Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Innen-Kreis-Keil- Profils in einer in einem Werkstück vorgefertigten Bohrung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Außen-Kreis-Keil-Profils am äußeren Umfang eines vorgefertig- ten Werkstückes.

Kreis-Keil-Profile werden beispielsweise in Welle-Nabe-Verbindungen eingesetzt, wie sie aus der DE 42 09 153 bekannt sind. Bei einer derartigen Weile-Nabe-Verbindung sind auf der Umfangsfläche der Welle eine oder mehrere keilförmige Erhebungen, deren Steigung im wesentlichen dem Verlauf einer logarithmischen Spirale folgt, angeordnet. Diese Anordnung von Keilflächen mit einer Steigung gemäß dem Verlauf einer logarithmischen Spirale wird als Kreis- Keil-Profil bezeichnet. Auf der Innenfläche der Nabe sind entsprechend der Anzahl der keilförmigen Erhebungen auf der Welle keilförmige Ausnehmungen angeordnet. Die Steigung dieser keilförmigen Ausnehmungen entspricht der Steigung der Erhebungen auf der Welle, so daß die keilförmigen Ausnehmungen in der Nabe mit den keilförmigen Erhebungen auf der Wette zusammenpassen.

Die Steigungen der Keilflächen bzw. keilförmigen Ausnehmungen sind so flach ausgebildet, daß zwischen den Keilflächen der Welle und den keilförmigen Ausnehmungen der Nabe sichere Selbsthemmung erreicht werden kann. Eine derart flache Steigung der Keilflächen bzw. der keilförmigen Ausnehmungen und deren logarithmischer Verlauf erfordern eine äußerst präzise Fertigung.

Bislang wurden derartige Kreis-Keil-Profile ausschließlich durch Druckgie- ßen, Drücken, Fließpressen, Kunststoffspritzen, Stanzen, Ziehen, Räumen oder durch Fräsen auf NC Maschinen hergestellt. Insbesondere Klein-und Großserien wurden bislang durch spanende Bearbeitung, insbesondere durch Fräsen, auf NC

Maschinen hergestellt. Doch gerade die Fertigung auf NC Maschinen bringt hohe Werkzeug-und Maschinenkosten mit sich. Weiterhin haben diese Hersteilungs- verfahren den Nachteil, daß in der Regel eine Vorbearbeitung der Teile auf anderen Maschinen erforderlich ist, wodurch die Fertigungszeit und die Ferti- gungskosten weiter erhöht werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung eines Kreis-Keil- Profils zu schaffen, welches eine präzise Fertigung bei reduzierten Herstellungs- kosten ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Innen-Kreis- Keil-Profils mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Verfahren zur Erzeugung eines Außen-Kreis-Keil-Profils mit den im Anspruch 2 angegebenen Merkmalen gelost. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäRe Verfahren ermöglicht, Außen-und Innen-Kreis-Keil- Profile mit großer Genauigkeit herzustellen. Dabei können sowohl Klein-als auch Großserien kostengünstig gefertigt werden. Die erfindungsgemäße Fertigung von Kreis-Keil-Profilen kann auf herkömmlichen Dreh-oder Fräsautomaten ausgeführt werden, so daß die Anschaffung teurer Bearbeitungszentren oder Spezialmaschi- nen überflüssig wird.

Sowohl bei der Fertigung eines Innen-Kreis-Keil-Profils als auch bei der Fertigung eines Außen-Kreis-Keil-Profils ist die Mittelachse des Stoßwerkzeuges gegenüber der Vorschubrichtung bzw. der Vorschubachse derart geneigt, daß beide Achsen sich in einem Punkt der von der Schneide des Stoßwerkzeuges aufgespannten Ebene schneiden. Dabei bildet die Mittelachse des Stoßwerkzeu- ges mit dieser von der Schneide des Stoßwerkzeuges aufgespannten Ebene einen rechten Winkel.

