WO2023161075A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von hinterlegungen und zahnrädern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen von hinterlegungen und zahnrädern Download PDF

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WO2023161075A1
WO2023161075A1 PCT/EP2023/053582 EP2023053582W WO2023161075A1 WO 2023161075 A1 WO2023161075 A1 WO 2023161075A1 EP 2023053582 W EP2023053582 W EP 2023053582W WO 2023161075 A1 WO2023161075 A1 WO 2023161075A1
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tool
tooth
skiving
produced
cutting edges
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PCT/EP2023/053582
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English (en)
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Inventor
Karsten Zimmermann
Original Assignee
Profilator Gmbh & Co. Kg
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F5/00—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made
    • B23F5/12—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by planing or slotting
    • B23F5/16—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by planing or slotting the tool having a shape similar to that of a spur wheel or part thereof
    • B23F5/163—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by planing or slotting the tool having a shape similar to that of a spur wheel or part thereof the tool and workpiece being in crossed axis arrangement, e.g. skiving, i.e. "Waelzschaelen"
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F17/00—Special methods or machines for making gear teeth, not covered by the preceding groups
    • B23F17/006—Special methods or machines for making gear teeth, not covered by the preceding groups using different machines or machining operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F19/00—Finishing gear teeth by other tools than those used for manufacturing gear teeth
    • B23F19/002—Modifying the theoretical tooth flank form, e.g. crowning

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a gear wheel with a first step in which a toothing having teeth with tooth flanks is produced, for example by means of a hobbing process such as skiving, with a second step in which protuberances are produced in the area between a tooth root of the teeth and a root form circle by a machining process and with a third step in which only in one or more first parts areas of the width of the gear deposits in the tooth flanks are generated.
  • the invention also relates to a device for carrying out the method.
  • DE 102005049528Al describes a device and a method for producing sliding sleeves.
  • internal gearing is produced in a ring-shaped workpiece by skiving.
  • DE 10002188 A1 describes a backing tool that has cutting edges and is driven in rotation about an axis of rotation that runs parallel to the axis of rotation of the workpiece.
  • DE 10 2008 037514 A1 describes the production of gears with a skiving device.
  • the skiving wheel When skiving, the skiving wheel has teeth that form a plurality of cutting teeth, each cutting tooth having two cutting teeth adjacent to an end face.
  • the skiving wheel engages in the toothing of the work wheel to be produced in the manner of a helical gear.
  • the tool axis and the workpiece axis are skewed to each other during skiving. If the skiving wheel has a cylindrical shape, the tool axis must be inclined slightly away from the workpiece axis in order to generate a kinematic clearance angle. This is not necessary when using a frustoconical skiving wheel.
  • the common plummet of the two axes can run through the contact point of the tool on the workpiece.
  • the tool can be advanced in the direction in which the width of the teeth extends. The chip removal essentially takes place in the axial direction of the tool.
  • Sliding sleeves are formed by internally toothed gears in which the tooth flanks have deposits.
  • the deposits are recesses running over a partial area of the width extension of the tooth flanks.
  • the invention is based on the object of specifying measures with which, on the one hand, the cutting conditions for working in the deposits are improved and, on the other hand, a weakening of the tooth is largely avoided.
  • the protuberances that reduce the material thickness of the tooth base extend only over a partial area of the width of the tooth flanks, namely only over a width area in which the deposits also extend.
  • the width range of the underlays overlaps the width range of the prominences.
  • a first partial area of a width of the toothing has the deposits.
  • the partial area can be 10%, 20% or 30% of the width of a tooth flank.
  • the protuberance also extends only over a portion of the width of the toothing.
  • This second sub-area can have the same width extension as the first sub-area in which the deposit is located. However, it is sufficient if the two partial areas overlap, so that an overlapping area is formed.
  • the toothing is preferably produced by skiving.
  • the toothing can be produced using the known toothing methods, in particular those that work in a rolling manner. Processes such as slotting, broaching, milling, in particular hobbing, and, particularly preferred for frame gears, skiving come into consideration here.
  • the protuberances can be manufactured using similar methods and in particular the method of skiving, hobbing or gear shaping. However, machining the tooth flank with an end mill is also an option. Methods such as those described in DE 103 29413 A1 or DE 10 2014 108438 A1 can be used for the deposits. In this method, a backing tool can be used that has at least one cutting edge.
  • the protuberances are also produced using the skiving method.
  • the skiving tool then only engages in the second partial area in the tooth flanks that have already been machined in the first process step.
  • the contours of the cutting edges of the cutting teeth of the two skiving tools are different from one another.
  • the cutting edge of the skiving tool which is used to produce the toothing, can have a section that machines the region of the tooth flank adjoining the tip of the tooth of the toothing. This base section of the cutting tooth has a greater thickness than the corresponding section of the cutting tooth of the second skiving tool with which the protuberance is produced.
  • the root section of the cutting tooth of the second skiving tool is therefore slimmer than that of the first skiving tool. It is set back in the area of the involute in such a way that no processing takes place there. When manufacturing the protuberance takes place thus no chip removal in the area of the tooth of the workpiece close to the tooth tip. With regard to the contour of the cutting edges in the area of the section with which the area of the tooth adjoining the tooth root is machined, it is exactly the other way around.
  • the section of the cutting tooth producing the protuberances, ie the head section there, is made thicker than the corresponding section of the first tool with which the toothing is produced.
  • the cutting tooth that produces the protuberance has a greater height than the cutting tooth with which the toothing is produced in the first step.
  • the protuberance can then extend not only over the region of the tooth flank adjacent to the tooth root, but also over the tooth root.
