DE4312774A1 - Vorrichtung zum Schleifen von Stirn- oder Kegelrädern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schleifen von Stirn- oder Kegelrädern mit einer rotierenden Schleif­ scheibe, auf die, insbesondere mittels eines Exzenters, radiale Zustellbewegungen zur Erzeugung balliger Flanken übertragbar sind.

Solche Schleifmaschinen sind beispielsweise aus der Patentschrift DD-2 79 627 bekannt, die eine Einrichtung zum Erzeugen von Stirnrädern mit ballig modifizierten Zahnflanken beschreibt, bei der das Schleifspindellager radial verschiebbar angeordnet ist und sich federbelastet gegen einen Exzenter abstützt. Eine hin und her gehende Drehung des Exzenters in Abhängigkeit vom Hub führt zu einer radialen Lageänderung des Schleifspindellagers, was eine Erzeugung balliger Flanken ermöglicht.

Zur Erhöhung des Spanabtrages beim Schleifen von Stirn- oder Kegelrädern ist es außerdem bekannt, die Schleif­ scheibe in einer rotierenden Exzenterbuchse zu lagern. Durch eine solche Lagerung werden der Schleifscheibe hochfrequente Oszillationsbewegungen aufgezwungen. Diese bewirken ein kurzzeitiges radiales Abheben, wodurch die Schleifoberfläche immer wieder vom Kühlmittel benetzt werden kann. Aufgrund der effektiveren Kühlung wird ein Überhitzen des Werkstückes, das sogenannte Schleifbrand­ risiko minimiert und das Zeitspanvolumen wesentlich er­ höht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Übertragen radialer Zustellbewegungen zur Erzeugung balliger Flanken auf die Schleifscheibe und das hochfrequente Oszillieren der Schleifscheibe zur Erhöhung des Spanabtrages in einer Maschine zu kombinieren, derart, daß beide Bewegungen gleichzeitig ausgeführt werden können und ohne daß es durch die Überlagerung dieser Bewegungen zu einer Quali­ tätseinbuße kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den radialen Zustellbewegungen der Schleifscheibe zusätz­ liche hochfrequente Oszillationsbewegungen überlagerbar sind.

Während beim Stand der Technik die beiden Arbeitsgänge hintereinander, also zuerst Schleifen mit oszillierender Scheibe und danach Korrigieren der Flankenlinie und Erzeugen von Balligkeiten, nur unter Verwendung zweier verschiedener Maschinen durchgeführt werden können, er­ möglicht nun die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Be­ arbeiten der Stirn- oder Kegelräder auf einer einzigen Maschine und sogar das Durchführen beider Arbeitsvorgänge zur gleichen Zeit. Dies erspart nicht nur Bearbeitungs­ kosten und -zeit, sondern erhöht auch die Genauigkeit aufgrund des fehlenden Maschinenwechsels.

Die Vorteile der Erfindung werden insbesondere beim Form­ schleifen offensichtlich, bei dem die Schleifscheibe im Querschnitt eine dem Zahnzwischenraum entsprechende Form (negative Evolventenform) aufweist und sich somit nicht nur partiell, sondern entlang der ganzen Zahnflanke in Kontakt mit dem Werkstück befindet und bei dem daher das Schleifbrandrisiko wesentlich höher ist.

Die hochfrequenten Oszillationsbewegungen der Schleif­ scheibe erfolgen bevorzugterweise in Radialrichtung, wofür sich dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten, zum Beispiel - wie bereits erwähnt - die Verwendung von Exzenterbuchsen, bieten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die radialen Oszillationsbewegungen durch in Radial­ richtung wechselnde Druckbeaufschlagung eines hydrostati­ schen Radiallagers bewirkt werden. Die beim Oszillieren benötigte Auslenkung der Schleifscheibe aus ihrer Mittel­ lage, die im allgemeinen in der Größenordnung von etwa 0,02 mm liegt, entspricht nur einem Bruchteil der Größen­ ordnung des hydrostatischen Lagerspaltes und kann somit ohne Einfluß auf die Qualität der Lagerung durch ein Ver­ schieben von Lagerinnenring zu Lageraußenring erzeugt werden. Realisiert wird dies durch periodische Verände­ rung des Druckes in jeweils gegenüberliegenden hydrosta­ tischen Taschen. Außerdem hat ein hydrostatisches Lager den Vorteil, daß auf gleiche Druckverteilung in den je­ weiligen hydrostatischen Taschen umgeschaltet und dadurch oszillationsfrei geschliffen werden kann, wie es zum Bei­ spiel beim Schlichten erforderlich ist.

