DE7820577U1 - Wälzfräser mit Zähnen für Kopf- und Flankenspäne - Google Patents

Description

Anmelderin; Firma Franken Fabrik für Präzisionswerkzeuge
und Präzisionsteile Richard Voigt Nachf.

Titel:

Wälzfräser mit Zähnen für Kopf- und Flankenspäne

Gebrauchsmuster

Die Neuerung betrifft einen Wälzfräser zum Schruppen und Schlichten einer Radverzahnung, mit durch tiefe Spannuten voneinander
getrennten Zahnstollen, die jeweils einen Flankenzahn und dahinter einen Kopfzahn mit einem gegenüber dem Flankenzahn-Rücken
vorragenden Kopf aufweisen, wobei die Kopfschneide des Kopfzahnes in der Breite nicht kleiner als die Kopfschneide des Flankenzahnes ist, der radiale Abstand der Kopfschneide des Kopfzahnes
von der Mittelachse des Wälzfräsers nicht kleiner als der radiale Abstand der Kopfschneide des Flankenzahnes von der Mittelachse ist und die beiden Flanken des vorragenden Kopfes des Kopfzahnes jeweils mit einer Radiallinie des Wälzfräsers einen Kopfflankenwinkel bilden.

Die Zerspanungsarbeit eines im Einsatz befindlichen Wälzfräsers, bei dem jeder Zahn sowohl mit der Kopfschneide als auch mit der
Flankenschneide wirkt, ist nicht nur vom Abstand von der Radmitte abhängig sondern auch an den verschiedenen Stellen eines Frä-

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serzahnes unterschiedlich. Die Zahnkopfsehneidem müssen z.B. eine vielfach höhere Zerspanungsarbeit leisten als die Flankensohiieiden. Das bedeutet, daß insbesondere an den Übergängen der Kopfschneiden in die ^lankenschneiden die größten Verschleißmarken auftreten, wobei diese Verschleißmarken die Lebensdauer eines solchen Wälzfräsers bestimmen. Da nicht nur der Materialanteil sondern auch die Herstellungskosten solcher Wälzfräser sehr hoch sind, gehen alle Bestrebungen dahin, durch Konstruktionsmaßnahmen die Zerspanungsleistung zu verbessern und die Herstellung zu vereinfachen und damit das Werkzeug billiger zu machen. Die Erfindung befaßt sich mit der speziellen Verbesserung bzw. Aufteilung der anfallenden Zerspanungsarbeit vorwie- | gend am zylindrischen Teil des Wälzfräsers. Normale Wälzfräserzähne, die mit Kopf- und Flankenschneiden wirken, erzeugen so- \ genannte Dreiflankenspäne, auch Schmetterlingsspäne genannt.

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Diese Späne setzen sich aus den Spanteilen der einzelnen Schneidenteile zusammen und bilden eine steife, schwer verformbare g Einheit. Solche Späne können nicht abrollen. In der engen Zahnlücke kollidieren sie mit der Werkstückflanke und hinterlassen sichtbare Reibspuren. Hierdurch wird aber nicht nur die Oberfläche der Radzähne verschlechtert sondern erleiden die Zähne des Wälzfräsers auch eine hohe thermische und mechanische Belastung. An den Ecken, den Übergängen der Kopf-Flankenschneiden entstehen große Verschleißmarken, die die Standzeit des Wälzfräsers bestimmen.

