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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kegelzahnradanordnung für Werkzeugrevolver
von Werkzeugmaschinen und Drehzentren (siehe beispielsweise Dokument
JP-A-62224540 ).
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Bei
bestimmten Arten von Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren wird
das Werkzeug von einem Motor, der mit seiner Achse rechtwinklig zu
der Drehachse des Werkzeugs angeordnet ist, über eine Kegelzahnradanordnung
angetrieben, die in dem Werkzeugrevolver der Maschine aufgenommen
ist. Die Zahnradanordnung weist typischerweise ein antreibendes
Kegelzahnrad auf, das mit dem Motor verbunden ist und sich mit einem
angetriebenen Kegelzahnrad im Zahneingriff befindet, das auf einer Werkzeugwelle
gelagert ist, an der das Bearbeitungswerkzeug befestigt ist.
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Eine
weit verbreitete Anordnung zum Verbinden des angetriebenen Kegelzahnrads
mit der Werkzeugwelle ist die typische Kopplung mittels einer Keilnutverbindung.
Wie Fachleuten wohlbekannt ist, besteht ein Nachteil einer Kopplung
mittels Keilnutverbindung darin, dass das angetriebene Zahnrad infolge
der dauernden Belastung, der das Zahnrad während einer Drehung ausgesetzt
ist, nach relativ kurzer Zeit nahe den scharfen Kanten des Keilnutsitzes
beginnen kann, Risse zu bekommen. In relativ kurzer Zeit weitet
sich der Riss aus und verursacht, dass das Zahnrad bricht. Darüber hinaus
verursacht das Schneiden des Keilnutsitzes eine unerwünschte Schwächung der
angetriebenen Welle. Ein solcher Umstand betrifft insbesondere die
Festigkeit derjenigen Wellen, die, wie es oft der Fall ist, hineingebohrte Schmierkanäle besitzen,
wobei die Kanäle
eine Schwächung
der angetriebenen Welle verursachen.
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In
letzter Zeit wurde ebenfalls vorgeschlagen, das angetriebene Kegelzahnrad
mit der Werkzeugwelle durch eine Keilwellenverbindung zu koppeln.
Jedoch ist diese Kopplungsanordnung sehr teuer, da sie eine hohe
Bearbeitungsgenauigkeit erfordert, damit die Keile des angetriebenen
Zahnrads exakt mit den Keilen der Werkzeugwelle zusammenpassen.
Außerdem
müssen
die Werkzeugwelle und das angetriebene Zahnrad nach Bearbeitung
der Keile einer Härtungsbehandlung
unterzogen werden, um den benötigten
mechanischen Widerstand zu erreichen. Nichtsdestotrotz kann diese
Behandlung dazu führen,
dass das Werkstück
verspannt wird, so dass es nach der Wärmebehandlung einer Nachbehandlung
unterzogen werden muss. Wie Fachleuten wohlbekannt ist, ist eine
Bearbeitung gehärteter Werkstücke, die
ein gewundenes Profil besitzen, wie der Keilwellen, jedoch sehr
teuer und führt
oft zu unzufriedenstellenden Ergebnissen, so dass diese Anordnung
nicht zweckdienlich ist.
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Demnach
besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine
Kegelzahnradanordnung für
Werkzeugrevolver von Werkzeugmaschinen bereitzustellen, in der das
angetriebene Zahnrad mit einer höheren
Genauigkeit und Zuverlässigkeit
als die bekannten Kopplungsanordnungen mit der Werkzeugwelle gekoppelt
ist, wobei dadurch das Risiko von Brüchen und mechanischen Versagensfällen beträchtlich
reduziert wird sowie die Erneuerungen und Instandhaltungsvorgänge begrenzt werden.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zahnradanordnung
bereitzustellen, die im Vergleich zu den bekannten Zahnradanordnungen, wie
den vorstehend genannten, geringe Herstellkosten mit sich bringt.
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Die
Aufgaben und anderen Vorteile, die nachfolgend deutlicher zu Tage
treten werden, werden mittels einer Kegelzahnradanordnung erreicht, die
die in Anspruch 1 aufgeführten
Merkmale besitzt, während
die anderen Ansprüche
andere Vorteile, wenngleich zweitrangige Merkmale der Erfindung, angeben.
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Die
Erfindung wird nun detaillierter mit Bezug auf ein paar bevorzugte,
nicht-ausschließliche Ausführungsformen
beschrieben, die in Form eines nicht-einschränkenden Beispiels in den beigefügten Zeichnungen
gezeigt werden, wobei:
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1 eine
Ansicht in einem axialen Querschnitt der erfindungsgemäßen Zahnradanordnung ist;
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2 gesondert
das angetriebene Kegelzahnrad der erfindungsgemäßen Zahnradanordnung in einem
Querschnitt entlang der Linie II-II der 1 zeigt;
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3 gesondert
die Werkzeugwelle der erfindungsgemäßen Zahnradanordnung in einem Querschnitt ähnlich der 2 zeigt;
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4 eine
Querschnittsansicht ähnlich
den 2, 3 ist, die das angetriebene Kegelzahnrad auf
der Werkzeugwelle der erfindungsgemäßen Zahnradanordnung angebracht
zeigt;
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5 eine
Ansicht eines Details der Zahnradanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung in einem axialen Querschnitt und einem vergrößerten Maßstab ist.
