| Dokumentenidentifikation |
DE19900011B4 15.12.2005 |
| Titel |
Vorrichtung zur gleichzeitigen Verzahnungs- und Bohrungsfeinbearbeitung an Getriebestirnzahnrädern |
| Anmelder |
Reishauer AG, Wallisellen, CH |
| Erfinder |
Wirz, Walter, Pfäffikon, CH |
| Vertreter |
Buse, Mentzel, Ludewig, 42275 Wuppertal |
| DE-Anmeldedatum |
02.01.1999 |
| DE-Aktenzeichen |
19900011 |
| Offenlegungstag |
13.07.2000 |
| Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
15.12.2005 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
15.12.2005 |
| IPC-Hauptklasse |
B23F 19/00
|
| IPC-Nebenklasse |
B23P 23/00
B23B 23/04
|
| Beschreibung[de] |
|
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Feinbearbeiten
der Verzahnung und Bohrung von Getriebestirnzahnrädern mit Durchgangsbohrung in
ein und derselben Aufspannung.
Der Wunsch nach Gewichtseinsparung und Geräuschreduktion bei den PKWs
zwingt dazu, unter anderem auch die Getriebe immer sorgfältiger und genauer zu fertigen.
Das führt zur Notwendigkeit, die bisher häufig nur im weichen Zustand geschabten
und dann gehärteten Verzahnungen der Getrieberäder. einer Feinbearbeitung nach dem
Härten zu unterziehen.
Bei den üblichen Konstruktionen der heutigen Handschaltgetriebe sind
über 70% aller Zahnräder scheibenförmig, d. h. der Durchmesser ist grösser als die
Breite, und sie besitzen meist eine zylindrische Bohrung.
Eine gängige und weit verbreitete Technik für die Herstellung solcher
typischen PKW-Getrieberäder ist dabei folgender Prozessablauf:
- – Drehen des Rohlings, Bohrung mit Schleifaufmass,
- – Verzahnung im weichen Zustand vorfräsen, Aufspannung in der vorgearbeiteten
Bohrung,
- – Härten,
- – Zahnrad in der Verzahnung aufnehmen und Bohrung schleifen,
- – Zahnrad in der Bohrung aufnehmen und Verzahnung schleifen
Beide Schritte der Hartfeinbearbeitung sind relativ aufwendig und
deshalb teuer. Das ist auch ein Grund dafür, dass bis heute noch viele Verzahnungen
statt hartfeinbearbeitet im weichen Zustand auf das Fertigmass geschabt werden.
Die beim Härten entstehenden Verzüge nimmt man dabei in Kauf, man versucht sie aber
mit allen möglichen Massnahmen klein zu halten. Wie erwähnt, genügen aber bei vielen
modernen Getrieben solche nur geschabten Räder den Anforderungen nicht mehr.
Nicht ohne Hartfeinbearbeitung kann die Bohrung bleiben, denn meist
ist ein solches Zahnrad mit Nadellagern auf der Getriebewelle geführt, was eine
sehr genaue und feine Bohrungsoberfläche verlangt. Für die Bohrungsbearbeitung wird
das Werkstück normalerweise in der vorgearbeiteten Verzahnung gespannt, um einen
möglichst guten Rundlauf zur Bohrung zu gewährleisten. Gerade dieses Aufspannen
in der Verzahnung ist aber heikel und kostspielig. Nicht nur, dass die benötigten
Aufspannmittel für jede Verzahnung gesondert hergestellt werden müssen, sondern
auch wegen ihrer Kompliziertheit und der Anfälligkeit auf Verschmutzung und Verschleiss
sind sie in der Massenproduktion nicht gern gesehen.
Ein guter Rundlauf ist in jedem Falle erforderlich, egal ob die Verzahnung
hinterher hartfeinbearbeitet wird oder nicht. Ist aber eine Hartfeinbearbeitung
der Verzahnung vorgesehen, dann ist dafür wiederum ein teures Spannmittel für eine
hochgenaue Aufnahme in der Bohrung erforderlich. Solche Spannmittel sind meist als
hydraulisch expandierbare Dorne mit zylindrischer Spannzone ausgeführt.
Aus der US 4 724 599 ist es
bekannt, bei einem Zahnrad, das integral an einer Welle angeformt ist, gleichzeitig
mit der Verzahnung auch einen Aussendurchmesser der Welle zu bearbeiten. Dazu wird
die Welle mit einem Dorn in einer Sackbohrung der Welle gespannt und mit einer Spitze
auf der Gegenseite zentriert.
Das Bearbeitungswerkzeug für die Verzahnung ist ein Honrad. Dieses
Bearbeitungsverfahren setzt eine exakte Zentrierung der Sackbohrung, der Zentrierspitze
und der vorbearbeiteten Verzahnung voraus, also die oben erwähnten vier vorangehenden
Schritte. Falls der vierte Schritt weggelassen wird, ist ein grosses Schleifaufmass,
also eine lange Schleifdauer erforderlich.
