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Wälzstoßmaschine
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Die Erfindung betrifft eine Wälzstoßmaschine nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Beim Wälzstossen, beispielsweise zur Herstellung von Zahnrädern, führen
das zu bearbeitende Werkstück nd das Stoßwerkzeug eine Drehbewegung aus. Die Drehachsen
des Werkstückes und der Stoß spindel sind bei der Herstellung zylindrischer Werkstücke
parallel zueinander angeordnet.
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Der Drehung des Stoßwerkzeuges ist hierbei eine geradlinige Hubbewegung
in Richtung der Achse des Werkzeuges zur Span abnahme überlagert.
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Bei der Herstellung von Zahnrädern mit Geradverzahnung werden das
Werkstück und das Stoßwerkzeug i.n gleichem Maße gedreht. Sollen Zahnräder. mit
Schrägverzahnung hergestellt werden, dann muß je nach Schrägungswinkel des Verzahnung
eine mehr oder weniger starke Zusatzdrehung des Stoßwerkzeuges vorgenommen werde
Hierzu ist das Abtriebsrad auf der Stoßspindel vorgesehen, das mit dem bei der bekannten
Wälz.stoßiaaschinc als Schnecke ausgebildeten Antriebsteil in Eingriff ist. Die
Relativverdrehung zwischen Stoßwerkzeug und Werkstück wird Übel' einen mechanischen
Getriebezug mit durch Wechselräder veränderbarer Übersetzung erzeugt.
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Es sind auch Wälzstoßmaschinen bekannt, bei denen dieser mechanische
Getriebezug durch regeltechnisch gekoppelte Einzelantriebe ersetzt ist. In allen
Fällen werden aber zur Erzeugung der von der Hubbewegung der Stoß spindel abhänfugen
Zusatzdrehung zum Stossen von Schrcigverzahnungen mechanische Stößelführungen unterschiedlichster
Ausführung benutzt. Die übliche Wälzstoßmasch:ine ist mit einer festen Stößelführung
ausgerüstet. Entsprechend dem Zusammenhang mn x#x zo sinß0= Pzo kann der Schrägungswinkel
ßo am Werkstück nur im Bereich zwischen der kleinsten und größtmöglichen Zähne zahl
des Stoßwerkzeuges variiert werden. In der obigen Beziehung sind ßO der Schrägungswinkel,
zO die Stoßwcrkzeug-Zähnezahl, mn der Normalmodul und pzO die Steigungshöhe der
Stößelführung. Um den Nachteil der beschränkten Variation des Schrägungswinkels
Bo auszugleichen, wurden Stößelführungen entwickelt, bei denen durch zwei gleichzeitig
arbeitende Schrägführungen, die mit gleicher Bubzahl, veränderbaren Hubhöhen und
veränderbarer Hubrichtung zueinander ausgerüstet sind, ein beliehi.ger Schrägungswinkel
;m Werkstück erzeugt werden kann Der mechanisclje Aufwand. ist jedoch sehr groß;
außerdem wird die Beweyung süberlr agung durch die vielen ineinandergreifenden Übertragungselemente
ungenau.
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Die Einstellung der erforderlichen Hubhöhen und ihrer Richtungen zueinander
ist kompliziert und führt dadurch oft zu Fehleinstellungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Wälzstoßmaschine
so auszubilden, daß ein beliebiger Schrägungswinkel am Werkstück bei konstruktiv
einfacher Aus bildung der Maschine hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Wäizstoßmaschine wird lediglich der Antriebsteil
verschoben, so daß seiner Drehbewegung eine Axialverschiebung überlagert wird..
Das Stoßwerkzeug erhält dadurch eine zusätzliche Drehung, wodurch die gewünschte
Zusatz drehung des Stoßwerkzeuges in konstruktiv einfacher Weise erreicht wird.
