EP1339527B2

EP1339527B2 - Verfahren zur herstellung von zahnriemenformen

Info

Publication number: EP1339527B2
Application number: EP01995545A
Authority: EP
Inventors: Peter Bäumler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: DE50106409D1; PT1568441E; ATE296711T1; ES2291996T3; ES2243593T5; WO2002043919A1; PL366126A1; PT1339527E; EP1339527B1; JP2004524169A; SI1339527T2; CN1216721C; SI1339527T1; AU2002226281A1; DE50112885D1; SI1568441T1; EP1568441A1; ES2243593T3; EP1568441B1; KR100783206B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zahnriemenformen.
Zahnriemenformen sind in der Regel Stahlrohrwalzen, die auf ihrem Mantelumfang geradlinig verzahnt sind und als Innenkern bei der Herstellung von Zahnriemen, z.B. aus Perbunangummi oder Kunststoff, benötigt werden. Das erhitzte Zahnriemenmaterial wird in die Verzahnung der Zahnriemenform gedrückt. Die Verzahnung der Zahnriemenformen bildet somit die Matrize der Zahnriemenverzahnung.
Es ist bekannt, Zahnriemenformen durch Fräsen aus zylinderförmigen Rohlingen herzustellen. Die Anforderungen an die Exaktheit der Zahngeometrien von Zahnriemen ist enorm gestiegen. So soll die Zahnoberfläche möglichst glatt sein, d.h. nach Möglichkeit keine Abbildungen von in den Zahnriemenformen vorhandenen Fräsriefen aufweisen. Beim Fräsen von Zahnriemenformen ist es daher in der Regel erforderlich, die Oberfläche der Zahnriemenform nachzubehandeln.
Zudem hat die Vielfalt an Zahngeometrien zugenommen, die den Ansprüchen an hoher Leistungsfähigkeit und Laufruhe genügen sollen.
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem neben einer hohen geometrischen Präzision eine hohe Oberflächenqualität der Zahnriemenform ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Somit wird die Matrize für die Zahnriemen nicht gefräst sondern durch Schleifen mit speziell profilierten Schleifscheiben mit einer Schleifbewegung parallel zur Längsmittelachse des Werkstückes erzeugt. Hierdurch kann eine Qualität der Oberfläche des fertigen Werkstückes erreicht werden, die eine Nachbehandlung erübrigt. Als Zahnnut wird der vollständige Bereich vom Kopf eines Zahnes zum Kopf des benachbarten Zahnes verstanden. Das Schleifen zweier benachbarter Zahnnuten führt somit dazu, dass ein vollständiger Zahn der Zahnriemenform erzeugt wird, d. h. auch der Außendurchmesser der Zahnriemenform wird geschliffen. Für die Geometrie der Zahnnut der Zahnriemenform muss die Schrumpfung des Zahnriemenmaterials während der Erkaltung beim Herstellungsprozess berücksichtigt werden.
Die Verwendung profilierter Schleifscheiben erlaubt zudem, auf einfache Weise feinste Unterstrukturen im Zahnprofil zu erzeugen, z. B. ein wellenförmiges Unterprofil im Bereich der Zahnflanken. Hierfür können z. B. parallel zur Zahnriemenformachse verlaufende Kanäle in das Profil eingebracht werden. Zahnriemen mit derartigen Unterprofilen sind in der DE 199 08 672 C1 offenbart.
Der Abrichtvorgang ist aufgrund der allmählichen Abnutzung der Schleifscheibe erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird so ausgeführt, dass das Umfangsprofil an einem Profilabrichtelement mit einem profilierten Kantenartiger Abrichterbereich hergestellt und/oder abgerichtet wird. Hierbei erübrigt sich eine CNC-Steuerung für das Abrichten, da der profilierte Abrichterbereich ein festes Profil vorgibt. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn hohe Stückzahlen mit identischen Verzahnungsgeometrien herzustellen sind.
Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch so ausgeführt werden, dass das Abrichten der rotierenden Schleifscheibe und das anschließende Schleifen des Werkstückes in einer einzigen geradlinigen translatorischen Bewegung der Schleifscheibe relativ zum Werkstück erfolgt. Dies kann durch geeignete Positionierung des Profilabrichtelements erreicht werden. Ist eine hochpräzise Positionierung und Justage des Profilabrichtelements relativ zum Werkstück erfolgt, gibt der Verlauf des Profils des Abrichterbereichs des Abrichtelements den Schnittverlauf exakt für jeden Schleifvorgang vor, d.h. der Abrichterbereich muss genau in der Flucht des gewünschten Schnittverlaufs liegen. Nachdem die Geometrie einer Zahnnut in das Werkstück geschliffen wurde, wird das Werkstück um einen der Teilkreisteilung der Verzahnungsgeometrie entsprechenden Winkel gedreht. Die Schleifscheibe wird zum erneuten Abrichten über den Abrichterbereich des Abrichtelements und in Fortsetzung einer geradlinigen Translationsbewegung für den nächsten Schleifvorgang zum Werkstück geführt. Ausgehend von der Annahme, dass der Abrichterbereich nicht in erheblichem Maße abgenutzt wurde, befindet sich die Schleifscheibe nach dem Abrichten immer relativ zum Werkstück in der korrekten relativen Höhe. Eventuelle Abnutzungserscheinungen am Abrichterbereich können durch eine manuelle oder auch automatisierte Justage kompensiert werden.
Die Relativbewegung zwischen Schleifscheibe und Werkstück kann durch eine Bewegung der Schleifscheibe in Bezug auf ein Maschinengestell oder eine Bewegung einer Werkzeughalterung erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, welche eine Werkstückhalterung, Drehmittel, mit denen mindestens ein in der Werkstückhalterung eingespanntes, im wesentlichen zylindrisches Werkstück um vorgegebene Winkel um seine Längsmittelachse kontrolliert drehbar ist, und ein relativ zur Werkstückhalterung verfahrbares spangebendes Werkzeug umfasst. Dabei ist das mindestens eine Werkzeug eine Schleifscheibe, und Abrichtmittel zum Abrichten eines bestimmten Umfangprofils der mindestens einen Schleifscheibe sind vorgesehen, wobei das Umfangsprofil der Schleifscheibe derart abrichtbar ist, dass es dem Profil einer vollständigen Zahnnut der gewünschten Zahnriemenverzahnung entspricht.
Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass die Abrichtmittel mindestens ein Profilabrichtelement mit einem profilierten Abrichterbereich umfassen, wobei das Profil des Abrichterbereichs das Gegenprofil von zumindest einem Teil des gewünschten Umfangprofils der mindestens einen Schleifscheibe ist, wobei das Profilabrichtelement ein Abrichthartkörper, beispielsweise aus Diamant, mit einem kantenartigen Abrichterbereich ist.
Diese Variante hat den Vorteil, dass eine aufwendige CNC-Steuerung für die Bewegung der Abrichtmittel nicht erforderlich ist. Ein Profilabrichtelement ist insbesondere dann sinnvoll, wenn Variationen der Profitform nicht benötigt werden.
Es muss stets gelten, dass die Schleifscheibe einerseits hinreichend stabil ist, um einen guten Abtrag mit hoher Oberflächenqualität am Werkstück erreichen zu können. Andererseits muss das Schleifscheibenmaterial noch so weich sein, dass die zur Abrichtung eingesetzten Mittel nicht verschleißen.
Schließlich kann die Vorrichtung auch so ausgebildet sein, dass das mindestens eine Profilabrichtelement relativ zum Werkstückhalter derart positioniert und justierbar ist, dass in Richtung der Längsmittelachse des mindestens einen eingespannten Werkzeugs betrachtet die Projektion des Profils des Abrichterbereichs auf einer Werkzeugstimseite dem Profil des Querschnitts des bei einem Schleifvorgang erstrebten Schnittes entspricht.
Bei einer solchen Anordnung ist es möglich, die rotierende Schleifscheibe mit einer einzigen geradlinigen Translationsbewegung zunächst am Profilhartkörper entlang zu führen und dabei die gewünschte Abrichtung des Umfangprofils der Schleifscheibe zu erreichen und anschließend den Schleifvorgang am Werkstück durchzuführen. Eine Justage der Schleifscheibe hin zur Längsmittelachse des Werkstückes radialer Richtung ist somit für den Schleifvorgang nicht mehr erforderlich. Zudem ist dann völlig unerheblich, wie viel beim Abrichtvorgang vom Durchmesser der Schleifscheibe entfernt wurde, da das Abrichtkantenprofil oder das Profil der Profilrolle genau in der Flucht des bei dem Schleifvorgang erstrebten Schnittes liegt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert.
Es zeigt schematisch