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Ein bekannter (DE-PS 876 027) Wälzfräser besitzt zwei Gruppen von jeweils durch tiefe Spannuten voneinander getrennten Zähnen. Die erste Zahnreihe hat normale Zahnhöhe und positiven Spanwinkel. Durch die positiven Spanwinkel sind die Flankenschneiden zurückgesetzt. Die zweite Zahnreihe hat eine geringere Kopfhöhe und Spanwinkel 0°. Die erste höhere Zahnreihe schneidet nur den Zahngrund und die Kopfspäne rollen ungehemmt sauber ab. Die zweite Zahnreihe mit der kleineren Kopfhöhe bearbeitet nur die Flanken der Radverzahnung. Auch hier entstehen nur gut ablaufende Späne. Dieser Wälzfräser ist jedoch insofern von Nachteil, als für die große Zerspanungsarbeit im Zahngrund und für die Formgestaltung der Evolventenflanken jeweils nur die halbe Zähnezahl im Eingriff ist. Bei Erhöhung der vollen Gesamtzahnreihen am Wälzfräser würde dessen Außendurchmesser zu groß, die dadurch bedingte Fräszeit zu lang und die Herstellung des Wälzfräsers zu teuer.

Die Neuerung betrifft daher einen Wälzfräser der anfangs genannten Art , bei dem jeder der durch tiefe Spannuten voneinander getrennten Zahnstollen einen Kopfzahn und einen Flankenzahn aufweist. Bei einem bekannten (DL-PS 112 617, Fig.10) Wälzfräser dieser Art ist der Kopfflankenwinkel zwar verschieden vom Flankenwinkel des Zahnstollens, jedoch größer als Null. Der Kopfzahn vergrößert also, ausgehend von der Kopfschneide, seine Breite in radialer Richtung zur Mittelachse hin. Bei diesem Wälzfräser- ist der vom Kopfzahn erzeugte Span kein reiner Kopfspan, da der Kopfzahn nahe der Kopfschneide auch noch mit den Flankenschneiden arbeitet; der "Som Kopfzaihn erzeugte Span hat

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also auch noch beiderends einen Flankenspanteil. Es liegt ein "schmetterlingsförmiger" Span vor, dessen Beseitigung und Verformbarkeit Schwierigkeiten bereitet.

Aufgabe der Neuerung ist es, einen Wälzfräser der anfangs genannten Art zu schaffen, bei dem durch geeignete Gestaltung der Kopf- und Flankenzähne ein reiner Kopfspan anfällt, der leichter abrollt bzw. zu beseitigen ist. Der neuerungsgemäße Wälzfräser ist hierzu dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfflankenwinkel gleich oder vorzugsweise kleiner als Null ist.

Aufgrund des neuerungsgemäß gewählten Kopfflankenwinkels ist die Flankenschneide des Kopfzahnes auch nahe der Kopfschneide gehindert zu arbeiten, so daß der Kopfzahn tatsächlich einen reinen Kopfspan erzeugt. Durch den gewählten Kopfflankenwinkel ergibt sich bei gleichbleibender Breite der Kopfschneide eine Verstärkung der Krümmung zwischen Kopfschneide des Kopfzahnes und dessen Flankenschneide. Aufgrund des neuerungsgemäßen Kopfflankenwinkels ist es ohne weiteres möglich, die Breite der Kopfschneide des Kopfzahnes größer als oder vorzugsweise ebenso groß wie die Breite der Kopfschneide des Flankenzahnes zu gestalten.

Grundsätzlich kann der Kopfzahn und/oder der Flankenzahn in den Zahnstollen nachstellbar eingesetzt sein oder können in den Zahnstollen Schneidplatten eingesetzt sein, welche die Schneiden bilden. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es jedoch, wenn in an sich bekannter Weise die Zahnstollen den

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Kopfzahn und den Flankenzahn jeweils einstückig bilden und der Übergang von der Flanke des vorragenden Kopfes des Kopfzahnes zu der zugeordneten Flanke des Zahnstollens als Knicklinie ausgebildet ist. Diese an sich bekannte Gestaltung erbringt in Verbindung mit dem neuerungsgemäß gewählten Kopfflankenwinkel einen überraschenden Vorteil.

