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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Außenverzahnung einer Kupplungsscheibe, insbesondere mit einer definierten Verrundung im Übergangsbereich von einer Flankenlinie zur Planfläche der Kupplungsscheibe, die mittels eines Schneidwerkzeugs in einem Zykloidenfräsverfahren hergestellt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Schneidwerkzeug zur Verwendung in einem Zykloidenfräser und eine Kupplungsscheibe.
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In einigen Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, eine Außenverzahnung einer Kupplungsscheibe mit einer definierten Verrundung zu versehen, um ein besseres Einspurverhalten zu erreichen. Solche Kupplungsscheiben kommen zum Beispiel in Hybridgetrieben zum Einsatz. Derzeit können solche Verrundungen mittels bekannter Herstellverfahren nicht kostengünstig hergestellt werden. Mit dem derzeit üblichen Herstellverfahren, wie beispielsweise Anspitzen oder Bürsten, kann weder die gewünschte Form noch die gewünschte Genauigkeit erreicht werden.
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Die
DE 44 00 887 A1 offenbart eine Fräsmaschine zum Abrunden von Firstkanten eines Zahnrads für ein Schaltgetriebe. Das Abrunden erfolgt, nachdem eine Vielzahl von Kupplungszähnen an einer Außenkontur des Zahnrads hergestellt wurde. Die Fräsmaschine umfasst ein Schlagmesser, das beim Bearbeiten des Zahnrads eine Zykloidenbahn gegenüber dem Zahnrad beschreibt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Außenverzahnung einer Kupplungsscheibe anzugeben, mit dem definierte Verrundungen an den Kupplungszähnen kostengünstig herstellbar sind. Zudem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schneidwerkzeug zur Verwendung in einem Zykloidenfräser, mit der definierte Verrundungen an der Außenverzahnung einer Kupplungsscheibe hergestellt werden können, und eine Kupplungsscheibe anzugeben, deren Außenverzahnung kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird zum einen gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Außenverzahnung einer Kupplungsscheibe, wobei in einem ersten Schritt eine Vielzahl von Kupplungszähnen an einer Außenkontur eines Kupplungsscheiben-Rohlings geformt wird und in einem nachfolgenden Schritt durch ein zykloides Fräsverfahren eine definierte Verrundung an den einzelnen Kupplungszähnen gefräst wird, wobei beim Fräsen der definierten Verrundung gleichzeitig der jeweilige Kupplungszahn mit einem Hinterlegungswinkel versehen wird. Insbesondere wird eine definierte Verrundung im Übergangsbereich von einer Flankenlinie zur Planfläche der Kupplungsscheibe geformt.
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Durch ein erfindungsgemäßes Herstellverfahren kann die Verrundung an den Kupplungszähnen mit einer hohen Genauigkeit gefräst werden. Durch die Verrundung kann außerdem ein Einspurverhalten einer Kupplung verbessert sein. Darüber hinaus kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Kupplungsscheibe kostengünstig hergestellt werden.
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Indem beim Fräsen der definierten Verrundung gleichzeitig der jeweilige Kupplungszahn mit einem Hinterlegungswinkel versehen wird, ist kein separater Verfahrensschritt notwendig, um den Hinterlegungswinkel herzustellen, was sich wiederum vorteilhaft auf die Herstellkosten auswirkt.
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Das zykloide Fräsverfahren kann mit einer festen Übersetzung erfolgen. Alternativ kann das zykloide Fräsverfahren bei Achsabstandsänderungen mit einem zusätzlichen Offset zwischen Linearachsen beziehungsweise Drehachsen erfolgen.
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Die definierte Verrundung grenzt vorzugsweise an ein Längsende eines jeweiligen Kupplungszahns an und erstreckt sich in eine radiale Richtung. Insbesondere ist eine in radiale Richtung der Kupplungsscheibe verlaufende Kante an einem Kupplungszahn verrundet.
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Vorzugsweise werden die Kupplungszähne im ersten Schritt derart geformt, dass sie in radialer Richtung von der Kupplungsscheibe abstehen.