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Unter
einer anfänglichen
Bezugnahme auf 1 ist eine Kegelzahnradanordnung 10 auf
dem Werkzeugrevolver 12 einer allgemeinen Werkzeugmaschine
(nicht dargestellt) angebracht.
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Die
Zahnradanordnung 10 umfasst eine Buchse 14, die
in einem allgemein zylindrischen Sitz 16 des Werkzeugrevolvers 12 aufgenommen
ist. Ein Antrieb 18 erstreckt sich axial in den allgemein
zylindrischen Sitz 16 hinein. Eine Antriebswelle 20 ist
innerhalb der Buchse 14 auf Rollenlagern 22, 24 drehbar
gelagert. Das innerste Ende der Antriebswelle 20 ist zapfenförmig in 20a und
lösbar
mit dem Antrieb 18 verbunden. Das äußerste Ende der Antriebswelle 20 lagert
integral ein antreibendes Kegelzahnrad 26, das ein Einsatzstück sein
kann. Die Lager 22, 24 sind durch einen zylindrischen
Abstandshalter 28 beabstandet auf der Antriebswelle 20 angebracht
und axial zwischen einem Widerlager 26b des antreibenden Kegelzahnrads 26 und
einer Ringmutter 30 verspannt, die auf die Antriebswelle 20 nahe
deren innerstem Ende aufgeschraubt ist.
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Das
antreibende Kegelzahnrad 26 befindet sich im Zahneingriff
mit einem angetriebenen Kegelzahnrad 32, das mit einer
Werkzeugwelle 34 gekoppelt ist, die rechtwinklig zu der
Antriebswelle 20 angeordnet ist. Zu diesem Zweck besitzt
das angetriebene Kegelzahnrad 32 eine axiale Öffnung 36,
in der die Werkzeugwelle 34 aufgenommen ist. Die Werkzeugwelle 34 ist
in einem Gehäuse 37 drehbar
gelagert, das mit dem Werkzeugrevolver 12 fest verbunden
ist, wie nachfolgend besser beschrieben ist.
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Gemäß dieser
Erfindung sind ein axialer, geformter Abschnitt 36a der
axialen Öffnung 36 und
ein axialer, geformter Abschnitt 34a der Werkzeugwelle 34,
der mit dem axialen, geformten Abschnitt 36a der axialen Öffnung 36 in
Eingriff steht, mit jeweiligen, komplementären Querschnitten versehen;
dementsprechend hat die Oberfläche
der axialen Öffnung 36 vier
Facetten, wie zum Beispiel P, die sich entlang des quadratischen,
geformten Abschnitts 36a erstrecken und mittels korrespondierender
Facetten, wie zum Beispiel S, die sich entlang des axialen, geformten
Abschnitts 34a an der äußeren Oberfläche der Werkzeugwelle 34 erstrecken,
zum Zwecke einer rotatorischen Kupplung in Eingriff stehen.
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Die
axiale Öffnung 36 besitzt
ebenfalls einen zylindrischen, axialen Abschnitt 36b, der
mittels eines komplementären,
zylindrischen, axialen Abschnitts 34b der Werkzeugwelle 34 zum
Zwecke einer Zentrierung in Eingriff steht.
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Wie
vorstehend erwähnt,
ist die Werkzeugwelle 34 drehbar innerhalb des Gehäuses 37 gelagert,
wobei das letztere fest mit dem Werkzeugrevolver 12 durch
Schrauben oder andere Verbindungsmittel (nicht dargestellt) verbunden
ist, beispielsweise VDI, wobei ein Kragen 38 dazwischen
angeordnet ist, der Konzentrität
zulässt.
Die Buchse 14 und das Gehäuse 37 bilden als
ein Ganzes einen Rahmen für die
Zahnradanordnung 10. Ein Werkzeugsitz 40 ist integral
an einem Ende der Werkzeugwelle 34 gelagert und erstreckt
sich von dem Gehäuse 37 durch eine
hineingebohrte Öffnung 42 nach
außen.
Eine Dichtung 44 ist an dem Umfang der Öffnung angeordnet und umgibt
dichtend den Werkzeugsitz 40. Die Werkzeugwelle 34 ist über ein
Paar Rollenlager 46, 48 gelagert, die rittlings
des angetriebenen Kegelzahnrads 32 mit einem dazwischen
vorgesehenen Abstandshalter 50 angeordnet sind und axial
zwischen einem Widerlager 40b des Werkzeugsitzes 40 und
einer Ringmutter 52 verspannt sind.
