DE10002188A1 - Vorrichtung nebst Schneidwerkzeug zum Erzeugen von Hinterlegungen an Zahnflanken innen - oder aussenverzahnter Werkräder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Hinterlegungen oder dergleichen an Zahnflanken von innen- oder außenverzahnten Werkrädern durch spanende Bearbeitung mittels eines Schneidkantenwerkzeuges, welches um eine zur Werkrad-Achse parallele Werkzeugach­ se dreht, mit einer Schneidkantenform, die der Hinterle­ gungsform entspricht.

Eine Vorrichtung und ein an dieser wirksam werdendes Schneidwerkzeug sind bekannt aus der DE 42 00 418 C1, wobei das Schneidkantenwerkzeug in Form eines drehan­ treibbaren Einzahnwerkzeuges ausgebildet ist. Dessen Schneidkante bewegt sich relativ zur Werkstückverzah­ nung beispielsweise für die Bearbeitung einer Innenver­ zahnung auf einer Hypozykloide. Dabei erfolgt der Schneideneingriff in die Verzahnung jeweils im Spitzen­ bereich der Zykloide stoßend. Die Standzeit eines sol­ chen Einzahnwerkzeuges ist naturgemäß gering, da der Spanabtrag mittels nur eines einzigen Zahnes erfolgt. Die Folge davon ist ein häufiger Werkzeugwechsel mit der daraus resultierenden Stillstandzeit der entspre­ chenden Vorrichtung.

Eine ältere, nicht vorveröffentlichte deutsche Patentan­ meldung 199 33 137.5 bringt in Vorschlag, das Schneid­ kantenwerkzeug als zahnradförmiges Werkzeug zu gestal­ ten, dessen Zähne die Schneidkanten ausbilden. Es ist dabei so vorgegangen, daß die Schneidkanten von hinter­ einanderliegenden Zähnen zumindest im Bereich eines Umfangabschnittes einen variierenden Radialabstand besitzen.

Dem Gegenstand der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die das wirtschaftliche Erzeugen von Hinterlegungen oder dergleichen an Zahnflanken innen- oder außenverzahnter Werkräder gestattet.

Diese Aufgabe ist zunächst und im wesentlichen bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei darauf abgestellt ist, ein zahnradförmi­ ges Werkzeug vorzusehen, dessen radial abragende Zähne kopfseitig die Schneidkanten ausbilden, welche hohl zur Radialen verlaufende Zahnflanken begrenzen.