Jede Flanke des Zahnstollens, d.h. die auf gleicher Seite liegenden Flanken von Kopfzahn und Flankenzahn lassen sich nun mit ein und demselben Werkzeug in nur einem Arbeitsgang bearbeiten. Es ist also nicht mehr nötig, zunächst die Flanke des Zahnstollens bis zur Knicklinie, dann die Flanke des Flankenzahnes oberhalb der Knicklinie und schließlich die Flanke des Kopfzahnes oberhalb der Knicklinie zu bearbeiten. Im Vergleich mit dem bekannten (DL-PS 112 617) Wälzfräser ist die einstückige Ausführungsform der Neuerung bei gleicher Leistung und gleicher Standzeit weit wirtschaftlicher herstellbar.

Obzwar wegen der Entlastung der Schneidenübergänge der radiale Abstand der Kopfschneide des Kopfzahnes von der Mittelachse des Wälzfräsers vorzugsweise größer als der radiale Abstand der Kopfschneide des Flankenzahnes von der Mittelachse ist, ist es jedoch unter bestimmten Umständen auch besonders zweckmäßig und vorteilhaft, wenn der radiale Abstand der Kopfschneide des Kopfzahnes von der Mittelachse ebenso groß wie der des Flankenzahnes sowie die Breite der Köpfschneide des Kopfzahnes größer als die des Flankenzahnes ist. Hierbei sind ebenfalls die Flankenschneiden des Kopfzahnes von jeder Arbeit entlastet; es arbeitet aber

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die Kopfschneide der Flankenzähne mit.

Durch die doppelte Anzahl Kopfschneiden, die die größte Zerspanungsarbeit leisten, und durch den jeweils rechtwinkelig zur Kopf- und Flankenschneide getrennt abrollenden Span sind die Leistung und die Standzeit wesentlich erhöht. Die Spanteilung ist erreicht, weil der Zahn mit dem vollen Bezugsprofil im mittleren Bereich der Kopfschneide etwas schmaler ausgeführt ist als der nachfolgende Zahn, der nur mit der Kopfschneide am AiiB endurchine s s er arb-ait et.

Bei einem Wälzfräser mit einstückigen Kopf— und Flankenzähnen steigt der Rücken des Flankenzahnes von der Brust des Kopfzahnes weg unter einem Winkel zu einer Radiallinie an, die rechtwinkelig zur· Mittelachse des Fälzfräsers verläuft. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es nun, wenn der Rücken-Anstiegswinkel von der Brust des Kopfzahnes an größer als 40°, vorzugsweise größer als 60° ist. Am Fuße der Brust des Kopfzahnes ist also keine ausgeprägte Nut vorhanden.

Bei der einstückigen Ausführungsform der Neuerung ist eine tiefere Nut vor dem Kopfzahn nicht mehr zwecks Ausbildung und Nachschärfbarkeit des Flankenanteiles des Kopfzahnes erforderlich. Wegen des Fehlens der Nut vor dem Kopfzahn kann der Flankenzahn öfter bzw. länger von der Brust her nachgeschliffen werden. Da wegen des Fehlens der Nut die Zahnbrusthöhe des Kopfzahnes kürzer ist, ist der Kopf stärker belastbar und somit weiter abschleifbar. Es wird höchstens eine ganz flache Nut vorgesehen,

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um den Kantenbruch des Flankenzahnes zu ermöglichen. Durch, das Fehlen einer ausgeprägten Nut ist die Ausnutzt)arkeit des Wälzfräsers gesteigert, wobei die Nut so gehalten wird, daß der Span noch abrollen kann.

Bei einem neuerungsgemäßen Wälzfräser ist es auch besonders zweckmäßig und vorteilhaft, wenn die Knicklinie in Fortsetzung des Rückens des Flankenzahnes verläuft. Diese Gestaltung ergibt sich bei der einfachsten Art der Flankenbearbeitung in nur einem Arbeitsgang mit demselben Werkzeug, das z.B. ein Forimneißel oder eine Schleiferscheibe ist.