Aus der DE 196 25 370 C1
ist eine Schleifmaschine zum Schleifen von Stirnzahnrädern bekannt. Die Verzahnung
kann nur präzis geschliffen werden, wenn vorgängig die Bohrung geschliffen wird,
also der obige vierte Verfahrensschritt vorgeschaltet wird.
In „Antriebstechnik" 36 (1979) Nr. 9 Seite 78-81 ist die Aufspannung
des Zahnrades in der Verzahnung zur Durchführung dieses vierten Verfahrensschrittes
ausführlich erläutert.
In „Fertigung" August 1989, Seite 94 ist eine Schleifmaschine
zum gleichzeitigen Schleifen von Aussen- und Innenkonturen von Rotationskörpern
beschrieben. Die Werkstücke werden einseitig in einem Spannfutter eingespannt, was
eine entsprechende Basisfläche erfordert. Mit der beschriebenen Maschine können
keine Verzahnungen geschliffen werden.
In „Werkstatt und Betrieb" 130 (1997) Seite 1123-1125 ist eine
Maschine beschrieben, mit welcher in der gleichen Aufspannung nacheinander ein Zahnrad
geschliffen und gehont werden kann. Auch diese Maschine setzt die vorgängige Feinbearbeitung
der Bohrung voraus.
In DE 1 821 102 U ist
eine Spannvorrichtung zum Einspannen zylindrischer Hohlkörper, zum Beispiel
von Rohren, beschrieben. Weil bei solchen rohrförmigen Körpern keine Körnerspitze
zum Zentrieren angebracht werden kann, und um zu vermeiden, dass man als Ersatz
dazu eine in die Rohröffnung eingesetzte Platte einsetzen muss, wird der Hohlkörper
an einer Fase mittels eines Druck-Drehlagers mit Durchgangsbohrung zentriert. Die
Vorrichtung ist gedacht für das Drehen der Aussenkontur auf einer Drehbank.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben,
mit welcher die Hartfeinbearbeitung von PKW-Getrieberädern rationalisiert und verbessert
werden kann und die mit weit einfacheren und kostengünstigeren Aufspannmitteln auskommt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst.
Erfindungsgemäss wird dabei die Bearbeitung der Verzahnung und der
Bohrung von Zahnrädern in der selben Aufspannung und gleichzeitig ausgeführt. Dabei
ist die Aufspannung der Werkstücke so gestaltet, dass die zu bearbeitenden Flächen
für das entsprechende Werkzeug frei zugänglich bleiben. Neben den zeitlichen Einsparungen
in der Fertigung wird damit automatisch ein einwandfreier Rundlauf von Bohrung zu
Verzahnung erreicht, und ausserdem werden die teuren Aufspannmittel für die Aufnahme
der Werkstücke in der Verzahnung wie auch hinterher in der Bohrung zum Verzahnungsschleifen
eliminiert.
Die Durchführbarkeit des Verfahrens wird ermöglicht dank einiger spezifischen
Merkmale an scheibenförmigen Getrieberädern, wie sie z. B. in PKW-Getrieben zu finden
sind, und der Verfügbarkeit des kontinuierlichen Wälzschleifverfahrens, das eine
rasche und kontinuierliche Drehung des Werkstückes für den Bearbeitungsprozess benötigt.
Diese Drehbewegung wird gleichzeitig während der Verzahnungsbearbeitung genutzt,
um die Bohrung in bekannter Art, z. B. durch Innenschleifen oder Honen, zu bearbeiten.
Wie oben erwähnt, werden die gehärteten Werkstücke nach heutiger Praxis
zum Bohrungsschleifen in den meisten Fällen in der Verzahnung gespannt. Dies hat
hauptsächlich fertigungstechnische Gründe. Einerseits lassen sich solche Werkstücke
für diese Bearbeitung häufig kaum anders spannen, andererseits ist die danach folgende
Verzahnungshartbearbeitung ein aufwendiger und teurer Prozess, und man versucht
deshalb, das Aufmass möglichst klein zu halten. Um hernach bei der Bearbeitung trotz
geringem Aufmass alle Zahnflanken sauber zu bekommen, ist es deshalb notwendig,
schon die Bohrung so genau wie möglich rundlaufend nach der vorgefertigten Verzahnung
zu bearbeiten. Dass die Genauigkeit eines solchen Spannens in der Verzahnung ihre
Grenzen hat, liegt auf der Hand, denn die Verzüge durch das Härten lassen sich nicht
ausschalten. Eindeutig funktionale Gründe hat dagegen das hochgenaue Spannen der
Werkstücke in der Bohrung zur Verzahnungsfeinbearbeitung: hier soll ja gerade die
Laufqualität des Zahnrades erzeugt werden.