Fig. 1:: eine Schleifvorrichtung in Seitenansicht,
Fig. 2:: ausschnittsweise eine Schleifscheibe und eine Zahnriemenform während des Schleifvorgangs,
Fig. 3:: ausschnittsweise eine Schleifscheibe während des eines nicht unter den Schutz des Patents fallenden Abrichtens,
Fig. 4:: eine weitere Schleifvorrichtung mit feststehendem Profildiamanten, und
Fig.5:: ausschnittsweise einen Profildiamanten.

Fig. 1 zeigt eine Schleifvorrichtung mit einem Maschinengestell 1, an dem ein horizontal verfahrbarer Schleiftisch 2 angebracht ist. Der Schleiftisch 2 trägt eine Werkstückhalterung 3, in der der walzenförmige Rohling 4 für eine Zahnriemenform zwischen einem Teilapparat 16 und einem Gegenlager 17 eingespannt ist. Über einen Drehmitnehmer 5 kann der Rohling 4 mittels eines Drehtellers 6 um eine horizontale Drehachse 7 kontrolliert gedreht werden. Die Drehachse 7 bildet im Rohling 4 gleichzeitig die Längsmittelachse des Rohlings 4. Die Werkstückhalterung 3 umfasst ein hier nicht gesondert dargestelltes hochpräzises Direktmesssystem, das eine genaue Drehwinkeleinstellung erlaubt. Oberhalb der Werkstückhalterung 3 ist an einer Schleifscheibenhalterung 8 eine Schleifscheibe 9 drehbar fixiert. Die Schleifscheibenhalterung 8 ist hochpräzise in vertikaler Richtung kontrolliert verfahrbar. Um aus dem Rohling 4 eine Zahnriemenform zu erhalten, muss in den Umfang des Rohlings 4 das Gegenprofil der Zahnriemenverzahnung eingearbeitet werden, wobei die Verzahnung in Richtung der Längsmittelachse des Rohlings 4 geradlinig und konstant ist. Der Umfang bildet nunmehr im Querschnitt betrachtet die Matrize für die Zahnriemenverzahnung.
Die Schleifscheibe 9 weist auf ihrem Umfang ein Profil 10 auf, das in einer vergrößerten Darstellung in Fig. 2 sichtbar ist. Das Umfangsprofil 10 der Schleifscheibe 9 entspricht dem gewünschten Profil einer Zahnnut der Zahnriemenform. Für die Herstellung der Zahnriemenform wird der Rohling 4 mittels des Schleiftisches 2 bei abgesenkter Schleifscheibe 9 derart verfahren, dass die Schleifscheibe 9 über die ganze Länge des Rohlings 4 hinweg in den Rohling 4 die Matrize für einen kompletten Zahn des Zahnriemens einschneidet. Hiernach wird der Rohling 4 um einen vorgegebenen Winkel a gedreht und die nächste Zahnmatrize erzeugt. Bei jedem Schleifvorgang wird auch der Außendurchmesser des Rohlings 4 mitgeschliffen, so dass bei einer fertigen Zahnriemenform die gesamte Mantelfläche geschliffen ist.
Da die Schleifscheibe 9 bei zunehmendem Einsatz abnutzt, wird das Umfangsprofil 10 der Schleifscheibe 9 vor jedem Schleifvorgang neu abgerichtet. Dies erfolgt mit Hilfe des nachfolgend beschriebenen CNC-gesteuerten Prozesses, der nicht zum Gegenstand des Patents gehört. Der Abrichtstift 11 ist zum einem in Bezug zur Drehachse der Schleifscheibe axialer als auch in radialer Richtung verfahrbar. Zudem weist der Abrichtstift 11 noch eine Abrichtschwenkachse 12 auf, die im Wesentlichen senkrecht zur axialen und radialen Richtung und durch den Mittelpunkt eines runden Diamanten 13 an der Spitze des Abrichtstiftes 11 verläuft. Mit derartigen Freiheitsgraden ausgestattet, kann mit dem Abrichtstift 11 nahezu jedes beliebige Profil in den Umfang der Schleifscheibe 9 eingegeben werden. Insbesondere ist es möglich, feine Unterstrukturen in das Umfangsprofil 10 einzuarbeiten. Es können Genauigkeiten von bis zu +/- 0,01 mm erzielt werden. Um diese Genauigkeit erreichen zu können, kann es sinnvoll sein, eine variable Vorschubgeschwindigkeit des Abrichtstiftes 11 vorzusehen, so dass z.B. in Bereichen kleiner Radien im Umfangsprofil 10 mit geringerer Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet wird. Des Weiteren kann ein virtueller Diamantradius für die CNC-Steuerung vorgegeben werden. Auf diese Weise kann z.B. eine konstante Abweichung von der Ideallinie im Profilverlauf leicht korrigiert werden, ohne die gesamte CNC-Programmierung ändem zu müssen.