Der neuerungs^emäi? gewählte Kopfflankenwinkel ist auch von Vorteil, wenn der KojXzahn von einem in den Zahnstollen gesteckten Stift gebildet ist. Die Ausnutzbarkeit des Wälzfräsers ist dann verlängert, weil der nur mit der Kopfschneide arbeitende Zahn im hinteren Bereich des Zahnstollens abwechselnd an der Brust und der Freifläche bzw. dem Rücken geschärft werden kann, wogegen der Verschleiß der vollen Zähne durch Abschleifen an der Brust behoben wird.

Um eine nähere Vorstellung von den hier erörterten Größen zu geben, werden einige Angaben beispielhaft gemacht. Die Tiefe der Nut hinter dem Kopfzahn beträgt in Relation zum Auslauf des Rückens des Flankenzahnes z.B. bei 11 oder 10 maximal ca. 0,5 mm. Die Brusthöhe des Kopfzahnes beträgt etwa ein Drittel des Hinterarbeitungshubes des Werkzeuges bei der Herstellung plus Tiefe der Nut. Die Kopfschneide des Kopfzahnes soll gegen-

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über der Kopfschneide des Flankenzahnes in radialer Richtung maximal ca. 0,25 mm vorstehen. Die Breite der Kopfschneide des Kopfzahnes soll maximal ca. 1 mm größer sein als die Breite der Kopfschneide des Flankenzahnes. Der Spanwinkel des Flankenzahnes kann Null oder positiv sein; für den Kopfzahn ist ein Spanwinkel von ca. 8 - 14° bevorzugt.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Neuerung dargestellt und zeigt

Fig.1 eine Seitenansicht eines WeJ.zfräsers mit Zähnen für Kopf- und Flankenspäne,

Fig.2 eine Brustansicht eines Flankenzahnes gemäß Linie II-II in Fig.1,

Fig.3 eine Brustansicht eines KopfZahnes gemäß Linie III-III in Fig.1,

Fig.4 eine Anordnung eines Formmeißels bei der Erzeugung eines Kopfzahnes,

Fig.5 die Anordnung des Formmeißels gemäß Fig.4 bei der Erzeugung des dem Kopfzahn zugeordneten Flankenzahnes,

Fig.6 eine Seitenansicht eines weiteren Wälzfräsers mit Zähnen für Kopf- und Flankenspäne,

Fig.7 eine Brustansicht eines Kopfzahnes gemäß Linie VII-VII in Fig.6,

Fig.8 eine Brustansicht eines Flankenzahnes gemäß Linie VIII-VIII in Fig.6,

Fig.9 die zur Deckung gebrachten Umrißlinien eines Kopfzahnes und eines Flankenzahnes des Wälzfräsers gemäß Fig.6 und

Fig.10 eine Seitenansicht eines dritten Wälzfräsers mit Zähnen

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für Kopf- und Flankenspäne.

Der Wälzfräser gemäß Fig.1 bis 3 besitzt einen Grundkörper 1 mit einer Mittelachse 2. Der Grundkörper 1 ist rund um seinen Umfang herum mit Zahnstollen 3 versehen, die einstückig mit dem Grundkörper sind. In Umfangsrichtung gesehen sind je zwei Zahnstollen 3 durch eine tiefe Spannut 4 voneinander getrennt. Jeder Zahnstollen 3 bildet mit seinem, in Drehrichtung gemäß Pfeil 5 gesehen, vorderen Bereich einen Flankenzahn 6 und mit seinem hinteren Bereich einen Kopfzahn 7.

Die die Spannut 4 einerseits begrenzende Brust 8 des Flankenzahnes 6 bildet im Beispiel einen Spanwinkel 0, d.h. sie liegt in einer zur Mittelachse 2 rechtwinkeligen Radiallinie. Der Spanwinkel kann auch größer als Null sein. Der Flankenzahn 6 besitzt am oberen Ende der Brust 8 eine Kopfschneide S, die nach hinten in einen Rücken 10 übergeht. Beiderseits des Rückens 10 bildet der Flankenzahn jeweils eine Flanke 11, die in Richtung zur Mittelachse 2 schräg abfällt. Der Übergang von Flanke 11 und Brust 8 bildet eine Flankenschneide 12.