Statt dessen können die hochfrequenten Oszillationsbewe­ gungen auch in Axialrichtung der Schleifscheibe erfolgen, wobei hier verschiedene Möglichkeiten, insbesondere ein hydrostatisches Axiallager mit in Axialrichtung wechseln­ der Druckbeaufschlagung, geeignet sind. Außerdem können die axialen Oszillationsbewegungen auch durch ein mecha­ nisches Axiallager erzeugt werden, das zumindest eine in Umfangsrichtung verlaufende Bahnkurve mit wechselndem Axialversatz aufweist, an der die Wälzkörper des Axial­ lagers abrollen. Die Funktionsweise des mechanischen Axiallagers wird noch verbessert, wenn zwei axial ver­ setzte Wälzkörperreihen an je einer von zwei gegenüber­ liegenden Bahnkurven abrollen, wobei diese Bahnkurven um eine halbe Teilung gegeneinander verdreht sind. Zweck­ mäßigerweise sind die Bahnkurven mit einem Mindestabstand zueinander angeordnet, der etwas größer als die axiale Ausdehnung der Wälzkörper ist. Hierdurch rollen die axial in der einen Richtung versetzten Wälzkörper nur an der einen Bahnkurve, die in der anderen Richtung versetzten Wälzkörper nur an der gegenüber liegenden Bahnkurve ab. Durch Anliegen der beiden Wälzkörperreihen an zwei ver­ schiedenen, gegenüberliegenden Bahnkurven, ergibt sich für die beiden Wälzkörperreihen eine spielfreie Zwangs­ führung, da sich immer alle Wälzkörper in Anlage an den entsprechenden Bahnkurven befinden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Wirkverbindung zwischen Wälzkörpern und Bahnkurve für ein oszillationsfreies Schleifen aufhebbar ist, etwa durch eine relative Axial­ verschiebung zwischen Wälzkörpern und Bahnkurve und durch andere Mittel eine axial feste Führung der Schleifscheibe zu gewährleisten.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das mechanische Axiallager mit einem hydrostatischen Axiallager kombi­ niert ist und die Distanzierung zwischen Wälzkörpern und Bahnkurve durch hydrostatischen Druck erfolgt, der zu­ gleich eine Druckerhöhung im hydrostatischen Axiallager hervorruft. Dadurch übernimmt das während der mechani­ schen Oszillation praktisch wirkungslose hydrostatische Axiallager nun die axiale Führung der Schleifscheibe.

Es liegt außerdem im Rahmen der Erfindung, die radialen Zustellbewegungen der Schleifscheibe zur Erzeugung balli­ ger Flanken durch eine Schablonenführung zu erzeugen.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Schleifwel­ le zur Erzeugung balliger Flanken in einer Exzenterhohl­ welle gelagert ist. Die Nachteile von Schablonenführun­ gen, zum Beispiel der erheblich Aufwand bei Balligkeits­ korrekturen, die Beschränkung auf konstante Balligkeiten über die gesamte Zahnbreite oder das unvermeidliche Schleifen eines Absatzes bei Hubrichtungswechsel der Schleifscheibe, können hierbei vermieden werden. Im Regelfall läuft die Exzenterhohlwelle nicht vollständig um, sondern führt nur eine hin und her gehende Schwenkbe­ wegung entlang eines Teiles ihres Umfanges durch.

Da eine Anordnung einer Exzenterbuchse zur Erzeugung radialer Oszillationsbewegungen in der Exzenterhohlwelle für die Erzeugung balliger Flanken, also die Verwendung zweier ineinander angeordneter Exzenter, aufgrund zu großer Lagertoleranzen nicht praktikabel ist, empfiehlt sich insbesondere im Zusammenhang mit einer Exzenterhohl­ welle die Verwendung von hydrostatischen Radiallagern.