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Die Kupplungszähne können im ersten Schritt durch Schlagzahnfräsen geformt werden. Schlagzahnfräsen eignet sich besonders gut zur Herstellung von Stirnverzahnungen und ist daher zur Herstellung der Außenverzahnung der Kupplungsscheibe gut geeignet. Alternativ können die Kupplungszähne durch Stanzen, Stoßen, Formfräsen oder ähnliche Verfahren geformt werden.
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Vorzugsweise bleibt die Kupplungsscheibe vom Beginn des ersten Schritts bis das Fräsen der Hinterlegungswinkel abgeschlossen ist in einer Halterung eingespannt. Es ist folglich nicht notwendig, die Kupplungsscheibe während des Verfahrens umzuspannen. Die Fertigungszeit für eine Kupplungsscheibe kann dadurch besonders kurz sein und der manuelle Arbeitsaufwand bei der Herstellung der Kupplungsscheibe ist dadurch gering.
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Die Erfindung wird des Weiteren gelöst durch ein Schneidwerkzeug zur Verwendung in einem Zykloidenfräser, das eine Schneidzahnhalterung und mindestens einen Schneidzahn aufweist, der in der Schneidzahnhalterung einspannbar ist, wobei der mindestens eine Schneidzahn mindestens einen Befestigungsabschnitt und einen Schneidabschnitt aufweist, wobei der mindestens eine Schneidzahn in seinem Schneidabschnitt angrenzend an den Befestigungsabschnitt eine Verrundung, insbesondere einen konkav gekrümmten Abschnitt aufweist, und wobei sich eine Längsausdehnung des Schneidzahns entlang einer Rotationsachse des Schneidwerkzeugs erstreckt.
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Der Befestigungsabschnitt dient dazu, den Schneidzahn in der Schneidzahnhalterung einzuspannen. Um den Schneidzahn besonders stabil lagern zu können, sind vorzugsweise zwei Befestigungsabschnitte vorgesehen, die beidseitig des Schneidabschnitts an einem jeweiligen Längsende des Schneidzahns angeordnet sind. Der Schneidabschnitt dient zum Fräsen der definierten Verrundung an einem Kupplungszahn.
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Eine Längsausdehnung des Schneidzahns erstreckt sich entlang einer Rotationsachse des Schneidwerkzeugs, wenn der Schneidzahn ordnungsgemäß in der Schneidzahnhalterung eingespannt ist. Durch die Verrundung am Schneidzahn lässt sich mit dem Schneidwerkzeug eine definierte Verrundung herstellen. Speziell beim Fräsen einer Außenverzahnung kann mittels eines derartigen Schneidwerkzeugs eine Verrundung an der Verzahnung mit einer hohen Genauigkeit geformt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weitet sich der mindestens eine Schneidzahn in seinem Schneidabschnitt ausgehend von der Verrundung zumindest abschnittsweise in radialer Richtung auf. Dadurch lässt sich mit dem Schneidwerkzeug nicht nur eine definierte Verrundung herstellen, sondern auch eine Hinterschneidung, insbesondere gleichzeitig mit der Verrundung. Die radiale Richtung bezieht sich dabei ebenfalls auf eine Position, in der der Schneidzahn in der Schneidzahnhalterung ordnungsgemäß eingespannt ist.
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Jeder der Schneidzähne kann in radiale Richtung betrachtet zwei entgegengesetzt gerichtete Schneidkanten aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass mit einem Schneidzahn zwei zueinander benachbart angeordnete Kupplungszähne bearbeitet werden können, insbesondere die zueinander hin gerichteten Innenkanten zweier benachbarter Kupplungszähne. Dazu muss das Schneidwerkzeug entlang der Außenverzahnung in unterschiedliche Richtungen rotiert werden.
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Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch eine Kupplungsscheibe mit einer Außenverzahnung, die durch ein wie vorhergehend beschriebenes Verfahren hergestellt ist, wobei die Kupplungszähne betrachtet in axialer Richtung auf die Kupplungsscheibe eine definierte Verrundung aufweisen.
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Zusätzlich können die Kupplungszähne betrachtet in axialer Richtung auf die Kupplungsscheibe hinterschnitten geformt sein.