Je nach Verschieberichtung läßt sich die Steigungsrichtung der herzustellenden Verzahnung
ändern. In Abhängigkeit von der Verschiebegeschwindigkeit pro Hub kann der Steigungswinkel
eingestellt werden. Somit können ohne großen Aufwand Stirnräder mit beliebigen Steigungswinkeln
und beliebiger Steigungsrichtung hergestellt werden. Wenn der Antriebsteil keine
Axialverschiebung ausführt, dann kann mit der erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine
auch eine Geradverzahnung hergestellt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiLeren Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeicluiuiigen Die Erfindung wird anhand dreier .n den Zeichnungen
darge stellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in schematischer
frarstellurlg eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine,
bei der die Axialverschiebung des Antriebsteils durch einen elektronischen Steuerkreis
und einen Servo-Stellantrieb erfolgt,
Fig. 2 in schematischer Darstellung
eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzstoßmaschine, bei der die
Axialverschiebung des Antriebsteiles mechanisch erfolgt, Fig. 3 in schematischer
Darstellt eine dritte Ausführungsform einer erfinduflgsgemäßen Wälzstoßmaschine.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sitzt auf einer An triebswelle
26 eines Antriebsmotors 1 eine Riemenscheibe 2, die über einen Riemen 27 mit einer
Riemenscheibe 3 auf einer Exzenterwelle 4 antriebsverbunden ist. Sie weist am freien
Ende eine Scheibe 28 auf, an der exzentrisch eine Schub stange 5 angelenkt ist.
Sie ist gelenkig mit einer Stoßspindel 6 verbunden, auf der drehfest ein Abtriebsrad
10 sitzt, das im Ausführungsbeispiel als Teilschneckenrad ausgebildet ist. An dem
von der Schubstange 5 abgewandten Ende sitzt auf der Stoßspindel 6 als Stoßwerkzeug
ein Stoßrad 7.
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Durch Drehen der Exzenterwelle 4 wird die Stoß spindel 6 mit dem Stoßwerkzeug
7 in Höhenrichtung 29 hin-und herbewegt.
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Mit dem Abtriebsrad 10 ist ein als rieilschnecke ausgebildetes Antriebsteil
9 in Eingriff, das auf einc) Antriebswelle 11 eines Antriebsmotors 8 sitzt, der
vorzug.Cjcise als Servo-Motor ausgebildet ist. Er überträgt über die Teilschnecke
9 und das Teilschneckenrad 10 die zur Erzeugung eines geraden Zylinderrades notwendige
Drehbewegung auf die Stoßspindel 6.
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Das Teilschneckenrad 9 ist in Längsrichtung der Antriebswelle 11 verschiebbar.
Hierzu sitzt die Teilschnecke 9 auf einer Schiebehülse 30, die auf der Antriebswelle
11 axial
verschiebbar und mittels Keilnuten 31 drehgesichert ist.
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Die Schiebehülse 30 ist im Endbereich mit einem Kolben 32 versehen,
der Teil eines doppelt-wirkenden hydraulischen Zylinders 14 ist. An den hydraulischen
Zylinder sind zwei.
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Hydraulikleitungen 33 und 34 angeschlossen, die den Zyl.inder unter
Zwischenschaltung eines Servoventiles 1 7 mit einer Hydropumpe 35 verbinden.
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Ein Winkelschrittgeber 12 auf der Exzenterwelle 4 erfasst die Drehlage
der Exzenterwelle 4 und damit die Stellung der Stoßspindel. 6 innerhalb des jeweiligen
Hubes. Ein zweites Meßsystem 13 erfasst die axiale Lage der Teilschnecke 9.
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Der Winkelschrittgeber 12 und das Meßsystem 13 geben Signale an eine
Rechner-und Steuereinheit 15, dessen Ausgangssignal ein Ansteuerungsmodul 16 betätigt,
mit dem das Servoventil 17 angesteuert wird. Vorzugsweise ist der Steuereinheit
15 eine Eingabeeinheit 18 vorgeschaltet, mit der die zur Erzeugung der jeweiligen
Verzahnung am Werkstück notwendigen Werte des Steigungswinkels als Soll-Werte vorgegeben
werden.
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Bei der Herstellung beispielsweise eincs St: rades werden die Stoßspindel
6 über den Antriebsmotor 1 und.die Antriebswelle 11 über deri Motor 8 angetrieben.
Die Stoßspindel 6 führt zusammen mit dem Stoßrad 7, über die Ezenterwelle 4 angetrieben,
eine Hubbewegung aus. Gleichzeitig wird ihr über das Teilschneckenrad 10 und die
Teilschnecke 9 eine Drehbewegung erteilt. Wenn eine Geradverzahnung hergestellt
werden soll, also die Zähne parallel zur Achsrichtung verlaufen, wird der Schiebehülse
30 keine Axialbewegung erteilt. Soll jedoch eine Schrägvcrzahnung am Werkstück hergestellt
werden, dann wird während des Antriebes der Antriebswelle 11 gleichzeitig die Schiebehtilsie
30 axial verschoben. Dadurch wird über das Teilschneckenrad 10 die
Stoß
spindel 6 zusätzlich gedreht, so daß bei der Hubbewegung das Stoßrad 7 innerhalb
des jeweiligen Hubes relativ zum zu bearbeitenden Werkstück verdreht wird. Je nach
Drehrichtung wird die Steigungsrichtun der hcrzu.".tellenden Schrägverzahnung eingestellt.