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Vorteilhafterweise
werden die Facetten P an der Oberfläche der axialen Öffnung 36 und
die korrespondierenden Facetten S an der Werkzeugwelle 34 durch
Fräsen
nach Durchführen
einer Härtebehandlung
an dem angetriebenen Kegelzahnrad 32 bzw. der Werkzeugwelle 34 maschinell
hergestellt. Dies ermöglicht,
dass das angetriebene Kegelzahnrad 32 präzise mit
der Werkzeugwelle 34 gekoppelt ist und infolgedessen die
Zahnräder
exakt in Zahneingriff miteinander stehen.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zahnradanordnung, die
sich einzig darin von der vorstehenden Ausführungsform unterscheidet, dass
das angetriebene Kegelzahnrad 126 auch mit seiner jeweiligen
Antriebswelle 120 durch gegenseitiges Eingreifen der komplementären ebenen
Oberflächen
gekoppelt ist. Insbesondere das angetriebene Kegelzahnrad 126 besitzt
eine axiale Öffnung,
in die ein Endabschnitt der Antriebswelle 120 eingreift.
In ähnlicher
Weise zu dem, was vorstehend bezüglich
des angetriebenen Kegelzahnrads beschrieben wurde, das mit der Werkzeugwelle
gekoppelt ist, sind ein axialer, geformter Abschnitt 127a der
axialen Öffnung
des antreibenden Kegelzahnrads 126 und ein innerer, axialer,
geformter Abschnitt 121a des Endes der Antriebswelle 120,
in den der axiale, geformte Abschnitt 127a eingreift, mit
jeweiligen, komplementären
quadratischen Querschnitten versehen. Die Oberfläche der axialen Öffnung besitzt
vier Facetten, wie zum Beispiel T, die sich entlang des quadratischen,
geformten Abschnitts 127a erstrecken und von korrespondierenden
Facetten, wie zum Beispiel V, eingegriffen sind, die sich entlang
des axialen, geformten Abschnitts 121a an der äußeren Oberfläche der
Antriebswelle 120 zum Zwecke einer rotatorischen Kopplung
erstrecken.
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Der
axiale, geformte Abschnitt 121a der Antriebswelle 120 endet
mit einem Widerlager B.
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Die
axiale Öffnung
besitzt auch einen zylindrischen, axialen Abschnitt 127b,
der durch einen komplementären
zylindrischen Mittelabschnitt 121b eingegriffen ist, der
an dem Ende der Antriebswelle vorgesehen ist und von dem Widerlager
B zum Zwecke einer Zentrierung vorsteht.
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Das
Ende der Antriebswelle 120 ist mit einem äußeren Gewindeabschnitt 121c versehen,
der von dem zylindrischen Mittelabschnitt 121b vorsteht und
eine Ringmutter 129 aufweist, die darauf zum axialen Verspannen
des angetriebenen Kegelzahnrads 126 gegen das Widerlager
B geschraubt ist.
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Es
versteht sich natürlich,
dass die quadratischen Profile oder allgemein polygonalen Profile,
die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, gefaste/abgerundete
Ecken haben können,
wie sie beispielsweise während
Fräsbearbeitungen
notwendigerweise erzeugt werden, insbesondere dann, wenn Vertiefungen,
wie die axialen, geformten Abgrenzungen der Öffnungen auf den Kegelzahnrädern, maschinell
hergestellt werden, wie Fachleuten wohlbekannt ist. Dennoch schmälert dies
nicht die Wirksamkeit der Erfindung; tatsächlich ist das Fehlen jeglicher scharfen
Ecken sogar wünschenswert,
insbesondere bei der inneren Oberfläche der axialen, in die Kegelzahnräder gebohrten Öffnungen,
weil es dazu beiträgt,
die Bildung von Rissen an dem Zahnrad während einer Drehbewegung selbst
in Fällen
hoher Drehmomente zu vermeiden.
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Es
wurden hierin einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben, jedoch können
natürlich
viele Veränderungen
durch einen Fachmann innerhalb des Bereichs des erfinderischen Grundgedankens
durchgeführt
werden. Insbesondere können,
obwohl die Kegelzahnräder
in den gezeigten Beispielen mit ihren jeweiligen Wellen durch gegenseitiges
Eingreifen der komplementären,
quadratischen Profile gekoppelt sind, andere polygonale Profile
natürlich
auch zum Koppeln des Kegelzahnrads an seine jeweilige Welle geeignet
sein, vorausgesetzt, dass sie wenigstens ein Paar komplementärer, gegenseitig
in Eingriff miteinander stehender, ebener Oberflächen besitzen. Es wird indes
angenommen, dass polygonale Profile mit einer Anzahl von ebenen
Oberflächen
in dem Bereich von zwei bis acht eine bessere Leistung bezüglich einer
Kopplungsgenauigkeit erreichen.