Der Neigungswinkel des Stoßwerkzeuges gegenüber der Vorschubrichtung beträgt vorzugsweise 1°. Bei dieser Winkeleinstellung ergeben sich besonders

günstige Schnittbedingungen, die zu einer großen Genauigkeit des Kreis-Keil- Profils führen und gleichzeitig lange Werkzeugstandzeiten ermöglichen, so daß eine besonders wirtschaftliche Fertigung des Kreis-Keil-Profils ermöglicht wird.

Vorzugsweise ist der maximale Radius der Bohrung für ein lnnen-Kreis- Keil-Profil 0,01 bis 0,1 mm kleiner als der minimale Abstand des zu fertigenden Innen-Kreis-Keil-Profils von der Mittelachse der Bohrung und der maximale Radius des äußeren Umfangs des Werkstücks für ein Außen-Kreis-Keil-Profil 0,01 bis 0,1 mm größer a ! s der maximale Abstand des zu fertigenden Außen-Kreis- Keil-Profils von der Mittelachse des Werkstückes. Derart vorgefertigte Werk- stücke verringern das beim Stoßen zu zerspanende Materialvolumen, wodurch kürzere Fertigungszeiten ermöglicht werden und gleichzeitig der Verschleiß des Stoßwerkzeuges minimiert wird. Gleichzeitig ist jedoch sichergestellt, daß das vorgefertigte Werkstück an jeder Stelle gegenüber dem fertigen Kreis-Keil-Profil ein Aufmaß aufweist, so daß an jeder Stelle von dem Stoßwerkzeug Material abgetragen werden muß. Dadurch ist sichergestellt, daß durch das Stoßverfah- ren die gewünschte Genauigkeit des Kreis-Keil-Profils erreicht wird.

Die Drehzahl der relativen Drehung zwischen dem Werkzeughalter und dem Werkstück beträgt bevorzugt 200 bis 2000 U/min. In diesem Drehzahl- bereich können besonders günstige Schittbedingungen erzielt werden, so daß eine große Genauigkeit und gute Oberflächenqualität des Kreis-Keil-Profils erreicht werden kann. Weiterhin wird der Verschleiß des Stoßwerkzeuges minimiert und eine günstige Spanbildung eingestellt.

Bevorzugt beträgt der Vorschub mit dem das Werkstück und der Werk- zeugträger mit dem Stoßwerkzeug aufeinander zubewegt werden 0,01 bis 0,1 mm pro Umdrehung. Bei diesem Vorschub erhält man optimierte Schnittbedin- gungen, die einerseits ein möglichst hohes Zeitspanvolumen und andererseits eine große Genauigkeit des Kreis-Keil-Profils bei geringem Werkzeugverschleiß ermöglichen.

Das Werkstück und der Werkzeughalter führen vorteilhafterweise bereits

beim Andrücken des Stoßwerkzeuges eine Drehbewegung relativ zueinander aus. Hierdurch wird die Belastung der Schneide zu Beginn des Schnittvorgangs minimiert und deren Beschädigung vermieden. Weiterhin wird ein Verklemmen des Werkstücks mit dem Stoßwerkzeug unterbunden, wodurch nicht nur eine Beschädigung des Werkzeugs, sondern auch des Werkzeughalters vermieden wird.

Vorteilhafterweise erfolgt die Drehung des Werkstückes gegenüber dem Werkzeughalter in Richtung zur Übergangskante r zu r gegen die Schulter des Kreis-Keil-Profils. Durch diese Drehrichtung wird ein Drall des Kreis-Keil- Profils in Richtung der Längsachse vermieden.

Bevorzugt führt das Werkstück oder der Werkzeughalter eine Drehbewe- gung aus. Es ist somit möglich, je nach der Art der vorhandenen Maschine, entweder das Stoßwerkzeug oder den Werkzeughalter anzutreiben. Auf diese Weise kann das Verfahren auf herkömmlichen, vorhandenen Maschinen ausge- führt werden.

