns 14 mit Hilfe der Profilkante 22.
Die Messerwinkelmodifizierung ist bestimmt durch ein Längenmaß L und eine Winkeländerung C. Das Längenmaß L ist der Abstand von der Spitze des Schneidelementes 18 zum Schnittpunkt der Schneidkante 20 mit der Profilkante 22. Die Winkelabweichung C ist der Winkel zwischen der Fläche der Schneidkante 20 und der Fläche der Profilkante 22. Die spezifischen Abmessungen der Messerwinkelmodifizierung hängen ab von der Tiefe des zu produzierenden Teiles, der Größe des gewünschten Winkels C und der Länge L. Die Länge L und der Winkel C können variiert und experimentell optimiert werden während der Entwicklung eines spezifischen Zahnrad-Satzes, zur Herstellung des gewünschten Spitzen-Profils. Abhängig von der Dicke des Rohlings für das Schneidmesser, kann es möglich sein, dass Schneidmesser mit bestimmten Kombinationen von axialem Eingriffswinkel B, Länge L und Winkelabweichung C nicht hergestellt werden können, weil der axiale Eingriffswinkel A in einigen Fällen außerhalb der verfügbaren Messerdicke liegen kann.
Der Winkel C kann sehr klein sein und trotzdem eine deutliche Geräuschreduzierung während des Betriebs der Zahnräder bewirken. Es ist ferner nicht notwendig, dass die Profilkante 22 geradlinig ist. Die Profilkante 22 kann einen konkaven Abschnitt aufweisen, der sich vom Ende der Schneidkante 20 aus zum äußeren Ende des Schneidmesserschaftes 16 erstreckt.
Die Schneidmesser 10 nach der Erfindung sind an dem kreisförmigen Fräskopf in konventioneller Weise befestigt, und das Abwälzfräsverfahren wird in derselben Weise durchgeführt wie bei Verwendung konventioneller Schneidmesser. Falls zwei Messer pro Gruppe vorgesehen sind, ist wenigstens ein Schneidmesser 10 in jedem Paar (entweder alle der inneren Messer oder alle der äußeren Messer) mit einer Profilkante 22 versehen zur Bildung des Profils 26 an einer Seite der Spitze jedes Zahns 14. Vorzugsweise ist jedes Schneidmesser mit einer Profilkante versehen, so dass ein Profil 26, 26' an beiden Seiten der Spitze jedes Zahns 14 gebildet wird. Wenn drei Schneidmesser je Gruppe vorgesehen sind, kann das gröbere Messer mit einer Profilkante an seiner inneren Kante, seiner äußeren Kante oder vorzugsweise an beiden Kanten ausgerüstet sein. Alternativ kann eine Profilkante an der Schneidkante des inneren Schneidmessers, des äußeren Schneidmessers oder vorzugsweise sowohl am inneren und am äußeren Schneidmesser vorgesehen sein.
Das Schneidmesser 10 nach der Erfindung schafft ein Spitzenprofil für die Zähne eines Zahnrads oder eines Ritzels gleichzeitig mit dem Schneidvorgang. Dies ermöglicht eine größere Herstellungs-Flexibilität, da die Profilabmessungen einfach modifiziert werden können durch Modifizierung der Länge L und/oder des Winkels C der Schneidmesser. Ferner wird eine nachfolgende Bearbeitung vermieden und dadurch die Konsistenz des Profils und die Teile-Qualität verbessert, ebenso wie die Herstellungskosten reduziert werden.
Die Verwendung des Schneidmessers 10 nach der Erfindung würde sich nicht für das konventionelle Planfräsverfahren eignen, bei welchem Zähne mit sich verjüngender Tiefe erzeugt werden, da ein Spitzenprofil mit ungleicher Breite längs der Länge des Zahns entstehen würde.

Claims

Verwendung von Schneidmessern (10) zur Erzeugung von Zähnen von Spiralkegelrädern und Hypoid-Zahnrädern oder Ritzeln mittels eines kontinuierlichen Index-Abwälzfräsverfahrens, wobei ein Schneidmesser (10) einen an einem drehbaren Fräskopf befestigten Schaft (16) mit einer zentralen Achse aufweist, der an seinem Ende ein Schneidelement (18) aufweist, das auf einer Seite mit einer Zahnschneidkante (20) zum Schneiden einer Seite (24) eines Zahns (14) des Zahnrads (12) mit einem gegebenem axialen Eingriffswinkel (B) zwischen der Zahnschneidkante (20) und der zentralen Achse versehen ist, an die eine Profilkante (22) zum Formen eines Profils (26, 26') an der Spitze des Zahns (14) des Zahnrads (12) mit einem axialen Eingriffswinkel (A) zwischen der Profilkante (22) und der zentralen Achse angrenzt, der größer als der axiale Eingriffswinkel (B) der Zahnschneidkante (20) ist, wobei die Profilkante (22) des Schneidelements (18) gleichzeitig das Profil (26, 26') an der Spitze des Zahns (14) des Zahnrads (12) formt, wenn die Seite (24) des Zahns (14) des Zahnrads (12) durch die Zahnschneidkante (20) des Schneidelements (18) geschnitten oder gefräst wird.