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Eine solche Geometrie ist, wie bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert, in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft hinsichtlich einer Drehmomentübertragung als auch hinsichtlich eines Einspurverhaltens. Beispielsweise kommt eine derartige Kupplungsscheibe in einem Hybridgetriebe zum Einsatz.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug zur Bearbeitung einer Kupplungsscheibe,
- - 2 einen Schneidzahn in einer Detailansicht,
- - 3 schematisch einen Schnitt durch einen Schneidzahn eines Schneidwerkzeugs, das in Eingriff mit einer Außenverzahnung einer Kupplungsscheibe ist,
- - 4 einen Schneidzahn bei der Bearbeitung einer Kupplungsscheibe,
- - 5 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug im Bereich des Schneidzahns,
- - 6 eine Kupplungsscheibe in einer Draufsicht und
- - 7 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A aus 6.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug 10 bei der Bearbeitung einer Kupplungsscheibe 16.
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Insbesondere zeigt 1 eine Momentaufnahme während einer Bearbeitung der Kupplungsscheibe 16 mit dem Schneidwerkzeug 10 gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere einem zykloiden Fräsverfahren.
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Das Schneidwerkzeug umfasst eine Schneidzahnhalterung 11 und einen Schneidzahn 12, der in der Schneidzahnhalterung 11 eingespannt ist. Die Schneidzahnhalterung 11 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet.
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Es ist auch denkbar, mehrere Schneidzähne 12 in die Schneidzahnhalterung 11 einzuspannen. Allerdings ist durch die Verwendung von nur einem Schneidzahn 12 die Rundlaufgenauigkeit erhöht.
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Bei der Bearbeitung dreht sich das Schneidwerkzeug 10 relativ zur Kupplungsscheibe 16 derart, dass die Schneidzähne 12 Material von Kupplungszähnen 18 eines Kupplungsscheiben-Rohlings abtragen. Die Rotationsachsen des Schneidwerkzeugs 10 und der Kupplungsscheibe 16 sind dabei parallel zueinander versetzt angeordnet.
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Insbesondere wird das Schneidwerkzeug 10 in einem zykloiden Fräsverfahren entlang der Kupplungsscheibe 16 abgerollt. Dabei taucht der Schneidzahn 12 in eine bereits vorgeformte Außenverzahnung 14 der Kupplungsscheibe 16 ein und fräst einen Teil der vorgeformten Außenverzahnung 14 ab. In einem vorhergehenden Verfahrensschritt, welcher der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, wurde der Kupplungsscheiben-Rohling bereits bearbeitet, um eine Vielzahl von Kupplungszähnen 18 an einer Außenkontur des Kupplungsscheiben-Rohlings zu formen, beispielsweise mittels Schlagzahnfräsens. Nach dem Schlagzahnfräsen und vor einer weiteren Bearbeitung haben die Kupplungszähne 18 zunächst eine im Wesentlichen rechteckige Kontur.
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Alternativ ist es auch möglich, die Kupplungszähne 18 durch Stanzen, Stoßen, Formfräsen oder andere geeignete Verfahren zu formen.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kupplungsscheibe 16 anschließend durch das zykloide Fräsverfahren bearbeitet, um eine definierte Verrundung an den einzelnen Kupplungszähnen 18 zu formen.
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Zusätzlich kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Hinterlegungswinkel an den einzelnen Kupplungszähnen 18 geformt werden.
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2 zeigt den Schneidzahn 12 in einer Detailansicht.
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Der Schneidzahn 12 weist einen Schneidabschnitt 30 auf, welcher zur Bearbeitung der Außenverzahnung 18 der Kupplungsscheibe 16 dient.
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Zudem weist der Schneidzahn 12 zwei Befestigungsabschnitte 32 an den Längsenden des Schneidzahns 12 auf. Diese dienen dazu, den Schneidzahn 12 in der Schneidzahnhalterung 11 einzuspannen. Die Befestigungsabschnitte 32 sind in Längsrichtung des Schneidzahns 12 betrachtet beidseitig des Schneidabschnitts 30 angeordnet.
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Wie in den 2 und 3 zu sehen ist, ist der Schneidzahn 12 am Übergang von dem Befestigungsabschnitt 32 zum Schneidabschnitt 30 verrundet.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen Schneidzahn 12 eines Schneidwerkzeugs 10, der in Eingriff mit einer Außenverzahnung 18 einer Kupplungsscheibe 16 ist. Der Einfachheit halber ist in 3 die Schneidzahnhalterung 11 nicht dargestellt.