Es ist beispielsweise möglich, in einer vorhandenen Drehmaschine das Werkstück auf der Spindel einzuspannen und zu drehen, während der Werk- zeughalter mit dem Stoßwerkzeug fest auf dem Werkzeugschlitten der Maschine befestigt wird. Während das Werkstück die erforderliche Drehbewegung aus- führt, wird der feststehende Werkzeughalter in Richtung des sich drehenden Werkstückes vorgeschoben, wobei sich das Stoßwerkzeug in dem Werkzeughal- ter frei um seine Achse drehen kann. Somit dreht sich das Stoßwerkzeug mit derselben Drehzahl wie das angetriebene Werkstück.

Bei Verwendung einer herkömmlichen Fräsmaschine wird das Werkstück fest auf den Tisch der Fräsmaschine aufgespannt und der Werkzeughalter mit dem Stoßwerkzeug wird mittels geeigneter Befestigungsmittel, wie beispiels- weise einem herkömmlichen Spannfutter, an der Frässpindel befestigt. Der Werkzeughalter führt nun die erforderliche Drehbewegung aus, wobei sich das Stoßwerkzeug in dem Werkzeughalter frei drehen kann. Die lineare Vorschubbe-

wegung zwischen Werkzeug und Werkstück kann auf einer Fräsmaschine, je nach Bauart, entweder durch Vorschub des Tisches oder durch Vorschub der Frässpindel erreicht werden.

Weiter bevorzugt führt der Werkzeughalter mit dem Stoßwerkzeug oder das Werkstück eine Vorschubbewegung aus. Dies ermöglicht wiederum eine Anpassung des Verfahrens an vorhandene Maschinen. Bei Verwendung einer Drehmaschine führt günstigerweise das auf dem Werkzeugschlitten befestigte Stoßwerkzeug die Vorschubbewegung aus. Wird eine Fräsmaschine verwendet, ist es von der Art der Maschine abhängig, ob die Vorschubbewegung vom Werkzeughalter oder vom Werkstück ausgeführt wird. So kann der Vorschub in Spindelrichtung einerseits durch Verfahren des Tisches mit dem aufgespannten Werkstück oder andererseits durch Bewegung der Frässpindel mit dem einge- spannten Werkzeughalter erfolgen.

Der dem Werkstück zugewandte Randbereich entlang der Schneide des Stoßwerkzeuges ist bevorzugt in einem Spanwinkel geneigt, wobei der Spanwin- kel vorzugsweise positiv ist und bevorzugt zwischen 6° und 8° liegt. Ein solcher Spanwinkel erzeugt bessere Schnittbedingungen an der Schneide, wodurch bessere Oberflächenqualitäten und höhere Zeitspanvolumina erreicht werden können. Ein positiver Spanwinkel ermöglicht geringere Schnittkräfte, was zu einer geringeren Belastung des Stoßwerkzeuges und damit auch zu einem geringerem Verschleiß des Stoßwerkzeuges führt. Weiterhin verringern sich mit geringeren Schnittkräften auch die auf die Einspannung des Werkstückes und des Werkzeughalters bzw. auf die Maschine wirkenden Kräfte, wodurch geringe- re Verformung auftreten. Somit können höhere Fertigungsgenauigkeiten erzielt werden. Besonders günstig ist ein Spanwinkel in einem Bereich zwischen 6° und 8°. In diesem Bereich können nicht nur besonders geringe Schnittkräfte erzielt werden, auch tritt eine günstige Spanbildung auf, was insbesondere bei der Fertigung von Innen-Kreis-Keil-Profilen von Bedeutung ist. Auch kann in diesem Bereich des Spanwinkels eine gute Schneiden-Stabilität erzielt werden, woraus lange Werkzeugstandzeiten resultieren.