Zufolge derartiger Ausgestaltung ist eine Vorrichtung angegeben, mit der sich wirtschaftlich Hinterlegungen an Zahnflanken erzeugen lassen. Das Schneidkantenwerk­ zeug ist nun als zahnradförmiges Werkzeug und nicht als Einzahnwerkzeug gestaltet. Ferner sind alle Zähne gleich gestaltet, was das kostengünstige Erstellen des Schneidwerkzeuges begünstigt. Da eine Mehrzahl von Zähnen und daher auch Schneidkanten zum Einsatz gelan­ gen, ist gegenüber dem Einzahnverfahren eine hohe Stand­ zeit des Schneidkantenwerkzeuges realisiert, verbunden mit einer mit hoher Wirtschaftlichkeit arbeitenden Vorrichtung beziehungsweise einer entsprechenden Maschi­ ne, da Umspannzeiten erheblich reduziert sind. Hervorzu­ heben ist ferner das günstige Schneidverhalten der Schneidkanten, da aufgrund der hohl zur Radialen verlau­ fenden Zahnflanken der Spanabtrag begünstigt ist. So­ dann besitzen sämtliche Zähne die gleiche Funktion. Die Vorrichtung arbeitet selbst dann, wenn beispielsweise ein Zahn ausgefallen sein sollte. Nach entsprechender Abnutzung der Schneidkanten des Schneidwerkzeuges kann dieses auch schnell gewechselt werden. Sodann ist das Schneidwerkzeug der Vorrichtung so aufgebaut, daß die Zähne eine im wesentlichen konzentrisch verlaufende Kopffläche aufweisen, welche nur unwesentlich schmaler ist als der Zahnfuß. Zwischen diesem und dem Kopf er­ streckt sich der Hals, welcher schmaler ist als der Kopf. Aufgrund dieser geometrischen Querschnittsgestal­ tung eines jeden Zahnes wird eine hohe Stabilität ge­ währleistet, so daß einem Abbrechen der Zähne während der Erzeugung von Hinterlegungen entgegengewirkt ist. Für ein gutes Schneidverhalten trägt ferner der Sachver­ halt bei, daß die Fußeckpunkte zweier benachbarter Zähne einen größeren Abstand voneinander besitzen als die Fußbreite. Es besteht daher genügend Eintrittsraum für einen Zahn des Werkrades, welcher Raum auch bei der Spanbildung sich als günstig erweist. Ein genaues Ju­ stieren des Schneidwerkzeuges ist aufgrund des Sachver­ halts möglich, daß die Stirnseitenflächen des Werkzeu­ ges parallele Planflächen sind derart, das zwei oder mehr Werkzeuge durch Distanzbüchsen in vorbestimmtem Abstand zueinander auf einer Antriebswelle gehalten sind. Die Länge der Distanzbüchsen bestimmt dabei den Abstand der Schneidwerkzeuge zueinander. Ferner ist vorgesehen, daß die Zähnezahl des Werkzeuges der um eins vergrößerte oder verminderte Quotient von Werkrad- Zähnezahl und drei ist. Charakterisiert ist dabei jeder Zahn dadurch, daß im Bereich der größten Breite des Zahnes das Verhältnis von Zahnhöhe zur Halsweite circa 4 zu 1 und das Verhältnis von Zahnhöhe zur Kopfweite circa 3 zu 1 beträgt. Es ist möglich, das Schneidwerk­ zeug durch Schleifen zu erzeugen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, daß das Werkzeug durch Drahterosion aus einem Stück gefertigt ist. Hierbei kann im Wege der Drahterosion von einem gehärteten Rohling ausgegangen werden. Eine solche Herstellung begünstigt insbesondere die Fertigung der Hohlkehlen der Zahnflanken. Die Draht­ erosion ist aber insbesondere deswegen von Vorteil, weil damit ohne ein Umspannen des Schneidwerkzeuges sowohl die Zähne als auch die Bohrung nebst Nut fertig­ bar sind, so daß mit sehr hoher Maßhaltigkeit gearbei­ tet werden kann. Dies erlaubt neben der durch die Zähne­ vielzahl gegebenen hohen Standzeit auch eine geringe Rüstzeit beziehungsweise Umspannzeit. Die Schneidwerk­ zeuge brauchen lediglich auf eine entsprechende An­ triebswelle aufgesteckt zu werden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer Vorrich­ tung gemäß der Erfindung mit zugehörigem Schneidwerk­ zeug erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Vorrichtung mit in Schnittdarstellung veranschaulichtem innenverzahnten Werkrad mit zugeordnetem zahn­ radförmigen Schneidwerkzeug,

Fig. 2 eine Stirnansicht gegen das Werkrad mit an seinen Zähnen angreifendem Schneidwerkzeug in etwa natürlicher Größe desselben,

Fig. 3 in stark vergrößerter Einzeldarstellung einen Ausschnitt der Fig. 2 im Schneidbereich,

Fig. 4 den Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 noch weiter stark vergrößert einen Zahn des an einem Werkrad-Zahn angreifenden Schneidwerkzeu­ ges mit auf unterschiedlichen Positionen einer Hypozykloide befindlichen Schneidkanten und

Fig. 6 in Einzeldarstellung einen stark vergrößerten Zahn des Schneidwerkzeuges.

Die in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Vorrichtung 1 ist relevanter Teil einer Werkzeugmaschine. Die Vor­ richtung besitzt ein Außenspannfutter 2, mittels wel­ chem ein innenverzahntes Werkrad 3 einspannbar ist. Damit fluchtet die Achse 4 des Werkrades 3 mit der Werkstückspindelachse A, welche bekannterweise Träger des Außenspannfutters 2 ist. Dieses kann beispielsweise vier Spannbacken aufweisen, die das Werkrad 3 festspan­ nen und in der zentrierten Stellung halten.

Die mit der Werkrad-Achse 4 fluchtende Werkstückspindel­ achse A führt zu einem elektrisch betriebenen, schema­ tisch angedeuteten Einzelantrieb 5.

Mit dem Buchstaben B ist die mit einem elektrischen Einzelantrieb 6 verbundene Werkzeug-Spindelachse be­ zeichnet. Sie fluchtet mit der Achse 7 eines außenver­ zahnten zahnradförmigen Schneidwerkzeuges 8. Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen, daß die Achsen 4, 7 des Werkrades 3 und des Werkzeuges 8 parallel zueinander verlaufen.