Wird das Werkstück so gespannt, dass die Verzahnung und die Bohrung
gleichzeitig bearbeitbar sind, kann auf eine hochgenaue Aufspannung verzichtet werden,
weil ein perfekter Rundlauf zwischen den beiden Funktionspartien automatisch gegeben
ist.
Eine solche Aufspannung kann erreicht werden, wenn beide Fasen der
Bohrung oder eine Fase und eine Planfläche oder die Aussenfläche einer allfälligen
Nabe des Werkstückes zur Zentrierung mittels passender Zentrierstücke herangezogen
werden, wobei mindesten das Zentrierstück auf der Seite des Innenbearbeitungswerkzeuges
eine Durchgangsbohrung aufweisen muss.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen
erläutert. Darin zeigt:
1 eine mögliche Variante der Anordnung
der Maschinen-Komponenten für die Durchführung des Verfahrens,
2 einen vergrösserten Ausschnitt aus
der Darstellung nach 1,
3 eine Variante einer Werkstückaufspannung
mit planseitiger Abstützung und Zentrierung über eine Fase der Bohrung, und
4 eine Variante einer Werkstückaufspannung
ähnlich wie in 3, jedoch mit vertauschten Zentrierstücken.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der
Erfindung. Auf einer kontinuierlich arbeitenden Verzahnungsschleifmaschine mit Werkstückschlitten
1, Spindelstock 2 mit Werkstükspindel 3 und Reitstockschlitten
4 wird mittels einer schneckenförmig profilierten Schleifscheibe
5 das Werkstück 6 in seiner Verzahnung 7 und gleichzeitig
in seiner Bohrung 8 geschliffen. Das Werkstück 6 wird gespannt
zwischen der antreibenden, als Mitnehmer wirkenden Zentrierung 9, die in
der Werkstückspindel 3 eingespannt ist, und der mitlaufenden Reitstockzentrierung
10. Für die Bewegungen des Werkzeuges 11 bzw. der Innenschleifspindel
12 zum Schleifen der Bohrung 8 des Werkstückes 6 ist
auf dem Reitstockschlitten 4 ein Kreuzschlitten
13, bestehend aus dem Vorschubschlitten 14 und dem Zustellschlitten
15, angeordnet. Die Reitstockzentrierung 10 ist im Halter
16 gelagert, welcher seinerseits auf dem Reitstockschlitten 4
festgeschraubt ist.
2 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt.
Das Werkstück 6 wird mittels der Zentrierungen 9 und
10 in seiner Bearbeitungsposition über seine zwei Fasen 17 und
18 an den Bohrungsstirnseiten gespannt. Die Gegenfläche der Fase
17 am Mitnehmer 9 ist im Bereich ihrer Auflagezone 19
mit einem Belag aus feinem Diamant- oder einem anderen Hartstoffkorn belegt. Dadurch
wird das für die Bearbeitungskräfte, insbesondere für das Wälzschleifen der Verzahnung
7, aufzubringende Drehmoment auf das Werkstück rutschfrei übertragen. Die
axiale Anpresskraft für die Erreichung des notwendigen Drehmomentes wird über die
Zentrierung 10 via das Lager 23 vom Halter 16 aufgebracht.
Sowohl die Zentrierung 9 wie auch der Halter 16 sind so gestaltet,
dass sie ausserhalb der Kollisionskontur 20 der Schleifschnecke
5 liegen. Die Zentrierung 10 hat eine koaxiale Durchgangsbohrung
35 und die Zentrierung 9 eine koaxiale Sackbohrung 36.
Beide Bohrungen 35, 36 sind geringfügig grösser als das Fertigmass
der Bohrung 8 des Zahnrades 6. Dies erleichtert das Ein- und Ausfahren
des Werkzeuges 11.
In 3 wird das Werkstück mittels der Zentrierungen
10 und 30 in seiner Bearbeitungsposition gespannt. Im Unterschied
zu der Variante von 2 wird in diesem Fall das Werkstück
6 durch die mitnahmeseitige Zentrierung 30 nicht in der Fase der
Bohrung geführt, sondern an der gewöhnlich vorhandenen Kupplungsverzahnung
21 zentriert und planseitig über die ringförmige Stirnfläche
22, welche wiederum mit Hartstoffkörnren belegt ist, mitgenommen. Reitstockseitig
ist das Werkstück gleich wie in 1 und 2
gezeigt an seiner Fase 18 abgestützt. Über diese Fase 18 wird
wiederum die axiale Kraft, die notwendig ist, um die Mitnahme des Werkstückes über
die Stirnfläche 22 sicherzustellen, aufgebracht.
