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Title:
METHOD AND DEVICE FOR HARD-FINE MACHINING INTERNALLY TOOTHED GEARWHEELS BY MEANS OF A TOOTHED HONING MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/024356
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for machining an internally toothed workpiece, wherein the workpiece is clamped into a toothed honing machine, and wherein at least one tool that is at least partially made of a high-hardness cutting material, is guided along respective teeth of the internally toothed workpiece in order to carry out hard-fine machining of the teeth of the internally toothed workpiece.

Inventors:
HEILMANN, Markus (Professor-Angermair-Ring 36, Garching, 85748, DE)
SCHIMMER, Thomas (Lanzstrasse 15, Ingolstadt, 85051, DE)
BURATOWSKI, Philipp (Esterbergweg 11, Langenaltheim, 91799, DE)
Application Number:
EP2017/000811
Publication Date:
February 08, 2018
Filing Date:
July 10, 2017
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (Auto-Union-Strasse 1, Ingolstadt, 85045, DE)
International Classes:
B23F23/12; B23F19/05; B24B53/075
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Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zum Bearbeiten eines innenverzahnten Werkstücks, bei dem das Werkstück in eine Verzahnungshonmaschine eingespannt wird, und bei dem mindestens ein Werkzeug, das zumindest teilweise aus einem hochharten Schneidstoff besteht, an jeweiligen Zähnen des innenverzahnten Werkstücks entlang geführt wird, um eine Hartfeinbearbeitung der Zähne des innenverzahnten Werkstücks durchzuführen. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als Werkstück ein Zahnrad mit gehärteten Zahnflanken gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als hochharter

Schneidstoff polykristalliner Diamant, insbesondere ein keramisch

gebundener Diamant, gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als hochharter

Schneidstoff Bornitrid, insbesondere kubisches keramisch gebundenes Bornitrid gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem als das mindestens eine Werkzeug mindestens ein außenverzahntes

zahnradförmiges Werkzeug gewählt wird, wobei das mindestens eine Werkzeug um ein Vielfaches, insbesondere ein Zweifaches oder ein

Dreifaches breiter ist als das Werkstück.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein Achskreuzwinkel des mindestens einen Werkzeugs zu dem Werkstück verändert wird, so dass das Werkstück das mindestens eine Werkzeug an einem vorgegebenen Punkt kontaktiert.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Werkzeug axial entlang einer horizontal oder vertikal durch einen Mittelpunkt des Werkzeugs verlaufenden Achse verschoben wird, so dass das Werkstück das

mindestens eine Werkzeug an einem vorgegebenen Punkt kontaktiert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das mindestens eine Werkzeug entlang einer Längsachse des Werkzeugs verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften aufweist, und bei dem das mindestens eine Werkzeug in einer vorgegebenen

Bewegungsabfolge an dem Werkstück entlang bewegt wird, um das

Werkstück aufeinanderfolgend mit jeweiligen Bereichen des mindestens einen Werkzeugs, die unterschiedliche Oberflächeneigenschaften aufweisen, zu kontaktieren und entsprechend zu bearbeiten. 9. Werkzeug zum Bearbeiten eines innenverzahnten Werkstücks (1 ), wobei das Werkzeug (3) zumindest teilweise aus einem hochharten

Schneidstoff besteht.

10. Werkzeug nach Anspruch 9, wobei das Werkzeug (3) dazu konfiguriert ist, jeweils eine Zahnflanke (9) eines Zahns des innenverzahnten Werkstücks

( ) oder zwei Zahnflanken (9) und/oder einen Zahnfuß (1 1 ) jeweiliger an eine Ausnehmung des innenverzahnten Werkstücks (1 ) angrenzender Zähne gleichzeitig zu bearbeiten, während das Werkzeug (3) an dem

innenverzahnten Werkstück (1 ) entlang bewegt wird.

1 1 . Werkzeug nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Werkzeug (3) abrichtbar ausgestaltet ist.