Verwendung von Schneidmessern (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkanten (22) im Wesentlichen geradlinig ausgebildet sind.
Verwendung von Schneidmessern (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkanten (22) als konkav gekrümmte Kanten ausgebildet sind.
Verwendung von Schneidmessern (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Abstand (L) vom äußeren Ende des Schneidmessers (10) zum Schnittpunkt der Zahnschneidkante (20) mit der Profilkante (22) kleiner als die Höhe der zu schneidenden Zähne (14) ist.
Verwendung von Schneidmessern (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Schneidmessern (10) vorgesehen ist, die in Paaren angeordnet sind, wobei jedes Paar von Schneidmessern (10) ein radial inneres und ein radial äußeres Schneidblatt umfasst, wobei jedes der inneren Schneidblätter und/oder der äußeren Schneidblätter eine Zahnschneidkante (20) und eine angrenzende Profilkante (22) aufweist und dazu geeignet ist, gleichzeitig eine Seite (24) der Zähne (14) des Zahnrads (12) zu schneiden und ein Profil (26, 26') an deren Spitzen zu formen.
Schneidmesser (10) zur Erzeugung von Zähnen von Spiralkegelrädern und Hypoid-Zahnrädern oder Ritzeln mittels eines kontinuierlichen Index-Abwälzfräsverfahrens, wobei das Schneidmesser (10) folgendes aufweist: einen Schaft (16), der dazu geeignet ist, an einem drehbaren Fräskopf befestigt zu werden, und eine zentrale Achse hat; ein Schneidelement (18) an einem äußeren Ende des Schafts (16), wobei das Schneidelement (18) auf einer Seite eine Zahnschneidkante (20) zum Schneiden einer Seite (24) eines Zahns (14) des Zahnrads (12) enthält und weiterhin einen gegebenem axialen Eingriffswinkel (B) zwischen der Zahnschneidkante (20) und der zentralen Achse hat; und angrenzend zur Zahnschneidkante (20) eine Profilkante (22) zum Formen eines Profils (26, 26') an der Spitze des Zahns (14) des Zahnrads (12) und mit einem axialen Eingriffswinkel (A) zwischen der Profilkante (22) und der zentralen Achse des Schneidmessers (10), wobei der axiale Eingriffswinkel (A) größer als der axiale Eingriffswinkel (B) der Zahnschneidkante (20) ist, wobei die Profilkante (22) des Schneidelements (18) weiterhin derart konfigu riert ist, um gleichzeitig das Profil (26, 26') an der Spitze des Zahns (14) des Zahnrads (12) zu formen, wenn die Seite (24) des Zahns (14) des Zahnrads (12) durch die Zahnschneidkante (20) des Schneidelements (18) geschnitten oder gefräst wird, wobei der Abstand von der Spitze des Schneidelements (18) zum Schnittpunkt der Zahnschneidkante (20) mit der Profilkante (22) so ausgebildet ist, dass die Zahnschneidkante (20) die Seite (24) des Zahns (14) schneidet und die Profilkante (22) ein Profil an der Spitze des Zahns (14) formt.
Schneidmesser (10) nach Anspruch 6, wobei die Profilkante (22) im Wesentlichen geradlinig ausgebildet ist.
Schneidmesser (10) nach Anspruch 6, wobei die Profilkante (22) als konkav gekrümmte Kante ausgebildet ist.
Schneidmesser (10) nach Anspruch 6, wobei die Zahnschneidkante (20) und die Profilkante (22) durch eine Messerwinkelmodifizierung mit einem Längenmaß (L) und einer Winkelabweichung (C) definiert sind, wobei die Messerwinkelmodifizierung von der Tiefe des zu produzierenden Teils abhängt.
Schneidmesser (10) nach Anspruch 9, wobei das Längenmaß (L) ein axialer Abstand vom äußeren Ende der Schneidblätter (10) zu der Schnittstelle der Zahnschneidkanten (20) ist und die Winkelabweichung (C) ein Winkel zwischen einer Fläche der Zahnschneidkante (20) und einer Fläche der Profilkante (22) ist.