In 4 ist eine weitere Variante der Werkstückspannung
dargestellt, bei der das Werkstück 6 mitnahmeseitig in der Fase
17 der Bohrung 8 durch die hartstoffkornbelegte Mitnahmefläche
19 zentriert ist und reitstockseitig von der Gegenlagerung 24
über die Planfläche 25 und den Halter 16 abgestütz wird.
Die beschriebenen Arten der Aufspannung der Werkstücke nach
2 bis 4 erfordern
eine gewisse Minimalgrösse der entsprechenden Fasen am Werkstück, damit die Zentrierungen
sich noch richtig abstützen können. In der Regel ist eine geringe Vergrösserung
der Fasen gut machbar, weil sich im eingebauten Zustand des Zahnrades im Bereich
der Bohrungsenden die Käfige der Nadellager befinden und deshalb diese Zonen der
Bohrungswand nicht benötigt werden. Der Innendurchmesser der Zentrierungen
9 und 10 wird zweckmässigerweise geringfügig grösser ausgelegt
als der Fertigdurchmesser der Werkstückbohrung 8, damit das Innenbearbeitungswerkzeug
ungehindert einfahren kann.
Soll auch eine allenfalls vorhandene Planfläche 27 am Werkstück
6 (siehe 3 und 4)
in der gleichen Aufspannung bearbeitet werden, ist der äussere oder innere Durchmesser
26, 29 der Zentrierung 10, 24 so zu dimensionieren,
dass ein Planbearbeitungswerkzeug 28 ungehinderten Zugang zum Bearbeiten
der Fläche 27 hat. Bei der Variante nach 3
ist natürlich das Werkzeug 28 in Umfangsrichtung gegenüber der Schleifschnecke
5 versetzt, damit die Bearbeitung gleichzeitig erfolgen kann. Bei entsprechend
vorhandener Einrichtung, z.B. einer zusätzlichen Schleifspindel mit Planschleifscheibe,
ist auch diese Bearbeitungsoperation gleichzeitig mit den übrigen beiden ausführbar,
womit ein exakter Rund- und Planlauf aller wichtigen Funktionsflächen am Werkstück
gewährleistet ist.
|
| Anspruch[de] |
- Vorrichtung zum gleichzeitigen Hartfeinbearbeiten der Verzahnung und
Bohrung von vorgearbeiteten und gehärteten Getriebestirnzahnrädern (6)
mit zylindrischer Durchgangsbohrung (8) in ein und derselben Aufspannung
mittels einer auf einer Schleifspindel aufgespannten Schleifschnecke (5)
zum kontinuierlichen Wälzschleifen der Verzahnung, und eines Innenbearbeitungswerkzeuges
(11) zum Bearbeiten der zylindrischen Durchgangsbohrung (8), umfassend
– eine Werkstückspindel (3), in der ein eine erste Stirnfläche (22)
oder einen ersten Zentrieransatz (19) aufweisender Mitnehmer (9)
eingespannt ist,
– einen Reitstock (16), in dem ein eine zweite Stirnfläche (25)
oder einen zweiten Zentrieransatz (18) aufweisender Gegenhalter (10,
24) drehbar gelagert ist,
– wobei der Reitstock (16) gegenüber der Werkstückspindel (3)
bewegbar ist und das Zahnrad (6) zwischen dem über Reibschluss drehmomentübertragenden
Mitnehmer (9) und dem Gegenhalter (10, 24) jeweils über
die Stirnfläche (22, 25) oder den Zentrieransatz (18,
19) bei zumindest einseitiger Zentrierung über einen Zentrieransatz (18,
19) einspannbar ist,
– und wobei der Gegenhalter (10, 24) eine koaxial zu seiner
Drehachse verlaufende zweite Durchgangsbohrung (29, 35) aufweist,
durch welche das Innenbearbeitungswerkzeug (11) zum Bearbeiten der Durchgangsbohrung
(8) des Zahnrades (6) gleichzeitig während der Verzahnungsbearbeitung
hindurch geführt ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
einer der Zentrieransätze (18, 19) konisch ausgebildet
ist, zum Eingriff in eine Fase (17, 18) der Durchgangsbohrung
(8) des Zahnrades (6).
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
eine der Stirnflächen (22, 25) eine Planfläche ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Stirnfläche (19, 22) mit Hartstoffkörnern beschichtet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser der zweiten Durchgangsbohrung (29, 35) grösser
ist als der Durchmesser der Durchgangsbohrung (8) des Zahnrades (6).
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Mitnehmer (9) mit einer Planfläche als erster Stirnfläche (22)
eine koaxiale Sackbohrung (36) aufweist, deren Durchmesser grösser ist
als der Durchmesser der Durchgangsbohrung (8) des Zahnrades (6).
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen
|
|
|