Der Kopfzahn 7 besitzt vorne eine Brust 13, die unten in den Rücken 10 des Flankenzahnes 6 übergeht und oben eine Kopfschneide 14 bildet. Die Brust 13 bildet mit einer Radiallinie einen negativen Spanwinkel. Von der Kopf schneide 14 erstreckt sich nach hinten ein Rücken 15 bis zu einer Spannut 4. Der den Rükken 10 des Flankenzahnes 6 überragende Bereich des Kopfzahnes 7 bildet einen Kopf 16, der beiderseits des Rückens eine Flanke

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17 bildet, die über eine Knicklinie 18 in die zugeordnete Flanke

19 des Zahnstollens 3 übergeht. Diese Flanke 19 und die Flanke 11 des Flankenzahnes 6 gehen ineinander über. Der Übergang der Flanke 17 des Kopfes zur Brust 13 bildet eine Flankenschneide

20 des Kopfzahnes.

Die Flanken 11 des Flankenzahnes 6 und auch die Flanke 19 des Zahnstollens im Bereich des Kopfzahnes bildet mit einer Radiallinie einen positiven Flankenwinkel, wogegen die Flanke 17 des Kopfes 16 mit einer Radiallinie 21 einen Kopfflankenwinkel 22 bildet, der kleiner als Null ist. Die Kopfschneide 9 des Flankenzahnes 6 besitzt einen geringeren Abstand von der Mittelachse 2 als die Kopfschneide 14 des Kopfzahnes 7. Die in Richtung der Mittelachse 2 gemessene Breite des Zahnstollens 3 verringert sich von vorne nach hinten, was auch durch Fig.2 und 3 verdeutlicht wird.

Die Breite der Kopfschneide eines Zahnes, wird angegeben durch den Abstand der beiden Schnittpunkte der Verlängerung der Kopfschneide mit der Verlängerung der Flankenschneide. Unter Berücksichtigung dieser Definition ist die Breite der Kopfschneiden von Flankenzahn6 und Kopfzahn 7 bei der Ausführungsform gemäß Fig.1 bis 3 gleich groß. Der Rücken 10 des Flankenzahnes 6 bildet auch nahe der Brust 13 des Kopfzahnes 7 mit einer Radiallinie 27 einen Rücken-Anstiegswinkel 28, der größer als 40 ist.

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Gemäß Fig.4 werden mit ein und demselben Formmeißel 23 in einem Arbeitsgang gleichzeitig die Flanke des Zahnstollens im Bereich des Kopfzahnes sowie die Flanke des Kopfes bearbeitet. Dieser Formmeißel wird dann gemäß Fig.5 auch zur Bearbeitung der Flanke des Flankenzahnes verwendet, da die Neigung bzw. Schräge der Flanke des Flankenzahnes gleich der Neigung bzw. Schräge der Flanke des Zahnstollens im Bereich des Kopfzahnes ist. Die Gestaltung des Formmeißels ergibt sich im einzelnen aus Fig.4 und 5· Fig.4 und 5 verdeutlichen auch, daß der Abstand des Rückens des Flankenzahnes vom Fuß des Flankenzahnes gleich dem Abstand der Knicklinie des Kopfzahnes vom Fuß des Kopfzahnes ist bzw. daß die Knicklinie in Fortsetzung des Rückens des Flankenzahnes verläuft, wobei der Fuß des Zahnes am unteren, schmalen Ende des Formmeißels liegt. Aufgrund der äußerst niedrigen Nut hinter dem Kopfzahn liegt die Knicklinie nur wenige Zehntel mm, z.B. 1/10 mm höher als der Grund der Nut, wie Fig.4 verdeutlicht.