  • the backings are produced essentially according to the method described in DE 100 02 188 A1. While in the first two process steps, which are gear skiving steps, the axes of the rotary-driven workpiece and the rotary-driven tool are skewed to one another, the two axes can run parallel to one another when manufacturing the backings. The feed can take place in the radial direction, based on the workpiece.
  • a rotationally driven cutter head of the backing tool can have several cutting edges, which are arranged one behind the other in the axial direction.
  • the backing tool can be a gear-shaped tool.
  • the backing tool can also have just one or a large number of individual cutting edges.
  • the backing tool can also be designed in such a way that only one cutting edge is provided for each backing.
  • the device according to the invention is essentially a CNC machine with a plurality of axes.
  • the device can have a workpiece axis driven in rotation, a first tool axis driven in rotation, which carries the skiving tool for manufacturing the gearing, a second axis driven in rotation, which carries the skiving tool for manufacturing the protuberances, and a third axis of rotation, which carries the backing tool that can be driven in rotation about an axis of rotation.
  • the three tool axes can be fed to the workpiece or positioned on the workpiece under the control of a control device. They can be rotated with the control device, which is synchronized with the rotation of the workpiece, which is also caused by the control device. In addition, they can also be advanced in relation to the workpiece with the aid of the control device.
  • the control device is programmed in such a way that when the device is in operation, a gear wheel is manufactured according to the method features described above.
  • FIG. 1 shows a gear skiving device according to DE 10 2005 049528 A1, with which the toothing can be introduced in a first method step and protuberances can be introduced into the toothing in a second method step, in a sectional first view,
  • FIG. 2 shows the tool/workpiece arrangement according to FIG. 1 in a view rotated by 90 degrees
  • Fig. 3 shows a device for generating deposits, as described in DE 100 02188 A1, with the third process step deposits are introduced into the toothing at the points where the protuberances were produced in the second process step,
  • FIG. 4 shows a view of the tool/workpiece arrangement shown in FIG. 3 rotated by 90 degrees
  • FIG. 5 shows a partial section through a tooth system, with protuberances that locally reduce the thickness of the tooth being denoted by the reference number 11 in the area of a tooth base 10,
  • FIG. 6 shows a view looking in direction VI in FIG. 5 onto a tooth flank 8 of a tooth 6,
  • FIG. 7 shows a representation according to FIG. 5, but after the production of the protuberances 11 and before the production of the deposits 12,
  • FIG. 8 shows a view looking in direction VIII in FIG. 7,
  • FIG. 9 shows an illustration looking in direction IX in FIG. 7 and FIG. 10 shows the course of a cutting edge 16 of a cutting tooth of a first skiving tool, with which the toothing is produced, and a cutting edge 19 of a cutting tooth of a second skiving tool, with which the protuberance is produced .
  • a first peeling tool 3 is rotationally driven by a first tool axis a toothing 5 is introduced into the workpiece 1 in the skiving process.
  • work wheels that are toothed on the outside can also be provided with a tooth system.
  • the tool axis 4 of the tool 3 is pivoted at an axis crossing angle E relative to the workpiece axis 2 of the workpiece 1.
  • the tool axis 4 can also have an inclination angle - Have kel q to the tool axis 2.
  • FIGS. 1 and 2 show both the first process step and the second process step.
  • the second process step differs from the first process step on the one hand by the skiving tool used. The main difference, however, is the Abundant engagement of the second skiving tool in the tooth flanks 8 of the toothing 5.
  • a radial infeed initially takes place, during which the cutting edges of the second cutting tool 3' enter the tooth flanks 5 , in order to produce the protuberances 11 by removing material from the tooth flanks 5 in an area which is adjacent to the tooth root 10 .
  • the axis crossing angle can already be large enough to produce the protuberances 11 without further feed.
  • the tool can also be shifted over a short distance in the axial direction, i.e. in the direction of the width of the toothing.
  • the protuberances 11 then only extend over a partial area over the entire width B of the tooth flank 8 and over a height that protrudes from the tooth root 10 to a root form circle 9 .
  • the tooth flank between root form circle 9 and tooth crest 7 is not machined.
  • the protuberances 11 produced in this way thus extend over a partial area of the tooth flank 8 which is spaced apart from the two end faces of the gear wheel 1 .
  • the protuberances 11 can extend to the base of the tooth. However, they can also extend beyond that into the core area of the workpiece 1 .
  • deposits 12 are cut into the tooth flanks 8 with a third tool, which is a deposit tool, as shown in FIGS.
  • the deposits 12 are essentially worked into the tooth flanks 8 where the protuberances 11 have been generated.
  • the length h of the protuberance 11 measured in the width extension of the tooth 6 can deviate from the length h of the backing 12 also measured in the width extension of the tooth 6 .
  • the length h of the protuberance 11 is somewhat less than the length 12 of the backing. In an embodiment not shown, however, the conditions can be the other way around. However, the two lengths h and h can also be the same.
  • the section of the backing 12 that lies between the tooth base 10 and the base form circle 9 lies entirely in the region of a protuberance 11 . It can thus be provided in particular that the entire width extension I2 of the backing 12 is greater than the width extension 11 of the protuberance 11, but the width extension 11 is greater than or at least equal to the width extension I2 of the backing 12 in the area between the root form circle 9 and tooth base 10, the position of the root form circle 9 being able to be defined by the radial distance of an edge of the protuberance 11 from the tooth base 10.