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Die Verrundung 34 resultiert bei der Bearbeitung einer Außenverzahnung 14 einer Kupplungsscheibe 16 in einer entsprechenden Verrundung 36 der Kupplungszähne 18. Insbesondere kann durch diese Geometrie des Schneidzahns 12 beim Fräsen der jeweilige Kupplungszahn 18 an einer stirnseitigen Kante 25 verrundet werden.
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Zusätzlich weiten sich die Schneidzähne 12 zumindest abschnittsweise in eine Richtung vom Befestigungsabschnitt 32 weg in radialer Richtung unter einem Aufweitwinkel α auf. Dadurch werden bei einer Bearbeitung der Kupplungsscheibe 16 mit dem Schneidzahn 12 gleichzeitig die definierte Verrundung 34 und ein Hinterlegungswinkel β geformt, insbesondere gefräst.
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Der Aufweitwinkel α beträgt beispielsweise zwischen 5° und 30° und entspricht dem Hinterlegungswinkel β.
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Um jeweils zwei benachbarte Kupplungszähne 18 möglichst effizient bearbeiten zu können, weist der Schneidzahn 12 zwei entgegengesetzt gerichtete Schneidkanten 26a, 26b auf.
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Beispielsweise wird zunächst eine Kante 28a eines Kupplungszahns 18 mit der Schneidkante 26a bearbeitet. Anschließend wird die Kupplungsscheibe 16 so weit rotiert, dass eine Kante 28b eines benachbarten Kupplungszahns 20 mit der entgegengesetzt gerichteten Schneidkante 26b bearbeitet werden kann, wobei das Schneidwerkzeug 10 bei der Bearbeitung der Kante 28b in die entgegengesetzte Richtung rotiert wird wie bei der Bearbeitung der Kante 28a.
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4 zeigt den Schneidzahn 12 bei der Bearbeitung der Kupplungsscheibe 16 in einer perspektivischen Ansicht. Die Schneidzahnhalterung 11 ist zur besseren Anschaulichkeit nicht dargestellt.
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5 zeigt einen Schnitt durch das Schneidwerkzeug 10 im Bereich des Schneidzahns 12.
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Zum Einspannen des Schneidzahns 12 in der Schneidzahnhalterung 11 sind an der scheibenförmigen Schneidzahnhalterung 11 zwei ringförmig umlaufende Kragen 38 ausgebildet, in denen jeweils ein Längsschlitz 40 zur Aufnahme des Schneidzahns 12 vorgesehen ist.
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Der Schneidzahn 12 wird an seinen Befestigungsabschnitten 32 mittels zweier Schrauben 42 gehalten, insbesondere durch eine Klemmkraft.
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Die Schrauben 42 sind jeweils in eine Gewindebohrung 44 eingeschraubt, die sich seitlich des Längsschlitzes 40 erstreckt und in den Längsschlitz 40 mündet. Die Gewindebohrungen 44 beziehungsweise die Schrauben 42 sind dabei senkrecht zu einer Seitenfläche des Schneidzahns 12 angeordnet.
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Wenn die Schrauben 42 festgezogen sind, wird der Schneidzahn 12 gegen eine seitliche Wandung des Längsschlitzes 40 gedrückt und dadurch in der Schneidzahnhalterung gehalten.
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Da die Bewegungsabläufe beim Schlagzahnfräsen und beim Zykloidenfräsen ähnlich sind, kann die Kupplungsscheibe 16 vom Formen der Außenverzahnung 14 bis zum Abschluss des Hinterlegungsfräsens in einer Halterung eingespannt bleiben. Die Halterung ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Die 6 und 7 zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungsscheibe 16, wobei in 7 ein Schnitt durch einen Kupplungszahn 18 entlang der Linie A-A aus 6 dargestellt ist.
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Sowohl in 4 als auch in den 4 und 7 ist zu erkennen, dass die Kupplungszähne 18 betrachtet in axialer Richtung auf die Kupplungsscheibe 16 hinterschnitten geformt sind.