Das zahnradartige Schneidwerkzeug 8 dient dazu, Hinter­ legungen 9 an den Zahnflanken 10 der Zähne 11 des innen­ verzahnten Werkrades 3 zu erzeugen. In Richtung der Zahnkopffläche der Zähne 11 gesehen, ist jede Hinterle­ gung 9 als stumpfwinkelige Einbuchtung gestaltet der­ art, daß der eine Winkelschenkel 9' einem Mehrfachen der Länge des anderen Winkelschenkels 9" entspricht, vergleiche Fig. 4. Beim Ausführungsbeispiel sind an jeder Zahnflanke 10 jedes Zahnes 11 zwei hintereinander­ liegende Hinterlegungen 9 vorgesehen. Zu diesem Zweck sitzen auf der Antriebswelle 12 zwei mit Abstand hinter­ einanderangeordnete Schneidwerkzeuge 8, welche durch eine ebenfalls auf der Antriebswelle 12 sitzende Distanzbüchse 13 auf Abstand zueinander gehalten sind. Letztere tritt gegen die einander zugekehrten paralle­ len Planflächen der Schneidwerkzeuge 8. Die gegenüber­ liegenden Planflächen der Schneidwerkzeuge 8 dienen zur Anlagejustierung sowie zum Verspannen. Das zahnradförmi­ ge Schneidwerkzeug 8 besitzt eine Schneidkantenform, die der Hinterlegungsform entspricht, vergleiche hierzu Fig. 4. Die untereinander identisch gestalteten, radial abragenden Werkzeug-Zähne 14 bilden kopfseitig die Schneidkanten 15 aus, welche hohle, zur Radialen R verlaufende Zahnflanken 16 begrenzen. Jeder Zahn 14 be­ sitzt eine konzentrisch zur mittleren Bohrung 17 verlau­ fende Kopffläche 18. Im Bereich der größten Breite des Zahnes 14 ist die Kopffläche 18 nur unwesentlich schma­ ler als der Zahnfuß 19. Der zwischen dem Kopf 18 und dem Fuß 19 liegende Hals 20 dagegen ist schmaler als der Kopf 18, vergleiche hierzu insbesondere Fig. 6. Fig. 3 dagegen veranschaulicht, daß die Fußeckpunkte E zweier benachbarter Zähne 14 einen größeren Abstand voneinander besitzen als die Fußbreite a beträgt.

Ferner ist die Geometrie jedes Zahnes 14 dadurch ge­ zeichnet, daß im Bereich der größten Breite des Zahnes 14 das Verhältnis von Zahnhöhe x zur Halsweite y circa 4 zu 1 beträgt. Ferner liegt ein Verhältnis der Zahnhö­ he x zur Kopfweite z von circa 3 zu 1 vor.

Das Werkrad 3 besitzt beim Ausführungsbeispiel neunund­ dreißig Zähne 11, während das Schneidwerkzeug 8 vier­ zehn Zähne 14 hat. Dadurch ist die Zähnezahl des Werk­ zeuges 8 der um eins vergrößerte Quotient von Werkrad- Zähnezahl und drei. Es könnte jedoch auch ein solches Verhältnis vorliegen, daß die Zähnezahl des Werkzeuges der um eins verminderte Quotient von Werkrad-Zähnezahl und drei ist.

Zur Herstellung des Schneidwerkzeuges 8 wird von einem gehärteten Rohling ausgegangen, welcher durch Drahtero­ sion in die genaue Form des Schneidwerkzeuges gebracht wird. Dabei ist das Schneidwerkzeug ohne Umspannen fertigbar. Es können sowohl die Zähne 14 als auch die Bohrung 17 nebst zugehöriger Nut 21 gefertigt werden, um das Schneidwerkzeug 8 genau auf der Antriebswelle 12 justieren zu können, und zwar unter Einbezug einer Paßfeder 22.

In der Draufsicht gesehen, besitzt jede Kopffläche 18 eine Pfeilform. Gebildet ist diese durch die stumpfwin­ kelig zueinander verlaufenden Schenkel 16', 16" der Zahnflanken 16, welche die stumpfwinkelige Ausrichtung der Winkelschenkel 9', 9" der Hinterlegungen 9 bedin­ gen.

Zwecks Vermeidung einer Kerbwirkung gehen die Zahnflan­ ken 16 über gerundete Hohlkehlen 23 in den Radkörper beziehungsweise Zahnfußkreis über.