  • the backings 12 can extend over a greater height than the protuberances 11, based on the tooth height h1, 112. In the exemplary embodiment, the backings 12 do not extend into the area of the tooth root 10. However, it can also be provided that the deposits 12 extend into the area of the tooth base 10 or beyond the area of the tooth base 10 into the core area of the workpiece 1.
  • FIG. 10 shows, by way of example, the contours of the cutting edges 16 of a first skiving tool 3 and of the cutting edges 19 of a second skiving tool 3' in a superimposed position.
  • the contour differs in that the section 18 of the first skiving tool 3, which machines the tooth flank 8 adjoining the tooth crest 7, is thicker than the corresponding section 21 of the second skiving tool 3'.
  • the tooth flanks 8 are therefore not machined with the cutting tooth that produces the protuberances 11 .
  • the tooth flanks 8 can extend along an involute.
  • the protuberances 11 can also extend along an involute, which, however, merges into the area of the tooth flank 8 between the tip of the tooth 7 and the root form circle 9 at the root form circle, forming a kink.
  • the protuberances 11 extend only essentially over the partial area of the tooth width into which the backings 12 are also incorporated.
  • a method which is characterized in that the section 18 of the cutting edges 16 of the first tool 3 adjoining the tooth tip 7 and machining the region of the tooth flank 8 is thicker than the corresponding section 21 of the cutting edges 19 of the second tool 3 ' and that the section 20 of the cutting edges 19 of the second tool 3' that machines the protuberances 11 is thicker than the corresponding section 17 of the first tool 3.
  • a device which is characterized in that the control device 22 is set up in such a way that during the operation of the device a gear wheel 1 is manufactured according to the method according to one of claims 1 to 6.
  • a device which is characterized in that the third tool 13 is a cutting edge tool that can be driven in rotation about a workpiece axis 2 parallel to it.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gear Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades mit einem ersten Schritt, bei dem eine Zähne (6) mit Zahnflanken (8) aufweisende Verzahnung (5) durch Wälzschälen erzeugt wird, mit einem zweiten Schritt, bei dem im Bereich zwischen einem Zahnfuß (10) der Zähne (6) und einem Fußformkreis (9) durch ein spanabtragendes Verfahren Protuberanzen (11) erzeugt werden und mit einem dritten Schritt, bei dem nur in ein oder mehreren ersten Teilbereichen (l1) der Breite (B) der Verzahnung (5) Hinterlegungen (12) in den Zahnflanken (8) erzeugt werden. Um die Stabilität der Zähne der Verzahnung zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die Protuberanzen (11) sich nur über zweite Teilbereiche (l2) der Breite (B) der Verzahnung (5) erstrecken, die jeweils einen Übrlappungsbereich mit dem ersten Teilbereich (l1) aufweisen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtungzum Herstellen von Hinterlegungen und Zahnrädern
GebietderTechnik
[0001] DieErfindungbetriffteinVerfahrenzurHerstellungeinesZahnrades miteinem ersten Schritt,beidem eineZähnemitZahnflanken aufweisende Verzahnungbeispielsweisedurch eineWälzbearbeitung,wieWälzschälen,er- zeugtwird,miteinem zweiten Schritt,beidem im Bereich zwischeneinem Zahnfuß derZähneund einem Fußformkreisdurch ein spanabtragendesVer- fahren Protuberanzenerzeugtwerdenund miteinem drittenSchritt,beidem nurin ein odermehreren ersten Teilbereichen derBreitederVerzahnungHin- terlegungen in denZahnflanken erzeugtwerden.
[0002] DieErfindungbetrifftdarüberhinauseineVorrichtungzurDurchfüh- rungdesVerfahrens.
Stand derTechnik
[0003] DieDE 102005049528AlbeschreibteineVorrichtungund einVerfah- renzum Herstellenvon Schiebemuffen.Dabeiwird in einem erstenVerfahrens- schrittdurchWälzschälen in einem ringförmigenWerkstückeineInnenverzah- nungerzeugt.InTeilbereichen derBreitederZahnflanken dersoerzeugten Verzahnungwerden Hinterlegungeneingearbeitet.Dieserfolgtmiteinem Hin- terlegungswerkzeug.
[0004] DieDE 10002188Albeschreibtein Hinterlegungswerkzeug,das Schneidkanten aufweistund um eineDrehachse,dieparallelzurDrehachsedes Werkstücksverläuft,drehangetriebenwird. [0005] Die DE 10 2008 037514 Al beschreibt die Fertigung von Verzahnungen mit einer Wälzschälvorrichtung.
[0006] Vorrichtungen zum Wälzkanten und das Wälzschälverfahren werden darüber hinaus auch in den WO 2012/152660 Al und EP 2537615 Al beschrie- ben, wobei letztere ein Wälzschälverfahren offenbart, bei dem in eine Verzah- nung lokal Einstiche eingearbeitet werden können.
[0007] Beim Wälzschälen besitzt das Wälzschälrad eine Verzahnung, die eine Vielzahl von Schneidzähnen ausbildet, wobei jeder Schneidzahn zwei an eine Stirnfläche angrenzende Schneidzähne aufweist. Das Wälzschälrad greift bei der Wälzschälbearbeitung in der Art eines Schraubradgetriebes in die zu erzeu- gende Verzahnung des Werkrades ein. Die Werkzeugachse und die Werkstück- achse stehen bei der Wälzschälbearbeitung windschief zueinander. Besitzt das Wälzschälrad eine Zylinderform, muss die Werkzeugachse geringfügig von der Werkstückachse weggeneigt sein, um einen kinematischen Freiwinkel zu er- zeugen. Bei der Verwendung eines kegelstumpfförmigen Wälzschälrades ist dies nicht erforderlich. Hier kann das Gemeinlot der beiden Achsen durch den Berührpunkt des Werkzeuges am Werkstück verlaufen. Während des Wälz- schälens kann das Werkzeug in Breitenerstreckungsrichtung der Zähne vorge- schoben werden. Der Spanabtrag erfolgt im Wesentlichen in axialer Richtung des Werkzeuges.
