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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von
Zahnrad- oder Zahnstangen-Schabrädern für die Feinbearbeitung
von Zahnrädern. Wie bekannt ist, besteht ein Schabrad im
wesentlichen aus einer Zahnscheibe mit geraden oder schrägen
Zähnen mit Evolventenprofil, wobei in den Seiten der Zähne eine
Vielzahl von Nuten ausgebildet ist und die Ränder der Nuten die
Schneidkanten bilden, die die Feinbearbeitung der Seiten der
Zahnradzähne durchführen.
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Herkömmliche Schabräder haben Nuten mit rechtwinkligen
Profilen, die durch Schlitzen erzeugt werden, das mittels eines
Werkzeugs mit einer Vielzahl von Schneidelementen mit
rechtwinkligem Profil durchgeführt wird. Beim Schlitzen wird
den Schneidelementen eine parallel zu einer Tangentialebene der
Seite des Zahnes gerichtete Schneidbewegung und eine
Vorschubbewegung senkrecht zu dieser Ebene erteilt. Diese
Verfahrenstechnik, die z. Zt. gut etabliert ist, erzeugt
Schneidkanten mit Schneidwinkeln von ca. 90º auf den Seiten der
Zähne.
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Schabräder mit schrägen Zähnen sind ebenfalls bekannt, wobei
die Seitenwände der Nuten zu den Rücken des Schabrades parallel
sind und jede Nut folglich eine Schneidkante mit positivem
Ansatzwinkel (spitzer Schneidwinkel) und eine Schneidkante mit
negativem Ansatzwinkel (stumpfer Winkel) aufweist. Während des
Bearbeitens haben Schabräder dieses Typs eine einzige
Schneidkante mit einem positiven Ansatzwinkel in jeder
Umlaufrichtung und müssen daher während der Bearbeitung mit
Umkehr der Drehrichtung verwendet werden.
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Das sowjetische Patent Nr. 1143534 schlägt die Herstellung von
Nuten mit unterschnittenem Profil auf den Seiten der Zähne
eines Schabrades vor, damit eine Schneidkante mit spitzem
Winkel entsteht, um die Qualität der Feinbearbeitung mit
weniger Kontaktkraft zwischen dem Schabrad und dem Zahnrad zu
verbessern. Bei der mit dem zuvor erwähnten sowjetischen Patent
vorgeschlagenen Lösung werden die Nuten des Schabrades durch
elektroerosive Bearbeitung hergestellt, die mit einer
zylindrischen Elektrode durchgeführt wird, deren Durchmesser
gleich der maximalen Breite der Nut ist.
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Der Hauptnachteil der von dem zuvor erwähnten sowjetischen
Patent vorgeschlagenen Lösung besteht in deren hohen Kosten und
den langen Bearbeitungszeiten, die bei der elektroerosiven
Bearbeitung anfallen. Überdies birgt diese Bearbeitungstechnik
im Falle von schrägen Zähnen erhebliche Komplikationen
bezüglich der Form, die der Elektrode gegeben werden muß, um
Nuten mit einheitlicher Tiefe über die gesamte axiale Breite
des Zahnes herzustellen, ohne die Seiten der zuvor gebildeten
Nuten zu überschreiten.
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Die GB-A-392 385 (die die oberbegrifflichen Merkmale des
Anspruches 1 offenbart) zeigt ein Schabrad mit Nuten mit
unterschnittenem Profil, wobei in die Seiten der Zähne
Vertiefungen eingeschnitten werden, um spitze Schneidkanten
herzustellen. Dieses Dokument lehrt jedoch keinerlei geeignetes
Schneideverfahren zur Durchführung der Schneidetätigkeit auf
den Seiten kleiner Nuten.