12. Verzahnungshonmaschine mit einer Aufnahme für ein Werkstück (1 ) und einem Abrichtwerkzeug, das insbesondere schneckenförmig ist und in einem kontinuierlichem Verfahren arbeitet, wobei das Abrichtwerkzeug dazu konfiguriert ist, mindestens ein innen an einem in der Aufnahme

einzubringenden Werkstück (1 ) entlang zu bewegendes Werkzeug (3), das zumindest teilweise aus einem hochharten Schneidstoff besteht, zumindest bereichsweise abzurichten.

13. Verzahnungshonmaschine nach Anspruch 12, wobei die Aufnahme eine Aufnahme ist, in die zur Bearbeitung eines außenverzahnten

Werkstücks (1 ) in einem Honbetrieb der Verzahnungshonmaschine ein Honring einzusetzen ist.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zum Hartfeinbearbeiten innenverzahnter Zahnräder mittels einer Verzahnungshonmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines innenverzahnten Werkstücks sowie ein Werkzeug und eine

Verzahnungshonmaschine.

Insbesondere in Getrieben, wie bspw. Planetengetrieben, werden

innenverzahnte Hohlräder, d. h. Zahnräder mit einer Innenverzahnung, eingesetzt. Eine Innenverzahnung eines Zahnrads ist traditionell nur mit sehr großem Aufwand auf ein Qualitätsniveau, wie es für Zahnräder mit , Außenverzahnung typisch ist, zu heben/Stand der Technik ist, dass die Innenverzahnung eines jeweiligen Zahnrads weich bearbeitet und

anschließend gehärtet wird. Es erfolgt insbesondere bei einer

Großserienfertigung keine Hartfeinbearbeitung, da eine Hartfeinbearbeitung mit enorm hohen Kosten verbunden ist.

Eine fehlende Hartfeinbearbeitung führt zu einer im Vergleich zu

außenverzahnten Zahnrädern schlechteren Qualität, d. h. zu einem geringeren Verschleiß und einer ggf. erhöhten Geräuschemission beim

Betrieb in bspw. einem Getriebe. Gängige Verfahren zur Hartfeinbearbeitung von innenverzahnten Zahnrädern, bspw. durch Profilschleifen, sind mit enormen Kosten verbunden. In der deutschen Druckschrift DE 10 2012 108 717 A1 wird ein

Abrichtverfahren mit einer geometrisch bestimmten Schneide eines Honrings beschrieben. Die deutsche Druckschrift DE 196 25 285 A1 offenbart eine Bearbeitung eines Hohlrades mit einem umformenden, spanlosen Verfahren zur Glättung von Zahnflanken. Eine Maschinentechnik, durch die es möglich ist, mit Hilfe eines

Führungsgetriebes schon bei einer Arbeitsdrehzahl eine Bearbeitung eines Zahnrads zu beginnen und eine Einflankenbearbeitung des Zahnrades durchzuführen, ist in der deutschen Druckschrift DE 350 19 35 C1 offenbart. Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zum Bearbeiten eines

innenverzahnten Werkstücks vorgestellt, bei dem das Werkstück in eine Verzahnungshonmaschine eingespannt wird, und bei dem mindestens ein Werkzeug, das zumindest teilweise aus einem hochharten Schneidstoff besteht, an jeweiligen Zähnen des innenverzahnten Werkstücks entlang geführt wird, um eine Hartfeinbearbeitung der Zähne des innenverzahnten Werkstücks durchzuführen.

Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Hartfeinbearbeiten eines gehärteten innenverzahnten Zahnrads in einem schnell durchzuführenden Prozess, der auch für den Einsatz in der Großserienfertigung geeignet ist. Dazu ist vorgesehen, dass ein jeweiliges innenverzahntes Zahnrad bzw. Hohlrad in eine Verzahnungshonmaschine, insbesondere an die Stelle eines Honrings eingesetzt wird, und mindestens ein Werkzeug, das zumindest teilweise aus einem hochharten Schneidstoff besteht, an jeweiligen Zähnen des Zahnrads entlang geführt wird, so dass das mindestens eine Werkzeug beim Bewegen entlang der Zähne des Zahnrads in jeweilige Zwischenräume zwischen den Zähnen eindringt und dabei an den jeweiligen Flanken und/oder gegebenenfalls Zahnfüßen der Zähne ein Materialabtrag stattfindet. Es ist insbesondere vorgesehen, dass zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens eine Verzahnungshonmaschine verwendet wird, die das erfindungsgemäß vorgesehene mindestens eine Werkzeug mit einer Maschinenkinematik bewegt, die für ein Verfahren zum Leistungshonen vorgesehen ist, so dass an der Verzahnungshonmaschine für das