[0008] Schiebemuffen, wie sie in Kraftfahrzeuggetrieben verwendet werden, werden von innen verzahnten Zahnrädern gebildet, bei denen die Zahnflanken Hinterlegungen aufweisen. Bei den Hinterlegungen handelt es sich um über einen Teilbereich der Breitenerstreckung der Zahnflanken verlaufende Aus- nehmungen. Bei der Fertigung dieser Hinterlegungen mit einem Hinterle- gungswerkzeug, wie es in der oben genannten DE 100 02188 Al beschrieben wird, greifen die Schneidzähne des Hinterlegungswerkzeuges, die sich auf ei- ner zykloiden Bahn bewegen, radial und mit einer azimutalen Bewegungskom- ponente in die Zahnflanke ein. Aufgrund der Form der Hinterlegungen und der Flugbahn der Schneidkante ergeben sich in dem, dem Zahnfuß nahen Bereich der Zahnflanke ungünstige Schnittbedingungen. Mittels einer Protuberanz, die in den an den Zahnfuß angrenzenden Bereich der Zahnflanke eingebracht wird, wird dort Material abgetragen, sodass sich die Schnittbedingungen dort verbes- sern. Beim Stand der Technik erstreckt sich die Protuberanz über die gesamte Breite des Zahnes, sodass der Zahn eine Schwächung erhält.
Zusammenfassung der Erfindung
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen einerseits die Schnittbedingungen zum Einarbeiten der Hinterlegun- gen verbessert werden und andererseits eine Schwächung des Zahns weitest- gehend vermieden wird.
[0010] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er- findung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung darstellen, son- dern auch eigene Lösungen der Aufgabe sind.
[0011] Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass sich die die Materialstärke des Zahnfußes vermindernden Protuberanzen nur über einen Teilbereich der Breite der Zahnflanken erstrecken, nämlich nur über einen Brei- tenbereich, in dem sich auch die Hinterlegungen erstrecken. Der Breitenbereich der Hinterlegungen überlappt sich mit dem Breitenbereich der Protuberanzen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein erster Teilbereich einer Breite der Ver- zahnungen die Hinterlegungen aufweist. Der Teilbereich kann 10%, 20% oder 30% der Breite einer Zahnflanke sein. Die Protuberanz erstreckt sich ebenfalls nur über einen Teilbereich der Breite der Verzahnung. Dieser zweite Teilbereich kann dieselbe Breitenerstreckung aufweisen, wie der erste Teilbereich, in dem sich die Hinterlegung befindet. Es reicht aber aus, wenn sich die beiden Teilbe- reiche überlappen, sodass sich ein Überlappungsbereich ausbildet. Bevorzugt wird die Verzahnung durch Wälzschälen erzeugt. Die Verzahnung kann mit den bekannten insbesondere wälzend arbeitenden Verzahnungsverfahren ge- fertigt werden. In Betracht kommen hier Verfahren wie Stoßen, Räumen, Frä- sen, insbesondere Wälzfräsen, und, besonders bevorzugt für hmenverzahnun- gen, das Wälzschälen. Die Protuberanzen können mit ähnlichen Verfahren und insbesondere dem Verfahren des Wälzschälens, des Wälzfräsens oder des Wälzstoßens gefertigt werden. In Betracht kommt aber auch die Bearbeitung der Zahnflanke mit einem Schaftfräser. Für die Hinterlegungen können Verfah- ren, wie sie in der DE 103 29413 Al oder DE 10 2014 108438 Al beschrieben werden, verwendet werden. Bei diesem Verfahren kann ein Hinterlegungs- werkzeug zur Anwendung kommen, das zumindest eine Schneide aufweist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nicht nur die Verzahnung durch Wälzschälen, sondern werden auch die Protuberanzen mit dem Wälzschälver- fahren gefertigt. Das Wälzschälwerkzeug greift dann nur im zweiten Teilbe- reich in die bereits mit dem ersten Verfahrensschritt bearbeiteten Zahnflanken ein. Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens sind die Konturen der Schneid- kanten der Schneidzähne der beiden Wälzschälwerkzeuge voneinander ver- schieden. Die Schneidkante des Wälzschälwerkzeuges, welche zum Erzeugen der Verzahnung verwendet wird, kann einen Abschnitt aufweisen, der den an den Zahnkopf des Zahnes der Verzahnung angrenzenden Bereich der Zahn- flanke bearbeitet. Dieser Fußabschnitt des Schneidzahns hat eine größere Dicke, als der entsprechende Abschnitt des Schneidzahns des zweiten Wälzschälwerk- zeugs, mit dem die Protuberanz gefertigt wird. Der Fußabschnitt des Schneid- zahns des zweiten Wälzschälwerkzeugs ist somit schlanker als der des ersten Wälzschälwerkzeugs. Er ist im Bereich der Evolvente derart zurückgesetzt, dass dort keine Bearbeitung stattfindet. Bei der Fertigung der Protuberanz erfolgt somit keinen Spanabtrag in dem dem Zahnkopf nahen Bereich des Zahnes des Werkstücks. Hinsichtlich der Kontur der Schneidkanten im Bereich des Ab- schnitts, mit dem der an den Zahnfuß angrenzenden Bereich des Zahns der Verzahnung bearbeitet wird, ist es genau andersherum. Der die Protuberanzen fertigende Abschnitt des Schneidzahns, also der dortige Kopfabschnitt, ist di- cker gestaltet, als der entsprechende Abschnitt des