Die wechselnde Druckbeaufschlagung in einem solchen hydrostatischen Radiallager bzw. in einem hydrostatischen Axiallager erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe von Servo­ ventilen, die einen hochfrequenten Druckwechsel in den hydrostatischen Taschen gewährleisten.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Zeichnungen; hierbei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit hydrostatischem Radiallager;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung aus Fig. 1 entlang der Schnittlinie II-II;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem hydrostatischem Axial­ lager;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem mechanischen Axiallager und

Fig. 5 eine Abwicklung des Schnittes V-V durch das mechanische Axiallager aus Fig. 4 entlang eines Teiles des Umfangs.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Schleifen von Stirn- oder Kegelrädern besteht aus einer Schleifscheibe 1, die von einer Schleifwelle 2 angetrieben wird. Die Schleifwelle 2 ist in einer Exzenterhohlwelle 3 und diese in einem Gehäuse 4 gelagert. Die Lagerung der Schleifwel­ le 2 in der Exzenterhohlwelle 3 erfolgt etwa über Wälz­ lager 5, die für hohe Drehzahlen und für die Aufnahme großer Radialkräfte während des Schleifens geeignet sind. Zwischen Exzenterhohlwelle 3 und Gehäuse 4 befinden sich hydrostatische Radiallager 6, deren Aufbau aus Fig. 2 hervorgeht. In jedem Lager sind entlang des Umfangs sechs Lagertaschen 6a angeordnet, die über entsprechende Leitungen 13 mit schaltbaren Servoventilen mit einem Druckmittelkreislauf verbunden und dadurch mit ständig wechselndem Druck beaufschlagbar sind.

Um Exzenterhohlwelle 3 und Gehäuse 4 gegeneinander axial abzustützen, ist an der Exzenterhohlwelle ein Radialvor­ sprung 7 angeordnet, der über Axialwälzlager 16 im Gehäu­ se 4 gelagert ist.

In Fig. 2 ist auch die Exzentrizität e₁ der Exzenterwel­ le 3 erkennbar, die sich aus dem Abstand der Schleifwel­ lenachse A von der Exzenterhohlwellendrehachse B ergibt.

Die Funktion der Schleifvorrichtung ist wie folgt: Eine Schwenkbewegung der Exzenterhohlwelle 3 um ihre Drehachse B ruft aufgrund der Exzentrizität e₁ radiale Zustellbewegun­ gen der Schleifscheibe 1 relativ zum Werkstück hervor, wo­ mit eine Flankenlinienkorrektur bzw. das Erzeugen balliger Flanken durchgeführt werden kann, die im allgemeinen in der Größenordnung von einigen Zehntelmillimetern liegen. Die Schwenkbewegung erfolgt in Abhängigkeit von der zu erzeu­ genden Balligkeit im allgemeinen nur entlang eines Teiles des Exzenterhohlwellenumfanges und entspricht in ihrer Frequenz der von der Zahnradbreite abhängenden Hubbewegung zwischen Schleifmaschine und Werkstück.

Außerdem werden auf die Schleifscheibe 1 hochfrequente Oszillationsbewegungen in der Größenordnung von 50 Hz zur Erhöhung des Spanabtrages übertragen, indem mit Hilfe nicht dargestellter Servoventile die Druckbeaufschlagung in den Lagertaschen 6a der hydrostatischen Radiallager 6 variiert wird. Dies erfolgt beispielsweise durch abwech­ selnde Druckerhöhung in zwei einander gegenüberliegenden Lagertaschen, wobei die restlichen vier Lagertaschen mit relativ konstantem Druck lediglich zur Stabilisierung der Exzenterhohlwelle dienen. Hierdurch werden Oszillations­ bewegungen mit einer Exzentrizität von wenigen Hundert­ stelmillimetern erreicht. Bei dieser Größenordnung wird die Qualität der Lagerung im hydrostatischen Radiallager nicht verringert, jedoch reicht diese Abhebebewegung dafür aus, daß der Kühlschmierstoff an die zu kühlende Schnittstelle gelangt.