erfindungsgemäß vorgesehene Verfahren nach einem Vorgang zum

Leistungshonen kein neuer Bewegungsablauf eingestellt werden muss.

Gemäß dem vorgestellten Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass ein jeweiliges innenverzahntes Zahnrad in einem spanenden Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide bearbeitet wird.

In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist

vorgesehen, dass als hochharter Schneidstoff beispielsweise polykristalliner Diamant oder insbesondere kubisches Bornitrid (cBN) gewählt wird.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als das mindestens eine Werkzeug ein außenverzahntes zahnradförmiges Werkzeug gewählt wird, wobei das mindestens eine Werkzeug um ein Vielfaches, insbesondere ein Zweifaches oder ein

Dreifaches breiter ist als das Werkstück.

Mittels eines Werkzeugs, das in seinen Abmaßen, insbesondere in seiner Breite, die Abmaße eines jeweiligen Werkstücks übersteigt, ist es möglich, das Werkzeug an dem Werkstück so zu verschieben, dass das Werkzeug das Werkstück mit unterschiedlichen Bereichen kontaktiert und entsprechend bearbeitet. Dazu kann das Werkzeug breiter sein als das Werkstück und entsprechend gegenüber dem Werkstück in axialer Richtung, insbesondere entlang einer horizontal oder vertikal durch einen Mittelpunkt des Werkzeugs verlaufenden Achse, oder über eine Änderung eines jeweiligen Achskreuzwinkels relativ zu dem Werkstück, je nach gewünschtem

Prozessablauf, in Einzelachs- der Mehrachssynchronbewegung verschoben werden. In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist

vorgesehen, dass ein Achskreuzwinkel des mindestens einen Werkzeugs zu dem Werkstück verändert wird, so dass das Werkstück das mindestens eine Werkzeug an einem vorgegebenen Punkt kontaktiert. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das Werkzeug axial entlang einer horizontal oder vertikal durch einen Mittelpunkt des Werkzeugs verlaufenden Achse verschoben wird, so dass das Werkstück das mindestens eine Werkzeug an einem vorgegebenen Punkt kontaktiert.

Mittels einer axialen Verschiebung eines jeweiligen Werkzeugs, d. h. einer Verschiebung entlang bspw. einer vertikal oder horizontal durch einen Mittelpunkt des Werkzeugs verlaufenden Achse, kann eine Kontaktstelle des Werkzeugs mit dem Werkstück, je nach relativer Ausrichtung des Werkzeugs zu dem Werkstück, eingestellt werden. Dies bedeutet bspw., dass das

Werkzeug als Ganzes relativ zu dem Werkstück verschoben wird, um eine Kontaktstelle des Werkzeugs mit dem Werkstück einzustellen.

In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist

vorgesehen, dass das mindestens eine Werkzeug entlang einer Längsachse des mindestens einen Werkzeugs verschiedene Bereiche mit

unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften aufweist, und das mindestens eine Werkzeug in einer vorgegebenen Bewegungsabfolge an dem Werkstück entlang bewegt wird, um das Werkstück aufeinanderfolgend mit jeweiligen Bereichen des mindestens einen Werkzeugs, die unterschiedliche Oberflächeneigenschaften aufweisen, zu kontaktieren und entsprechend zu bearbeiten. Die Bearbeitung kann in einer kontinuierlichen Bewegung sowie in einem unterbrochenen Schnitt erfolgen. Dabei kann die Bearbeitung insbesondere zur Verbesserung von Oberflächeneigenschaften des

Werkstücks eingesetzt werden.