Die Ausführungsform gemäß Fig.6 bis 9 stimmt weitgehend mit der gemäß Fig.1 bis 3 überein. Jedoch ist der Abstand der Kopf-

schneide 9 des Flankenzahnes 6 von der Mittelachse 2 gleich dem Abstand der Kopfschneide 14 des Kopfzahnes 14 von der Mittelachse. Auch ist die Breite der Kopfschneide des Kopfzahnes größer :| als die Breite der Kopf schneide des Flankenzahnes wie Fig. 9 ver-Ρ deutlicht. Fig.9 zeigt auch, daß der Krümmungsradius 24 des ]\ Überganges zur Kopfschneide des Kopfzahnes weit enger bzw. kleiner als der Radius 25 des Überganges zur Kopfschneide des Flan-

kenzahnes ist.

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Die Ausführungsform gemäß Fig.10 unterscheidet sich voL· der ge mäß Fig.1, indem die Zahnstollen 3 in den Grundkörper 1 eingesetzt und an diesem in nicht näher gezeigter Weise befestigt
sind. Auch ist der Kopf 16 des Kopfzahnes 7 von einem Stift 24 gebildet, der in eine Ausnehmung des Zahnstollens 3 eingesetzt ist. Unten in der Ausnehmung befindet sich der Kopf einer eingeschraubten Anschiagschraube 25, die in radialer Richtung ver stellbar ist. Der Stift 24 besitzt einen Fuß 26, der von einer in den Zahristollen 3 geschraubten Madenschraube 27 gegen den
Kopf der Anschlagschraube gepreßt wird, um den Stift in der
Ausnehmung bzw. im Zahnstollen zu halten.

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Claims (5)

Schutzansprüche

1. Wälzfräser zum Schruppen und Schlichten einer Radverzahnung, mit durch, tiefe Spannuten voneinander getrennten Zahnstollen, die jeweils einen Flankenzahn und dahinter einen Kopfzahn mit einem gegenüber dem Flankenzahn-Rücken vorragenden Kopf aufweisen, wobei die Kopfschneide des Kopfzahnes in der Breite nichx- kleiner als die Kopf schneide des Flankenzahnes ist, der radiale Abstand der Kopfschneide des Kopfzahnes von der Mittelachse des Wälzfräsers nicht kleiner als der radiale Abstand der Kopfschneide des Flankenzahnes von der Mittelachse ist und die beiden Flanken des vorragenden Kopfes des Kopfzahnes jeweils mit einer Radiallinie des Wälzfräsers einen Kopfflankonwinkel bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfflankenwinkel (22) gleich oder vorzugsweise kleiner als Null ist.

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2. Wälzfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Zahnstollen (3) den Kopfzahn (7) und den Flankenzahn (6) jeweils einstückig bilden und der Übergang von der Flanke (17) des vorragenden Kopfes (16) des Kopfzahnes (7) zu der zugeordneten Flanke (19) des Zahnstollens (3) als Knicklinie (18) ausgebildet ist.

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3. Wälzfräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der radiale Abstand der Kopfschneide (14) des Kopfzahnes (7) von der Mittelachse (2) ebenso groß wie der des Flankenzahnes (6) sowie die Breite

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der Kopfschneide des Kopfzahnes größer als die des Flankenzahnes ist.

4. Wälzfräser nach Anspruch 2. oder 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Rücken des Flankenzahnes in an sich bekannter Weise von der Brust des Kopfzahnes weg unter einem Winkel zu einer Radiallinie ansteigt sowie daß der Rücken-Anstiegswinkel (28) von der Brust (13) des Kopfzahnes (7) an größer s7;.s 40 , vorzugsweise größer als 60 ist.

5. Wälzfräser nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Knicklinie (18) in Fortsetzung des Rükkens (10) des Flankenzahnes (6) verläuft.

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