Das in Fig. 1 dargestellte Schleifscheibenprofil in Form des zu erzeugenden Zahnzwischenraumes findet beim Form­ schleifen Anwendung, bei dem die vollständige Zahnzwi­ schenraumform ohne Werkstückdrehung auf das Zahnrad über­ tragen wird. Im Gegensatz hierzu ist beim herkömmlichen Teilwälzschleifen nur ein Teil der in diesem Fall doppel­ kegelförmigen Schleifscheibe in Eingriff, wobei die Zahn­ zwischenraumform hauptsächlich durch Schwenkbewegung des Werkstückes relativ zur Schleifscheibe erzeugt wird.

Wegen der beim Formschleifen großen Kontaktfläche der Schleifscheibe mit dem Werkstück ist offensichtlich, daß zur Vermeidung von Schleifbrand ein Oszillieren der Schleifscheibe besonders vorteilhaft ist. Es zeigt sich somit, daß insbesondere für das Formschleifen die erfin­ dungsgemäße Kombination aus radialen Zustellbewegungen und hochfrequenten Oszillationsbewegungen der Schleif­ scheibe in einem Arbeitsgang von großem Vorteil ist.

In Fig. 3 ist eine alternative Bauform einer Stirn- bzw. Kegelradschleifvorrichtung dargestellt. Ihr Aufbau ent­ spricht im Großteil der Vorrichtung aus Fig. 1. Einander entsprechende Teile sind daher mit den gleichen Bezugs­ zeichen wie in Fig. 1 versehen. Das Lager 6 kann als Gleitlager oder Wälzlager ausgebildet sein, das keine Axialbewegungen zuläßt. Der Unterschied zu Fig. 1 be­ steht darin, daß die Oszillationsbewegungen nicht radial sondern axial erfolgen. Dazu weist die Exzenterhohlwelle einen Radialvorsprung 7 auf, an dessen beiden Axialum­ fangsseiten je ein hydrostatisches Axiallager 8 angreift. Die wechselnde Druckbeaufschlagung zur Erzeugung axialer Oszillationsbewegungen erfolgt derart, daß der Druckver­ lauf in den beiden Axiallagern 8 aufeinander abgestimmt variiert wird. Das heißt, zur Erzeugung einer Axialbewe­ gung wird der Druck in dem einen Axiallager 8 entlang des gesamten Umfangs erhöht, während er in dem gegenüberlie­ genden Axiallager 8 entsprechend reduziert wird.

Die hierbei erzeugten axialen Abhebebewegungen der Schleifscheibe vom Werkstück finden geeigneterweise beim Teilwälzschleifen Anwendung, weshalb die Schleifscheibe 1 in Fig. 3 als Doppelkegelscheibe ausgebildet ist.

Die Verschwenkbewegung der Exzenterhohlwelle 3 zur Erzeu­ gung einer Balligkeit erfolgt analog zu dem in Bezug auf Fig. 1 Gesagten.

In Fig. 4 ist eine weitere Bauform zur Erzeugung axialer Oszillationsbewegungen dargestellt. Anders als bei der Vorrichtung aus Fig. 3 weist hier die Schleifwelle 2 einen Radialvorsprung 14 auf, der über zwei Axiallager 8 abgestützt und geführt wird. Zusätzlich zu den Axial­ lagern 8 ist entlang des Umfanges des Absatzes 14 ein doppelseitiges Wälzlager 9 zur mechanischen Erzeugung von axialen Oszillationsbewegungen angebracht.

Das mechanische Axiallager 9 besteht aus zwei Bahnkurven 10 und 11, deren Form aus Fig. 5 hervorgeht. Sie weisen eine in radialer Draufsicht wellenförmige Gestaltung mit einem Axialversatz e₂ auf und sind um eine halbe Teilung gegeneinander verdreht, wodurch sich die Wellenberge, das heißt die axial näher zur Lagermitte liegenden Kurvenab­ schnitte, gegenüberliegen. An der Außenseite des Radial­ vorsprunges 14 sind entlang zweier Reihen Wälzkörper 12a und 12b positioniert, deren Drehachse auf den Schleif­ wellenmittelpunkt in Achse A zeigt.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die beiden Reihen der Wälzkörper 12a bzw. 12b axial so versetzt, daß sie je­ weils an einer der Bahnkurven 10 bzw. 11 abrollen. Die Wellenform der beiden Bahnkurven 10 bzw. 11 verursacht bei sich drehender Schleifwelle 2 eine axiale Verschiebe­ bewegung der Schleifscheibe 1 entsprechend dem jeweiligen Axialversatz e₂. Die Bahnkurven 10 bzw. 11 weisen einen Minimalabstand voneinander auf, der etwas größer als der Durchmesser der Wälzkörper 12a bzw. 12b ist, so daß die rechte Wälzkörperreihe 12b nur entlang der rechten Bahn­ kurve 11 und die linke Wälzkörperreihe 12a nur entlang der linken Bahnkurve 10 mit jeweils entgegengesetzter Drehrichtung der Wälzkörper abrollt.