Für den Abrichtvorgang wird die Schleifscheibe ständig mit Hilfe eines Spritz-Düsenpaares 14 (Fig.1) gereinigt, das beide Flanken des Umfangprofils 10 hinreichend gleichmäßig erreicht.
Während des Schleifvorganges wird ein weiteres Spritzdüsenpaar 15 eingesetzt, das mit Hochdruck die Schleifscheibe 9 reinigt und somit deren Zusetzen verhindert. Das Düsenpaar 15 ist in unmittelbarer Nähe der Schleifscheine 9 angeordnet.
Um den Gesamtprozess wirtschaftlich zu gestalten, kann es sinnvoll sein, den Rohling 4 mit bekannten Fräsmaschinen vorzubereiten, so dass die Schleifscheibe 9 weniger verschleißt.
Fig. 4 zeigt einen alternativen Aufbau einer Schleifvorrichtung. Einander entsprechende Teile in verschiedenen Figuren sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Der Rohling 4a ist in Fig. 4 kürzer als in Fig. 1. Die Werkzeughalterung 3 weist in ihren Teilapparaten 16 und 17 den gleichen Abstand auf wie in Fig. 1. Es ist jedoch ein mit Streben 20 versehener Längenadapter 18 vorgesehen. Mit Hilfe eines oder mehrerer Längenadapter 18 kann man auch bei unterschiedlichen Längen von Rohlingen 4a ein Verstellen der Teilapparate 16 und 17 der Werkstückhalterung 3 vermeiden, um eine einmal aufwendig erzielte hohe Exaktheit im Abstand zu erhalten.
Auf dem Gegenlager 17 ist ein Profildiamant 19 angeordnet, der zum Abrichten der Schleifscheibe 9 dient und in Fig.5 vergrößert dargestellt ist. Der Profildiamant 19 weist eine Abrichtkante 21 auf, deren Profil dem Profil der gewünschten Zahnnut der Zahnriemenform entspricht. Vor einem Schleifvorgang wird der Schleiftisch 2 in eine Ausgangsposition gebracht, bei der die Schleifscheibe 9 in Fig. 4 links vom Profildiamanten 19 positioniert ist. Die Schleifscheibenhalterung 8 wird dann soweit abgesenkt; dass bei einem Verfahren des Schleiftisches 2 nach links (in Fig. 4) der äußere Umfang der rotierenden Schleifscheibe 9 von der Abrichtkante 21 des Profildiamanten 9 mit dem entsprechenden Gegenprofil versehen wird. Somit erhält der äußere Umfang der Schleifscheibe 9 das Profil einer kompletten Zahnnut der gewünschten Zahnriemenform.
Der Profildiamant 19 ist derart ausgerichtet, dass durch ein weiteres Verfahren des Schleiftisches 2 die Schleifscheibe 9 ohne vertikale Positionsveränderung in korrekter Arbeitsposition das Werkstück 4a erreicht und in einem einzigen Schleifvorgang die Matrize für einen kompletten Zahn des Zahnriemens inklusive Zahnfuß herstellt. Hiernach wird die Schteifscheibenhalterung 8 angehoben und der Schleiftisch 2 wieder in die Ausgangsposition verfahren. Die Schleifscheibenhalterung 8 wird wieder abgesenkt, jedoch wegen der beim Schleifvorgang gegebenen Abnutzung um eine geringe Strecke weiter als vor dem vorhergehenden Durchgang. Auf diese Weise wird der Umfang der Schleifscheibe 9 vor jedem Schleifen neu abgerichtet. Da die Position der Abrichtkante 21 relativ zur Drehachse 7 unverändert geblieben ist, ist zudem gewährleistet, dass die Schleifscheibe 9 das Werkstück 4a wieder in korrekter Arbeitsposition erreicht und die in das Werkstück 4a geschliffenen Matrizen der Zahnriemenzähne hinsichtlich der Zahngeometrie und der Zahnhöhe exakt gleich sind. Auf diese Weise wird der komplette Umfang der Zahnriemenform inklusive Außendurchmesser mit der Schleifscheibe 9 geschliffen.
Der Profildiamant 19 ist in der vertikalen Richtung in seiner Position veränderbar angebracht, damit eventuelle Abnutzungen kompensiert werden können oder eine Anpassung an unterschiedliche Werkstückdurchmesser möglich ist.