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Die US-A-2 405 159 (die die oberbegrifflichen Merkmale des
Anspruches 2 offenbart) zeigt ein Verfahren und eine Maschine
für die Feinbearbeitung der Zähne von Zahnrad-Schabrädern,
wobei eine Schlitztätigkeit durchgeführt wird, indem ein
Schneidwerkzeug hin- und herbewegt wird, während das Zahnrad-
Schabrad langsam daran vorbeigerollt wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches
und billiges Verfahren zur Herstellung von Nuten mit
spitzwinkligen Schneidkanten in den Seiten der Zähne eines
Schabrades bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren
gemäß dem Patentanspruch 1.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, in Übereinstimmung
mit dem vorgenannten Verfahren ein Werkzeug zur Herstellung von
Nuten mit Schneidkanten bereitzustellen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
im Verlauf der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
deutlich werden, die ausschließlich mittels eines nicht
einschränkenden Beispiels mit Bezug auf die anhängenden
Zeichnungen gegeben wird, wobei:
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Fig. 1 eine Teil-Perspektivansicht eines mit einem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Schabrades ist;
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Fig. 2 eine Perspektivansicht zur Darstellung eines
Zahnes des Schabrades neben dem Werkzeug zur
Herstellung der Nuten in den Seiten des Zahnes
ist;
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Fig. 3 und 4 schematische Schnittdarstellungen eines Zahnes
während eines Anfangsstadiums und eines
fortgeschrittenen Stadiums der Bearbeitung sind;
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Fig. 5 und 6 Schnittdarstellungen entlang der Linien V-V und
VI-VI der Fig. 3 und 4 sind;
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Fig. 7 eine ähnliche Schnittdarstellung wie Fig. 6 ist
und das Endstadium der Bearbeitung zeigt;
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Fig. 8 eine Einzeldarstellung entlang des Pfeiles VIII
in Fig. 7 in vergrößertem Maßstab ist; und
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Fig. 9 bis 13 schematische Perspektivansichten eines
Schneidelementes des Werkzeugs zur Herstellung
der Nuten in dem Schabrad sind.
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Mit Bezug auf Fig. 1 umfaßt ein mit 1 bezeichnetes Schabrad
eine Vielzahl von Zähnen 2, deren Seiten 4 ein Evolventenprofil
aufweisen. Fig. 1 zeigt den besonderen Fall eines Schabrades
mit geraden Zähnen, aber das nachstehend beschriebene Verfahren
ist gleichermaßen auf die Herstellung von Schneidvorrichtungen
mit schrägen Zähnen und mit konischen Zähnen anwendbar (d. h.
Zähne, bei denen die Neigung der Schraubenlinie einer Seite von
der Neigung der Schraubenlinie der anderen Seite differiert).
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Das Verfahren und das Werkzeug gemäß der Erfindung werden auch
zur Herstellung linearer Schabräder verwendet, die eher aus
kerbverzahnten Stangen als aus Zahnkränzen bestehen, wie in
Fig. 1 dargestellt.
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Wie aus Fig. 2 detaillierter ersichtlich ist, ist in den
Seiten 4 jedes Zahnes 2 eine Vielzahl von Nuten 6 ausgebildet,
wobei die Ränder der Nuten 6 die Schneidkanten bilden, die die
Seiten der Zähne eines mit dem Schabrad kämmenden Zahnrades
feinbearbeiten. Der notwendige Druck zur Entfernung des ins
Auge gefaßten überschüssigen Metalls wird durch allmähliches
Bewegen des Schabrades auf das Zahnrad zu erreicht. Die Nuten 6
werden durch Bearbeitung mit Spanabhebung mittels eines
Schlitzwerkzeugs 8 mit einer Vielzahl von Schneidelementen 10
hergestellt, die von einem Träger 12 abstehen.
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Mit Bezug auf Fig. 9 bis 13 weist jedes Schneidelement 10 des
Schlitzwerkzeugs 8 ein Trapezoid-Profil auf, dessen kleinere
Basis an den Träger 12 des Werkzeugs angrenzt. Basierend auf
unterschiedlichen Erfordernissen können die Spanwinkel der
Schneidkanten jedes Elementes 10 verschiedene Gestaltungsformen
annehmen.
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Im Falle der Fig. 9 hat das Schneidelement nur auf den
Seitenflächen 14, 16 einen Spanwinkel. Im Falle der Fig. 10 hat
das Schneidelement einen Spanwinkel auf den Seitenflächen 14,
16 und auf der stirnseitigen Schneidfläche 18, und im Falle der
Fig. 11 hat das Schneidelement zusätzlich zu den vorherigen
Spanwinkeln einen weiteren Ansatzwinkel in der Außenfläche 20.
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In Fig. 12 weisen alle Oberflächen des Schneidelementes
Spanwinkel auf, und in der Variante gemäß Fig. 13 hat das
Schneidelement 10 schließlich an allen Flächen Spanwinkel, die
aber nur zum Teil ausgebildet sind.
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Der Bearbeitungszyklus beginnt mit der Positionierung des
Schlitzwerkzeugs 8 derart, daß die von den Außenflächen 20 der
Schneidelemente gebildete Ebene oder die in Fig. 2 mit r
bezeichnete gerade Linie die Oberfläche der Seite des Zahnes in
einem vorbestimmten Bereich berührt (Fig. 3).