ersten Werkzeuges, mit dem die Verzahnung gefertigt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Schneidzahn, der die Protuberanz fertigt, eine größere Höhe aufweist, als der Schneidzahn, mit dem im ersten Schritt die Verzahnung gefertigt wird. Die Pro- tuberanz kann sich bei einer derartigen Ausgestaltung dann nicht nur über den den Zahnfuß benachbarten Bereich der Zahnflanke, sondern auch über den Zahnfuß erstrecken. In einem dritten Verfahrensschritt werden im Wesentli- chen gemäß dem in der DE 100 02 188 Al beschriebenen Verfahren die Hinter- legungen gefertigt. Während bei den beiden ersten Verfahrensschritten, bei de- nen es sich um Wälzschäl-Schritte handelt, die Achsen des drehangetriebenen Werkstücks und des drehangetriebenen Werkzeugs windschief zueinanders te- hen, können die beiden Achsen beim Fertigen der Hinterlegungen parallel zu- einander verlaufen. Der Vorschub kann dabei in Radialrichtung, bezogen auf das Werkstück, erfolgen. Besitzen die Zahnflanken jeweils zwei Hinterlegun- gen, so können diese beiden Hinterlegungen gleichzeitig gefertigt werden. Hierzu kann ein drehangetriebener Messerkopf des Hinterlegungswerkzeuges mehrere Schneiden aufweisen, die in axialer Richtung hintereinander angeord- net sind. Bei dem Hinterlegungswerkzeug kann es sich um ein zahnradförmi- ges Werkzeug handeln. Das Hinter legungswerkzeug kann aber auch nur eine oder eine Vielzahl von Einzelschneiden aufweisen. Das Hinter legungswerk- zeug kann auch so ausgelegt sein, dass für jede Hinterlegung nur eine Schneide vorgesehen ist.
[0012] Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich im Wesentli- chen um eine CNC-Maschine mit einer Mehrzahl von Achsen. Die Vorrichtung kann eine drehangetriebene Werkstückachse, eine drehangetriebene erste Werkzeugachse, die das Wälzschälwerkzeug zum Fertigen der Verzahnung trägt, eine drehangetriebene zweite Achse, die das Wälzschälwerkzeug zum Fertigen der Protuberanzen trägt und eine dritte Drehachse, die das um eine Drehachse drehantreibbare Hinterlegungswerkzeug trägt, besitzen. Die drei Werkzeugachsen können von einer Steuereinrichtung gesteuert dem Werkstück zugestellt werden beziehungsweise am Werkstück positioniert werden. Sie können mit der Steuereinrichtung in eine Drehung versetzt werden, die mit der ebenfalls von der Steuereinrichtung veranlassten Drehung des Werkstücks syn- chronisiert ist. Sie können darüber hinaus auch gegenüber dem Werkstück mit- hilfe der Steuereinrichtung vorgeschoben werden. Die Steuereinrichtung ist derart programmiert, dass beim Betrieb der Vorrichtung ein Zahnrad nach den oben beschriebenen Verfahrensmerkmalen gefertigt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand bei- gefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Wälzschälvorrichtung gemäß DE 10 2005 049528 Al, mit der sowohl in einem ersten Verfahrensschritt die Verzahnung als auch in einem zweiten Verfahrensschritt Protuberanzen in die Verzahnung eingebracht werden können, in einer geschnit- tenen ersten Ansicht,
Fig. 2 die Werkzeug/ Werkstückanordnung gemäß Figur 1 in einer um 90 Grad gedrehten Ansicht,
Fig. 3 eine Vorrichtung zum Erzeugen von Hinterlegungen, wie sie in der DE 100 02188 Al beschrieben ist, mit der in einem dritten Verfahrensschritt Hinterlegungen an den Stellen in die Verzah- nung eingebracht wird, an denen im zweiten Verfahrens schritt die Protuberanzen erzeugt wurden,
Fig. 4 eine um 90 Grad gedrehte Ansicht der in der Figur 3 dargestell- ten W erkzeug / W erkstückanor dnung,
Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine Verzahnung, wobei mit der Be- zugsziffer 11 im Bereich eines Zahnfußes 10 die Dicke des Zah- nes lokal vermindernde Protuberanzen bezeichnet sind,
Fig. 6 eine Darstellung mit Blickrichtung VI in Figur 5 auf eine Zahn- flanke 8 eines Zahnes 6,
Fig. 7 eine Darstellung gemäß Figur 5 jedoch nach dem Fertigen der Protuberanzen 11 und vor dem Fertigen der Hinterlegungen 12,
Fig. 8 eine Darstellung mit Blickrichtung VIII in Figur 7,
Fig. 9 eine Darstellung mit Blickrichtung IX in Figur 7 und Fig. 10 den Verlauf einer Schneidkante 16 eines Schneidzahns eines ersten Wälzschälwerkzeugs, mit dem die Verzahnung gefertigt wird und einer Schneidkante 19 eines Schneidzahns eines zwei- ten Wälzschälwerkzeugs, mit dem die Protuberanz gefertigt wird. Beschreibung der Ausführungsformen
[0014] Mittels einer CNC-Werkzeugmaschine, die eine Vielzahl von motorisch angetriebenen Achsen aufweist und bei der insbesondere ein innen zu verzah- nendes Werkstück 1 in einem Futter einer Werkstückspindel gehalten ist, wird mittels eines ersten Schälwerkzeugs 3, das von einer ersten Werkzeugachse drehangetrieben wird, im Wälzschälverfahren eine Verzahnung 5 in das Werk- stück 1 eingebracht. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können auch außen verzahnte Werkräder mit einer Verzahnung versehen werden.