Um ein jeweiliges Werkstück in einem Arbeitsgang bzw. mit einer Maschine und einem jeweiligen Werkzeug so zu bearbeiten, dass das Werkstück nach dem Arbeitsgang einsatzbereit ist, kann das Werkzeug mehrere Bereiche mit bspw. unterschiedlicher Rauheit aufweisen, die aufeinanderfolgend oder abwechselnd mit dem Werkstück in Kontakt gebracht werden, indem das Werkzeug insbesondere axial, d. h. entlang bspw. einer vertikal oder horizontal durch einen Mittelpunkt des Werkzeugs verlaufenden Achse, gegenüber dem Werkstück verschoben oder ein Achskreuzwinkel des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück geändert wird. Dies bedeutet, dass mittels eines jeweiligen Werkzeugs bspw. zunächst ein Schruppprozess und anschließend ein Schlichtprozess durchgeführt werden kann.

Es ist ferner denkbar, dass das erfindungsgemäß vorgesehene mindestens eine Werkzeug mehrere Bereiche gleicher Rauheit aufweist und das mindestens eine Werkzeug derart bewegt wird, dass sich eine Kontaktstelle des mindestens einen Werkzeugs mit dem Werkstück ändert, so dass das mindestens eine Werkzeug über die Zeit hinweg an einer Vielzahl Stellen mit dem Werkstück in Kontakt tritt und einzelne Stellen bzw. Bereiche des mindestens einen Werkzeugs entlastet werden, wodurch sich eine Standzeit des mindestens einen Werkzeugs gegenüber einem Verfahren mit einer dauerhaften Kontaktierung an einer Stelle bzw. in einem Bereich erhöht.

Es ist ferner denkbar, dass in Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens mindestens ein abrichtbares Werkzeug verwendet wird, das mittels eines Abrichtwerkzeugs abzurichten, d. h. zu profilieren und/oder zu schärfen, ist. Dabei ist selbstverständlich denkbar, dass das mindestens eine Werkzeug bereichsweise abgerichtet wird, während das mindestens eine Werkzeug an einem jeweiligen Werkstück entlang verschoben wird, um eine jeweilige Kontaktstelle zwischen dem mindestens einen Werkzeug und dem

Werkstück einzustellen und ein paralleles, insbesondere ein

hauptzeitparalleles Abrichten zu ermöglichen.

Unter dem Begriff„abrichten" ist im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Vorgang zu verstehen, bei dem ein Werkzeug neu profiliert bzw. kalibriert wird.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Werkzeug zum Bearbeiten eines innenverzahnten Werkstücks, wobei das Werkzeug zumindest teilweise aus einem hochharten Schneidstoff besteht.

Das vorgestellte Werkzeug dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens. In einer möglichen. Ausgestaltung des vorgestellten Werkzeugs ist vorgesehen, dass das Werkzeug dazu konfiguriert ist, jeweils eine

Zahnflanke eines Zahns des innenverzahnten Werkstücks oder zwei Zahnflanken und/oder einen Zahnfuß jeweiliger an eine Ausnehmung des innenverzahnten Werkstücks angrenzender Zähne gleichzeitig zu bearbeiten während das Werkzeug an dem innenverzahnten Werkstück entlang bewegt wird.

Das vorgestellte Werkzeug hat insbesondere die Form eines

außenverzahnten Zahnrads. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verzahnungshonmaschine mit einer Aufnahme für ein Werkstück und einem Abrichtwerkzeug, wobei das Abrichtwerkzeug dazu konfiguriert ist, mindestens ein innen an einem in der Aufnahme einzubringenden Werkstück entlangzuführendes Werkzeug, das zumindest teilweise aus einem hochharten Schneidstoff besteht, zumindest bereichsweise abzurichten.

Die vorgestellte Verzahnungshonmaschine dient insbesondere zur

Durchführung des vorgestellten Verfahrens.