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Dann wird dem Werkzeug 8 eine Schneidbewegung und eine
Vorschub- oder Eindringbewegung erteilt. In dem speziellen Fall
von Zähnen mit geraden Seiten ist die Schneidbewegung einfach
eine geradlinige Bewegung, die in den in Fig. 4 mit dem
Doppelpfeil A angedeuteten Richtungen ungefähr radial zur Achse
des Schabrades 1 gerichtet ist. In dem allgemeineren Fall, bei
dem die Seite des Zahnes schräg ist, bekommt das
Schlitzwerkzeug 8 eine schraubenlinienförmige Schneidbewegung
erteilt, die aus einem geradlinigen Vorschub mit kombinierter
Drehbewegung besteht, wie durch die Pfeile A und B in Fig. 2
schematisch angedeutet.
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Die Vorschub- oder Eindringbewegung ist senkrecht zu einer
Tangentialebene der Seite des Zahnes 4 hin gerichtet und in
Fig. 3 und 4 jeweils durch den Pfeil C angedeutet. Wie aus
Fig. 6 ersichtlich, wird auf diese Weise in der Seite jedes
Zahnes eine Vielzahl von Nuten mit annähernd rechtwinkligem
Profil (Fig. 6) und mit Seitenwänden 22, 24 hergestellt, die an
jedem Punkt senkrecht zur Tangentialebene der Seite des Zahnes
sind. Der Abstand zwischen den Seitenwänden 22, 24 ist gleich
der Breite der größeren Basis des Schneidelementes 10.
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Der erste Bearbeitungsschritt endet, wenn die gewünschte Tiefe
der Nuten erreicht ist. Die Tiefen-Vorschubbewegung des
Schlitzwerkzeugs 8 in die Richtung C wird dann eingestellt und
dem Werkzeug eine parallel zu einer Tangentialebene der Seite
des Zahnes hin gerichtete Vorschubbewegung erteilt - während
die Schneidbewegung in die Richtung A oder die durch die
Kombination der Bewegungen A und B erteilte
schraubenlinienförmige Bewegung beibehalten wird. Die Richtung
dieser zweiten Vorschubbewegung ist in Fig. 7 durch den Pfeil D
angedeutet.
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Auf diese Weise werden die Seitenwände der Nut bearbeitet, so
daß sie den in Fig. 8 gezeigten schrägen Verlauf annehmen,
wodurch die Schneidkanten 26 der Nuten mit einem spitzen
Schneidwinkel versehen werden. Durch geeignete Formgebung der
Seiten 14, 16 des Schneidelementes 10 können die Neigungen der
Seitenwände jeder Nut auch voneinander abweichen, wie in Fig. 7
und 8 gezeigt.
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Dieses System kann auch eine bessere Feinbearbeitung der Seiten
der Nuten des Schabrades erreichen, da diese Seiten - sobald
die gewünschte Geometrie erreicht ist - eine (geeignet
gewählte) Anzahl von Malen n mit demselben Werkzeug oder mit
einem anderen Werkzeug aus Schleifmaterial poliert werden
können.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum
elektroerosiven Bearbeitungsverfahren bestehen in einer
erheblichen Verkürzung der Bearbeitungszeiten, der Sicherheit,
keine Mikrorisse und/oder Kohlenstoffentzug auf den Seiten der
Nuten zu erzeugen, der Leichtigkeit, mit der es - wo
erforderlich - möglich ist, den beiden Seiten der Nuten
unterschiedliche Spanwinkel zu geben, und der Tatsache, daß die
Seiten der Nuten leicht präzisionsbearbeitet werden können.
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Es wird davon ausgegangen, daß Vorteile auch im Vergleich zu
üblichen Schabrädern erreicht werden, die Schneidkanten mit
Schneidwinkeln von ca. 90º haben, da es durch die Verbesserung
der Schneidbedingungen möglich ist, die Bearbeitungszeiten
durch die Verwendung schnellerer Geschwindigkeiten und
Vermeidung der Umkehr der Drehbewegung des Werkzeugs zu
verkürzen.
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Umgekehrt wird davon ausgegangen, daß durch Verbessern der
Schneidbedingungen eine größere Produktivität für einen
gegebenen Bearbeitungszyklus erreicht werden kann.
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Darüber hinaus erleichtern diese Schabräder die Feinbearbeitung
von Zahnrädern mit seitlichen Ansätzen.