Bezugszeichenliste

1.: Maschinengestell
2.: Schleiftisch
3.: Werkstückhalterung
4.: Rohling
5.: Drehmitnehmer
6.: Drehteller
7.: Drehachse
8.: Schleifscheibenhalterung
9.: Schleifscheibe
10.: Umfangsprofil
11.: Abrichtstift
12.: Abrichtschwenkachse
13.: Diamant
14.: Spritzdüsenpaar
15.: Düse
16.: Teilapparat
17.: Gegenstück
18.: Längenadapter
19.: Profildiamant
20.: Strebe
21.: Abrichtkante

Claims

Verfahren zur Herstellung von Zahnriemenformen, bei dem mittels eines spangebenden Werkzeugs in den vor der Bearbeitung im Wesentlichen zylinderförmigen Umfang eines Werkstücks eine Matrize der gewünschten Zahnriemenverzahnung eingearbeitet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
als spangebendes Werkzeug mindestens eine rotierende Schleifscheibe (9) mit einem profilierten Umfang eingesetzt wird, wobei das Umfangspröfil (10) dem Profil einer vollständigen Zahnnut der gewünschten Zahnriemenform entspricht, und
das Umfangsprofil an einem Abrichthartkörper (19) mit einem profilierten kantenartigen Abrichterbereich (21) hergestellt und/oder abgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrichten der rotierenden Schleifscheibe (9) und das anschließende Schleifen des Werkstückes (4,4a) in einer einzigen geradlinigen translatorischen Bewegung der Schleifscheibe (9) relativ zum Werkstück (4,4a) erfolgt.