Die Bahnkurven 10 und 11, die mit Hilfe von Federelemen­ ten 15 in Position gehalten werden, sind so ausgebildet, daß sie über eine Druckerhöhung in der Druckmittelleitung 13 außer Eingriff mit den Wälzkörpern gebracht werden können. Eine solche Druckerhöhung in den Druckmittellei­ tungen 13 bewirkt gleichzeitig einen Druckaufbau in den hydrostatischen Axiallagern 8, wodurch eine ortsfeste Axialführung des Schleifwellenabsatzes 14 gewährleistet ist. Das hydrostatische Axiallager 8 ist zweckmäßigerwei­ se so ausgebildet, daß es bei Aktivierung des mechani­ schen Axiallagers 9 die mechanische Erzeugung von Oszil­ lationsbewegungen ohne großen Gegendruck zuläßt.

Selbstverständlich kann bei der Vorrichtung nach Fig. 3 der Radialvorsprung 7 ebenso wie bei Fig. 4 an der Schleifwelle 2 angeordnet sein, wodurch ebenso eine Über­ tragung der Oszillationsbewegungen sichergestellt ist.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Schleifen von Stirn- oder Kegelrädern mit einer rotierenden Schleifscheibe, auf die, insbeson­ dere mittels eines Exzenters, radiale Zustellbewegungen zur Erzeugung balliger Flanken übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß den radialen Zustellbewegungen der Schleifscheibe (1) zusätzliche hochfrequente Oszillationsbewegungen über­ lagerbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequenten Oszillationsbewegungen in Radial­ richtung der Schleifscheibe (1) erfolgen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Oszillationsbewegungen durch in Radial­ richtung wechselnde Druckbeaufschlagung eines hydrostati­ schen Radiallagers (6) bewirkt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequenten Oszillationsbewegungen in Axial­ richtung der Schleifscheibe (1) erfolgen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Oszillationsbewegungen durch in Axial­ richtung wechselnde Druckbeaufschlagung eines hydrostati­ schen Axiallagers (8) bewirkt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Oszillationsbewegungen durch ein mechani­ sches Axiallager (9) bewirkt werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Axiallager (9) zumindest eine in Umfangsrichtung verlaufende Bahnkurve (10 bzw. 11) mit wechselndem Axialversatz aufweist, an der die Wälzkörper (12a bzw. 12b) des Axiallagers (9) abrollen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Axiallager (9) zwei axial versetzte Wälzkörperreihen (12a bzw. 12b) aufweist, die an je einer von zwei gegenüberliegenden Bahnkurven (10 bzw. 11) ab­ rollen, wobei diese Bahnkurven (10, 11) um eine halbe Teilung gegeneinander verdreht sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkverbindung zwischen Wälzkörpern (12a, 12b) und Bahnkurven (10, 11) für ein oszillationsfreies Schleifen aufhebbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkverbindung zwischen Wälzkörpern (12a, 12b) und Bahnkurven (10, 11) durch eine relative Axialver­ schiebung zwischen den genannten Teilen aufhebbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Axiallager (9) mit einem hydrostati­ schen Axiallager (8) kombiniert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverschiebung durch hydrostatischen Druck er­ folgt, der zugleich eine Druckerhöhung im hydrostatischen Axiallager (8) hervorruft.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Zustellbewegungen der Schleifscheibe (1) zur Erzeugung balliger Flanken über eine Schablonenfüh­ rung erfolgen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifwelle (1) zur Erzeugung balliger Flanken in einer Exzenterhohlwelle (3) gelagert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wechselnde Druckbeaufschlagung im hydrostatischen Radial- bzw. Axiallager (6 bzw. 8) mit Hilfe von Servo­ ventilen erfolgt.