Außerdem kann durch Veränderung der Schubgeschwindigkeit der Schräyungsw.i..uke1
ßO de.r Schrägverzahnung eingestellt werden. Da der Winkelschrittgeber 12 die Hublage
der Stoßspindel 6 und das Meßsystem 13 die Axiallage der Teilschnecke 9 erfassen,
kann die Teilschnecke 9 genau in Abhängigkeit vom Hub der Stoß spindel 6 so verschoben
werden, daß der gewünschte Steigungswinkel erzielt wird. Die erforderlichen Werte
werden über die Eingabeeinheit 18 der Rechner-und Steuereinheit 15 als Soll-Werte
vorgegeben. Das Ausgangssignal dieser Einheit 15 steuert über das Ansteuerungsmodul
16 das Servoventil 17, wodurch der Kolben 32 im Servozylinder 14 in der gewünschten
Richtung und in der entsprechenden Geschwindigkeit verschoben wird. Die Hubhöhe
des Kolbens 32 wird entsprechend der Axialsteigung des zu bearbeitenden Werkstückes
gewählt. Die Steigungs richtung wird durch die Bewegungsrichtung der Teilschnecke
9 zusammen mit der Drehrichtung der Antriebswelle 11 bestimmt. Der Antriebsmotor
8 ist zu diesem Zweck umschaltbar ausgebildet, so daß er die Antriebswelle in beiden
Richtungen antreiben kann.
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Bei de Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Antriebsmotor 1a über
den Riementrieb 2a, 3a, 27a mit der Exzenterwelle 4a antriebsverbunden. Wie bei
der vorigen Ausführungsform wird über die Exzenterwelle 4a und die Schei.be 28a
sowie die Schubstange 5a die Stoß spindel 6a mit dem Teilschneckenrad 10a und dem
Stoßwerkzeug 7a hin-und hergehend angetrieben. Von der Drehbewegung der Exzenterwelle
4a ist die Drehbewegung einer weiteren Exzenterwelle 21 abgeleitet,
die
mit der Exzenterwelle 4a antriebsverbunden ist. Als Antriebssystem ist im Ausführungsbeispiel
ein Zahnriementrieb 36 mit Riemenscheiben 19, 20 und einem Zahnriemen 37 vorgesehen.
An dem der Riemenscheibe 20 gegenüberliegenden Ende sitzt auf der Exzenterwelle
21 eine Scheibe 38, an der eine Schubstange 22 exzentrisch angelenkt ist, die mit
der Schiebehülse 30a auf der Antriebswelle 11a gelenkig verbunden ist. Die Antriebswelle
11a kann mit dem Antriebsmotor 8a in beiden Richtungen angetrieben werden (Pfeil
39). Auf der Schiebehülse 30a sitzt, wie bei der vorigen Ausführungsform, als Antriebsteil
eine Teilschnecke 9a,die mittels der Schubstange 22 in Axialrichtung 40 hin-und
herverschoben werden kann. Die Teilschnecke 9a ist in Eingriff mit dem Teilschneckenrad
10a, so daß die Stoßspindel 6a je nach Drehrichtung der Antriebswelle 11a in beiden
Richtungen (Pfeil 41) angetrieben werden kann.
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Mit dieser Ausführungsform können an den Werkstücken nur Schrägverzahnungen
hergestellt werden. Wenn die Exzenterwelle 4a über den beschriebenen Antrieb von
Antriebsmotor 1a aus angetrieben wird, wird die Stoßspindel 6a in Richtung des Doppelpfeiles
29a hin-und herbewegt Gleichzeitig wird über die Teilschnecke 9a, die vom Antriebsmotor
8a aus angetrieben wird, die Stoß spindel 6a in Drehrichtung 41 gedreht. Die Drehrichtung
der Stoßspidcl 41 hängt von der Drehrichtung 39 der Antriebswelle lia ab. Da die
Drehbewegung der Exzenterwelle 21 mechanisch von der Exzenterwelle 4a abgeleitet
ist, wird die Exzenterwelle 21 zwangsläufig gedreht, so daß der flub-und Drehbewcgllng
der Stoß spindel Ga zwangsläufig auch eine Zusatzdrchun durch Axialverschieben der
Teilschnecke 9a übcrl.rgcrt wird. infolge dieser Zusatzdrehung wird die SchrcigverzahnllncT
allyl Werkstück erzeugt. Um den Steigungswinkel dieser Schrägverzahnung zu verändern,
muß die Exzentrizität an der Scheibe 38 durch Verschieben
des Anlenkpunktes
der Schubstange 22 verändert werden.