[0015] Die Werkzeugachse 4 des Werkzeugs 3 steht in einem Achskreuzwin- kel E verschwenkt gegenüber der Werkstückachse 2 des Werkstücks 1. Bei der Verwendung eines zylinderförmigen Werkzeugs 3, wie es beim Ausführungs- beispiel der Fall ist, kann die Werkzeugachse 4 zusätzlich einen Neigungswin- kel q zur Werkzeugachse 2 aufweisen.
[0016] Durch eine synchrone Drehung von Werkstück 1 und Werkzeug 3 und eine gleichzeitige axiale Vorschubbewegung wird in das Werkstück 1 eine In- nenverzahnung mit einer sich über die axiale Breite des Werkstücks 1 erstre- ckenden Breite B gefertigt.
[0017] Im Anschluss an diesen ersten Verfahrensschritt wird mit einem zwei- ten Wälzschälwerkzeug 3', das von derselben oder einer zweiten Werkzeugach- se getragen wird, ebenfalls im Wälzschälverfahren zumindest eine Protube- ranz 11 in die im ersten Verfahrens schritt gefertigten Zahnflanken 8 der Ver- zahnung 5 eingebracht. Die Figuren 1 und 2 zeigen sowohl den ersten Verfah- rensschritt als auch den zweiten Verfahrens schritt. Der zweite Verfahrensschritt unterscheidet sich vom ersten Verfahrens schritt zum einen durch das verwen- dete Wälzschälwerkzeug. Der wesentliche Unterschied ist aber der nur be- reichsweise Eingriff des zweiten Wälzschälwerkzeugs in die Zahnflanken 8 der Verzahnung 5.
[0018] Nach einer Positionierung des zweiten Werkzeugs 3', bei dem die Schneidkanten innerhalb der Breitenerstreckung der Verzahnung 5 in Angriff an die Verzahnung 5 gebracht wird, erfolgt zunächst eine radiale Zustellung, währenddessen die Schneidkanten des zweiten Schneidwerkzeuges 3' in die Zahnflanken 5 eintreten, um die Protuberanzen 11 durch Materialabtrag von den Zahnflanken 5 in einem Bereich der dem Zahnfuß 10 benachbart ist, zu fer- tigen. Der Achskreuzwinkel kann bereits ausreichend groß genug sein, um oh- ne einen weiteren Vorschub die Protuberanzen 11 zu fertigen. Das Werkzeug kann aber auch über eine kurze Strecke in axialer Richtung, d.h. in Breitenrich- tung der Verzahnung, verschoben werden. Die Protuberanzen 11 erstrecken sich dann nur über einen Teilbereich über die gesamte Breite B der Zahnflan- ke 8 und über eine Höhe, die vom Zahnfuß 10 bis zu einem Fußformkreis 9 ragt. Während des zweiten Verfahrens Schritts wird die Zahnflanke zwischen Fußformkreis 9 und Zahnkopf 7 nicht bearbeitet.
[0019] Die so gefertigten Protuberanzen 11 erstrecken sich somit über einen Teilbereich der Zahnflanke 8, der von den beiden Stirnseiten des Zahnrades 1 beabstandet ist. Die Protuberanzen 11 können sich bis zum Zahnfuß erstrecken. Sie können sich aber auch darüber hinaus bis in den Kernbereich des Werk- stücks 1 erstrecken.
[0020] Im Anschluss an diesen zweiten Verfahrensschritt werden mit einem dritten Werkzeug, das ein Hinter legungs Werkzeug ist, wie es in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, Hinterlegungen 12 in die Zahnflanken 8 eingeschnitten. Die Hinterlegungen 12 werden im Wesentlichen dort in die Zahnflanken 8 ein- gearbeitet, wo in dem vorangegangenen Verfahrensschritt die Protuberanzen 11 erzeugt worden sind. Allerdings kann die sich in Breitenerstreckung des Zah- nes 6 gemessene Länge h der Protuberanz 11 von der ebenfalls in Breitenerstre- ckung des Zahnes 6 gemessenen Länge h der Hinterlegung 12 abweichen. Beim in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Länge h der Pro- tuberanz 11 etwas geringer als die Länge 12 der Hinterlegung. In einem nicht dargestellten Ausführungs beispiel können die Verhältnisse aber andersherum sein. Die beiden Längen h und h können aber auch gleich sein.
[0021] Es kann vorteilhaft sein, wenn der Abschnitt der Hinterlegung 12, der zwischen Zahnfuß 10 und Fußformkreis 9 liegt, vollständig im Bereich einer Protuberanz 11 liegt. Es kann somit insbesondere vorgesehen sein, dass die ge- samte Breitenerstreckung I2 der Hinterlegung 12 zwar größer ist, als die Breiten- erstreckung 11 der Protuberanz 11, die Breitenerstreckung 11 der jedoch größer oder zumindest gleich der Breitenerstreckung I2 der Hinterlegung 12 im Bereich zwischen Fußformkreis 9 und Zahnfuß 10 ist, wobei die Lage des Fußformkrei- ses 9 durch den radialen Abstand eines Randes der Protuberanz 11 vom Zahn- fuß 10 definiert sein kann.