Zur Erstellung der Hinterlegungen 9 vermitteln die Einzelantriebe 5, 6 dem Werkrad 3 und den Schneidwerk­ zeugen 8 eine solche Umdrehung, daß sich die einen Zahnflanken 16 der Zähne 14 des Schneidwerkzeuges 8 an den einen Zahnflanken 10 des Werkrades 3 abwälzen, wobei durch die in radialer Richtung verlaufende Bewe­ gungskomponente der sich abwälzenden, Schneidkanten 15 aufweisenden Zahnflanken 16 der Spanabtrag erfolgt. Jede Zahnflanke bewegt sich dabei auf einer Hypozyklo­ iden H. Fig. 5 veranschaulicht, daß zwischen der hohl­ kehlenartigen Zahnflanke 16 des Schneidwerkzeug-Zahnes 14 und der Zahnflanke 10 Raum verbleibt, welcher das Schneidverhalten begünstigt und die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges 8 demgemäß erhöht. Strichpunktiert sind in Fig. 5 verschiedene Stellungen des Zahnes 14 und der Schneidkanten 15 veranschaulicht, welche Schneidkanten sich entlang der Hypozykloiden H bewegen, welch letztere im Bereich der Zahnflanke 10 diese ge­ ringfügig durchdringen kann.

Um beim Schneiden eine genügende Flankenpressung zwi­ schen den Zähnen des Werkrades und denjenigen des Schneidwerkzeuges 8 zu erhalten, kann der Einzelantrieb 5, welcher auf das Werkrad 3 einwirkt, als einstellbare Bremsvorrichtung gestaltet sein.

Nach dem Erzeugen der Hinterlegungen 9 an den einen Werkrad-Zahnflanken 10 werden durch Drehrichtungsumkehr der Einzelantriebe 5, 6 die gegenüberliegenden Werkrad- Zahnflanken 10 bearbeitet, welche dort die entsprechen­ den Hinterlegungen erhalten. Dann arbeiten die anderen Schneidkanten 15 der Werkzeug-Zähne 14.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswe­ sentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) voll­ inhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit auf zunehmen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Hinterlegungen (9) oder dergleichen an Zahnflanken (10) von innen- oder außen­ verzahnten Werkrädern (3) durch spanende Bearbeitung mittels eines Schneidkantenwerkzeuges (8), welches um eine zur Werkrad-Achse (4) parallele Werkzeugachse (7) dreht, mit einer Schneidkantenform, die der Hinterle­ gungsform entspricht, gekennzeichnet durch ein zahnrad­ förmiges Schneidwerkzeug (8), dessen radial abragende Zähne (14) kopfseitig die Schneidkanten (15) ausbilden, welche hohle, zur Radialen (R) verlaufende Zahnflanken (16) begrenzen.

2. Schneidwerkzeug (8) zum Erzeugen von Hinterlegungen (9) oder dergleichen an Zahnflanken (10) von innen- oder außenverzahnten Werkrädern (3) durch spanende Bearbeitung mittels Schneidkanten, deren Form der Hin­ terlegungsform entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidkantenwerkzeug (8) zahnradförmig gestaltet ist, wobei die radial abragenden Zähne (14) kopfseitig die Schneidkanten (15) ausbilden, welche hohle, zur Radialen (R) verlaufende Zahnflanken (16) begrenzen.

3. Vorrichtung zur Erzeugung von Hinterschneidungen (9) mit einem Schneidkanten (15) ausbildenden zahnradförmi­ gen Schneidwerkzeug (8), gekennzeichnet durch eine im wesentlichen konzentrisch verlaufende Kopffläche (18), welche nur unwesentlich schmaler ist als der Zahnfuß (19), und einem zwischen Zahnfuß (19) und Kopf (18) liegenden Hals (20), der schmaler ist als der Kopf (18).

4. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußeckpunkte (E) zweier benachbarter Zähne (14) einen größeren Ab­ stand voneinander besitzen als die Fußbreite (a).

5. Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseitenflächen des Schneid­ werkzeuges (8) parallele Planflächen sind derart, das zwei oder mehr Schneidwerkzeuge (8) durch Distanzbüch­ sen (13) in vorbestimmtem Abstand zueinander auf einer Antriebswelle (12) gehalten sind.

6. Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl des Schneidwerkzeuges (8) der um eins vergrößerte oder verminderte Quotient von Werkrad-Zähnezahl und drei ist.

7. Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der größten Breite des Zahnes (14) das Verhältnis von Zahnhöhe (x) zur Halswei­ te (y) circa 4 zu 1 und das Verhältnis von Zahnhöhe (x) zur Kopfweite (z) circa 3 zu 1 beträgt.

8. Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidwerkzeug (8) durch Draht­ erosion aus einem Stück gefertigt ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Schneidwerkzeuges gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ohne Umspannen aus einem Rohling erodiert wird.