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Eine Verschiebung über den Drehpunkt der Exzenterwelle 21 hinaus verändert
die Phasenlage der Stoß spindel 6a und der Teilschnecke 9a zueinander. Damit wird
die Schrägungsrichtung umgekehrt.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 entspricht im wesentlichen der in-Fig.
1 dargestellten Ausführungsform. Über den Antriebsmotor 1b und den Riementrieb 2b,
3b, 27b wird die Exzenterwelle 4b angetrieben, wodurch über die Schubstange 5b die
Stoß spindel 6b in Richtung 29b hin-und herbewegt wird. Zum Antrieb der Antriebswelle
lib dient der Antriebsmotor 8b. Mit ihr ist drehfest ein Stirnrad 24 mit Schrägverzahnung
befestigt, das den Antriebsteil bildet und mit dem ebenfalls als schrägverzahntes
Stirnrad ausgebildeten Abtriebsteil 23 in Eingriff ist. Die Dicke des Stirnrades
24 ist wesentlich kleiner als die Dicke des Stirnrades 23.
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Dadurch ist sichergestellt, daß das Stirnrad 24 mit dem Servozylinder
14bso weit axial gegenüber dem Stirnrad 23 verschoben werden kann, daß die Zusatzdrehung
der Stoßspindel 6b so groß ist, daß jede gewünschte Schrägverzahnung erzeugt werden
kann Die Stoß spindel 6b und die Antriebswelle 11b liegen im Gegensatz zu den beiden
vorigen Ausführungsformen nicht mehr senkrecht-, sondern parallel zueinander. Dadurch
wird eine sehr kompakte Bauweise erreicht, für die nur wenig Einbauraum erforderlich
ist. Die Lage der Stoß spindel 6b innerhalb des Hubes wird durch ein Meßsystem 25
erfasst, das ein der Hublage der Stoß spindel entsprechendes Signal der Rechner-und
Steuereinheit 15 iEt zuführt. Sie erhält außerdem ein Signal vom Meßsystem 13b,
mit dem die axiale Lage des Stirnrades 24 ermittelt wird. Die Rechner-und Steuereinheit
15bsteuert das Ansteuerungsmodul 1 so, daß dieses über das Servoventil 17b und den
Servozylinder
14b das Stirnrad 24 derart axial verschiebt, daß
innerhalb des Hubes der Stoß spindel 6b die zur Herstellung der jeweiligen Schrägverzahnung
erforderliche Zusatzdrehung der StoBspindel 6b erzeugt wird.
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Bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 und 2 ist die Teilschnecke
9,9a so lag, daß sie so weit axial verschoben werden kann, daß jeder Schrägungswinkel
am Werkstück erzeugt werden kann.
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Bei den Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2 sind die Teilschnecken
r9 jeweils auf der Schiebehülse 30, 30a vorgesehen, die auf der Antriebswelle 11,
11a axial verschiebbar ist. Anstelle der Verwendung solcher Schiebehülsen kann auch
die Antriebswelle 11 selbst axial verschiebbar im Antriebsmotor 8 gelagert sein,
so daß die Teilschnecke 9 unmittelbar auf der Antriebswelle sitzt. Eine solche Ausbildung
der Antriebswelle ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 vorgesehen, bei dem
die Antriebswelle 11b gegenüber dem Antriebsmotor 8b verschiebbar ist. Das Stirnrad
24 kann aber, wie auch bei den vorhergehenden Ausführungsformen, auf einer Schiebehülse
gelagert sein, die auf der Antriebswelle 11b verschiebbar gelagert ist. In diesem
Falle ist die Antriebswel.le 11b unverscEliebbar.
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Schließlich ist es bei den beschricl->enen Ausführuligsbeispielen
auch möglich, die Antriebswelle zusammen mit dem Antriebsmotor axial zu verschieben.