[0022] Die Hinterlegungen 12 können sich über eine größere Höhenerstre- ckung, bezogen auf die Zahnhöhe hi, I12 erstrecken als die Protuberanzen 11. Beim Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Hinterlegungen 12 nicht bis in den Bereich des Zahnfußes 10. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass sich die Hinterlegungen 12 bis in den Bereich des Zahnfuß 10 oder über den Bereich des Zahnfußes 10 hinaus in den Kernbereich des Werkstücks 1 erstrecken.
[0023] Die Figur 10 zeigt beispielhaft in einer Übereinanderlage die Konturen der Schneidkanten 16 eines ersten Wälzschälwerkzeuges 3 und der Schneidkan- ten 19 eines zweiten Wälzschälwerkzeugs 3'. In dem Bereich 18, 21 der Schneid- kanten 16, 19, bei dem das erste Wälzschälwerkzeug 3 die dem Zahnkopf 7 be- nachbarte Zahnflanke 8 bearbeitet, unterscheidet sich die Kontur dahingehend, dass der Abschnitt 18 des ersten Wälzschälwerkzeuges 3, welcher die an den Zahnkopf 7 angrenzende Zahnflanke 8 bearbeitet, dicker ist, als der entspre- chende Abschnitt 21 des zweiten Wälzschälwerkzeuges 3'. Mit dem die Protu- beranzen 11 gefertigten Schneidzahn werden somit die Zahnflanken 8 nicht bearbeitet.
[0024] Die Bereiche 17, 20 der Schneidkanten 16, 19, die im Bereich des Zahn- fußes 10 in spanenden Eingriff am Werkstück 1 treten, unterscheiden sich da- hingehend, dass der Kopfabschnitt 20, der die Protuberanzen 11 fertigt, dicker ist, als der Kopfabschnitt 17, der den Flankenbereich der Zahnflanken 8 zwi- schen Fußformkreis 9 und Zahnfuß 10 im ersten Verfahrensschritt fertigt.
[0025] Die Zahnflanken 8 können sich entlang einer Evolventen erstrecken. Die Protuberanzen 11 können sich ebenfalls entlang einer Evolventen erstre- cken, die jedoch unter Ausbildung eines Knicks in den Bereich der Zahnflanke 8 zwischen Zahnkopf 7 und Fußformkreis 9 am Fußformkreis übergeht. Die Pro- tuberanzen 11 erstrecken sich aber nur im Wesentlichen über den Teilbereich der Zahnbreite, in den auch die Hinterlegungen 12 eingearbeitet werden.
[0026] Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zu- mindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenstän- dig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinatio- nen auch kombiniert sein können, nämlich:
[0027] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Protuberan- zen 11 sich nur über zweite Teilbereiche h der Breite B der Verzahnung 5 erstre- cken, die jeweils einen Überlappungsbereich mit dem ersten Teilbereich h auf- weisen.
[0028] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verzahnung durch ein wälzendes Verfahren, Wälzschälen, Wälzfräsen oder durch Stoßen oder Räumen erzeugt wird und/ oder dass die Protuberanzen 11 durch Wälz- schälen, Stoßen, Wälzfräsen oder mit einem Schaftfräser erzeugt werden.
[0029] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zahnflanken 8 mit einem ersten Werkzeug, insbesondere Wälzschälwerkzeug 3 erzeugt wer- den, dessen Schneidkanten 16 entlang einer ersten Kontur verlaufen und die Hinterlegungen mit einem zweiten Werkzeug, insbesondere einem Wälzschäl- werkzeug erzeugt werden, dessen Schneidkanten 19 entlang einer von der ers- ten Kontur verschiedenen zweiten Kontur verlaufen.
[0030] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der an den Zahn- kopf 7 angrenzende den Bereich der Zahnflanke 8 bearbeitende Abschnitt 18 der Schneidkanten 16 des ersten Werkzeuges 3 dicker ist, als der entsprechende Abschnitt 21 der Schneidkanten 19 des zweiten Werkzeuges 3' und dass der die Protuberanzen 11 bearbeitende Abschnitt 20 der Schneidkanten 19 des zweiten Werkzeuges 3' dicker ist, als der entsprechende Abschnitt 17 des ersten Werk- zeugs 3.
[0031] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Höhe hi der die Schneidkanten 16 des ersten Werkzeugs 3 bildenden Schneidzähne kleiner ist als die Höhe h? der die Schneidkanten 19 des zweiten Werkzeugs 3' bilden- den Schneidzähne. [0032] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Hinterlegun- gen 12 durch Verwenden eines Schneidkantenwerkzeugs mit einem spanabtra- genden Verfahren erzeugt werden.
[0033] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuerein- richtung 22 derart eingerichtet ist, dass beim Betrieb der Vorrichtung ein Zahn- rad 1 nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 gefertigt wird.
[0034] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Werkzeug 3' ein Wälzschälwerkzeug ist, wobei der an den Zahnkopf 7 angren- zende, den Bereich der Zahnflanke 8 bearbeitende Abschnitt 18 der Schneidkan- ten 16 des ersten Werkzeuges 3 dicker ist, als der entsprechende Abschnitt 21 der Schneidkanten 19 des zweiten Werkzeuges 3' und dass der die Protuberan- zen 11 bearbeitende Abschnitt 20 der Schneidkanten 19 des zweiten Werkzeu- ges 3' dicker ist, als der entsprechende Abschnitt 17 des ersten Werkzeugs 3.
[0035] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das dritte Werkzeug 13 ein um eine parallel zu einer Werkstückachse 2 drehantreibbares Schneidkantenwerkzeug ist.