Mittels eines Abrichtungswerkzeugs, wie bspw. einer Abrichtrolle, die insbesondere beweglich an der erfindungsgemäßen

Verzahnungshonmaschine angeordnet ist, kann das erfindungsgemäß vorgesehene Werkzeug effizient und ohne Werkzeugwechsel abgerichtet werden. Das Abrichtwerkzeug kann insbesondere wie eine Schleifschnecke beim Wälzschleifen geformt sein, um ein schnelles Abrichten in einem kontinuierlichen Verfahren zu ermöglichen.

Es ist denkbar, dass das erfindungsgemäß vorgesehene Werkzeug im Betrieb, d. h. während einer Bewegung entlang eines jeweiligen Werkstücks, oder in einer Pause, d. h. in einer Betriebsphase, in der das Werkzeug in eine Abrichtstellung gefahren wird, abgerichtet wird.

In einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten

Verzahnungshonmaschine ist vorgesehen, dass die Aufnahme eine

Aufnahme ist, in die zur Bearbeitung eines außenverzahnten Werkstücks in einem Honbetrieb der Verzahnungshonmaschine ein Honring einzusetzen ist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Verzahnungshonmaschine, die zum Honen eines außenverzahnten Zahnrads konfiguriert ist, zu einer möglichen Ausgestaltung der vorgestellten Verzahnungshonmaschine umkonfiguriert wird, indem ein Honring der Verzahnungshonmaschine durch ein Werkstück ersetzt und eine mögliche Ausgestaltung des

erfindungsgemäßen Werkzeugs an dem Werkstück positioniert wird.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.

Figur 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines zur Durchführung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens konfigurierten erfindungsgemäßen Werkzeugs. In Figur 1 ist ein Werkstück 1 in Form eines innenverzahnten Zahnrads dargestellt. Das Werkstück 1 wurde in eine nicht dargestellte

Verzahnungshonmaschine an die Stelle eingespannt, an der

traditionellerweise ein Honring eingespannt ist, wenn die

Verzahnungshonmaschine zum Honen verwendet wird. Um jeweilige Zähne, d. h. insbesondere Zahnflanken und/oder Zahnfüße des Werkstücks 1 hartfein zu bearbeiten, ist vorgesehen, dass ein Werkzeug 3 an eine Stelle der Verzahnungshonmaschine eingebracht wird, an der traditionellerweise ein Werkstück eingespannt wird, wenn die

Verzahnungshonmaschine zum Honen verwendet wird. Dies bedeutet, dass das Werkzeug 3 und das Werkstück 1 so unter einem Achskreuzwinkel angeordnet und rotiert werden, dass ein Materialabtrag an jeweiligen Zähnen des Werkstücks 1 stattfindet. Dabei kann das Werkzeug 3 entlang einer Achse 15 des Werkzeugs 3 bewegt werden, wie durch Pfeil 13 angedeutet. Das Werkstück 1 kann auch selbst bewegt werden, wie durch Pfeil 7 angedeutet, um eine Abrollbewegung des Werkzeugs 3 an den Zähnen zu unterstützen.

Das Werkstück 1 umfasst an jeweiligen Zähnen Zahnflanken 9, die aus gehärtetem Material bestehen. Um die Zahnflanken 9 fein zu bearbeiten, umfasst das Werkzeug 3 eine Beschichtung aus einem hochharten bzw. hochfesten Schneidstoff, wie bspw. Diamant oder Bornitrid.

Vorliegend ist das Werkzeug 3 für einen Einflankenkontakt, d. h. eine

Bearbeitung lediglich einer Zahnflanke 9 pro Bewegung des Werkzeugs 3 konfiguriert. Selbstverständlich kann das Werkzeug 3 auch dazu konfiguriert sein, zwei Zahnflanken 9 und/oder einen Zahnfuß 1 1 des Werkstücks 1 pro Bewegung, d. h. bei einem Eintauchen in eine zwischen zwei Zähnen gebildete Ausnehmung, zu ermöglichen.