[0036] Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/ beigefügten Prioritäts- unterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender An- meldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbe- sondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Er- findung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorste- henden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbeson- dere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden kön- nen.
Liste der Bezugszeichen
1 Zahnrad Z Achskreuzwinkel
2 W erkstückachse q Neigungswinkel
3 erstes Wälzschälwerkzeug
3' zweites Wälzschälwerkzeug
4 Werkzeugachse
5 Verzahnung B Breite
6 Zahn
7 Zahnkopf
8 Zahnflanke
9 Fußformkreis hi Höhe
10 Zahnfuß 112 Höhe
11 Protuberanz li Teilbereich Länge
12 Hinterlegung h Teilbereich Länge
13 Schneidkantenwerkzeug
14 Werkzeugachse
15 Schneide
16 Schneidkante des Verzahnungswerkzeugs
17 Schneidkantenabschnitt
18 Schneidkantenabschnitt
19 Schneidkante des Protuberanzen- W erkzeugs
20 Schneidkantenabschnitt
21 Schneidkantenabschnitt
22 Steuereinrichtung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades (1) mit einem ersten Schritt, bei dem eine Zähne (6) mit Zahnflanken (8) aufweisende Verzahnung (5) erzeugt wird, mit einem zweiten Schritt, bei dem im Bereich zwischen ei- nem Zahnfuß (10) der Zähne (6) und einem Fußformkreis (9) durch ein spanabtragendes Verfahren Protuberanzen (11) erzeugt werden und mit einem dritten Schritt, bei dem nur in ein oder mehreren ersten Teilberei- chen (h) der Breite (B) der Verzahnung (5) Hinterlegungen (12) in den Zahnflanken (8) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Pro- tuberanzen (11) sich nur über zweite Teilbereiche (h) der Breite (B) der Verzahnung (5) erstrecken, die jeweils einen Überlappungsbereich mit dem ersten Teilbereich (h) aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzah- nung durch ein wälzendes Verfahren, Wälzschälen, Wälzfräsen oder durch Stoßen oder Räumen erzeugt wird und/ oder dass die Protuberan- zen (11) durch Wälzschälen, Stoßen, Wälzfräsen oder mit einem Schaftfrä- ser erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflan- ken (8) mit einem ersten Werkzeug, insbesondere Wälzschälwerkzeug (3) erzeugt werden, dessen Schneidkanten (16) entlang einer ersten Kontur verlaufen und die Hinterlegungen mit einem zweiten Werkzeug, insbe- sondere einem Wälzschälwerkzeug erzeugt werden, dessen Schneidkan- ten (19) entlang einer von der ersten Kontur verschiedenen zweiten Kon- tur verlaufen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Zahnkopf (7) angrenzende den Bereich der Zahnflanke (8) bearbeitende Abschnitt (18) der Schneidkanten (16) des ersten Werkzeuges (3) dicker ist, als der entsprechende Abschnitt (21) der Schneidkanten (19) des zweiten Werkzeuges (3') und dass der die Protuberanzen (11) bearbeitende Ab- schnitt (20) der Schneidkanten (19) des zweiten Werkzeuges (3') dicker ist, als der entsprechende Abschnitt (17) des ersten Werkzeugs (3). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (hi) der die Schneidkanten (16) des ersten Werkzeugs (3) bildenden Schneid- zähne kleiner ist als die Höhe (I12) der die Schneidkanten (19) des zweiten Werkzeugs (3Z) bildenden Schneidzähne. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterlegungen (12) durch Verwenden eines Schneidkanten- werkzeugs mit einem spanabtragenden Verfahren erzeugt werden. Vorrichtung zur Fertigung von Zahnrädern (1) mit einem drehantreibba- ren ersten Werkzeug (3), welches ein das Werkstück wälzend bearbeiten- des Werkzeug, insbesondere Wälzschälwerkzeug ist, um eine Werkzeug- drehachse drehantreibbar ist und so ausgebildet ist, dass mit ihm eine Zähne (6) mit Zahnflanken (8) aufweisende Verzahnung (5) durch eine wälzende Bewegung, insbesondere Wälzschälen erzeugbar ist, mit einem zweiten Werkzeug (3'), welches derart ausgebildet ist, dass mit ihm im Be- reich zwischen einem Zahnfuß (10) der Zähne und einem Fußformkreis (9) durch Spanabtragen Protuberanzen (11) erzeugbar sind, mit einem dritten Werkzeug (13), welches derart ausgebildet ist, dass mit ihm Hinterlegun- gen (12) in den Zahnflanken (8) erzeugbar sind, und mit einer Steuerein- richtung zur Steuerung der Werkzeuge (3, 3', 13), dadurch gekennzeich- net, dass die Steuereinrichtung (22) derart eingerichtet ist, dass beim Be- trieb der Vorrichtung ein Zahnrad (1) nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 gefertigt wird. Vorrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeug (3') ein Wälzschälwerkzeug ist, wobei der an den Zahnkopf (7) angrenzende, den Bereich der Zahnflanke (8) bearbeitende Abschnitt (18) der Schneidkanten (16) des ersten Werkzeuges (3) dicker ist, als der ent- sprechende Abschnitt (21) der Schneidkanten (19) des zweiten Werkzeu- ges (3') und dass der die Protuberanzen (11) bearbeitende Abschnitt (20) der Schneidkanten (19) des zweiten Werkzeuges (3') dicker ist, als der ent- sprechende Abschnitt (17) des ersten Werkzeugs (3). Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Werkzeug (13) ein um eine parallel zu einer Werkstückachse (2) drehantreibbares Schneidkantenwerkzeug ist. Verfahren oder Vorrichtung, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.
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