Nachfolgend wird das Verfahren unter Bezugnahme zu beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 ein Stoßwerkzeug zur Herstellung eines Innen-Kreis-Keil-Profils ; Fig. 2 ein Stoßwerkzeug zur Herstellung eines Außen-Kreis-Keil-Profils ; Fig. 3 einen Werkzeughalter mit eingespannten StoRwerkzeug zur Erzeu- gung eines Innen-Kreis-Keil-Profils und Fig. 4 die Arbeitsweise eines Stoßwerkzeuges zur Herstellung eines Innen-Kreis-Keil-Profils.

Fig. 1 zeigt ein Stoßwerkzeug 1 zur Fertigung eines Innen-Kreis-Keil- Profils. Das Stoßwerkzeug 1 hat eine runde Grundform und weist entlang des Umfanges seines dem Werkstück zugewandten Randbereiches bzw. seiner Stirnseite 2 eine als Schneide 4 ausgebildete Kante auf. Entlang der Schneide 4 entspricht das Stoßwerkzeug 1 in seiner Umfangskontur der Kontur des fertigen- den Kreis-Keil-Profils. In diesem Fall ist das Stoßwerkzeug vorgesehen zur Fertigung eines 2K-Profils, d. h. das Profil weist zwei Kreiskeile 6 auf. Diese Kreiskeile 6 weisen eine Steigung auf, die dem Verlauf einer logarithmischen Spirale entspricht. Der Bereich des Kreiskeilprofils mit dem größten Abstand rmax vom Mittelachse des Stoßwerkzeuges 1 wird als Schulter bezeichnet. An die Schulter des ersten Kreiskeils schließt sich der zweite Kreiskeil an, der an dieser Stelle seinen minimalen Abstand rm, n von der Mittelachse des Stoßwerkzeuges 1 hat. Das der Stirnfläche 2 mit der Schneide 4 gegenüberliegende Ende des Stoßwerkzeuges 1 ist ais Schaft 8 ausgebildet. Mit diesem Schaft 8 wird das Stoßwerkzeug 1 in einen Werkzeughalter eingespannt. Die an die Schneide 4 angrenzenden Freiflachen 10, die sich in Längsrichtung des Stoßwerkzeuges 1 erstrecken, sind in einem Freiwinkel a gegenüber der Längsachse des Stoßwerk- zeuges 1 geneigt. Die Stirnfläche 2 des Stoßwerkzeuges 1 ist als Spanfläche 12 ausgebildet. In diesem Fall ist die Spanfläche 12 ausgehend von der Schneide 4 zur Mitte der Stirnfläche 2 hin in einem positiven Spanwinkel y geneigt. Diese Neigung in einem positiven Spanwinkel bewirkt, daß die Spanfläche 12, die die Oberseite der Schneide 4 bildet, zu der zu zerspanenden Werstückoberfläche in einem Winkel größer 90° steht. Aufgrund dieses Spanwinkels y und des Feiwin- kels a weist die Schneide somit einen spitzen Keilwinkel ? auf. Der Spanwinkel

y kann auch negativ gewählt werden, dann bildet die Spanfläche mit der zu zerspanenden Werkstückoberfläche einen Winkel kleiner 90°, was zu einem schnelleren Brechen der Späne führt, jedoch größere Schnittkräfte bedingt. Weiterhin können auf der Spanfläche auch Spanleitstufen ausgebildet sein, um die Spanbildung zu optimieren.

Fig. 2 zeigt nun ein entsprechendes Stoßwerkzeug 101 zur Fertigung eines Außen-Kreis-Keil-Profils. Das Stoßwerkzeug 101 ist ringförmig ausgebildet, d. h. es weist in seinem Inneren parallel zu seiner Längs-bzw. Mittelachse eine Durchgangsbohrung 114 auf. Diese Durchgangsbohrung 114 bildet mit einer Stirnfläche 102 des Stoßwerkzeuges 101 eine Kante, die als Schneide 104 ausgebildet ist. Die Umfangskontur der Durchgangsbohrung 114 und insbeson- dere der Schneide 104 entspricht der Außenkontur des zu fertigenden Außen- Kreis-Keil-Profils. In diesem Fall handelt es sich ebenfalls um ein 2K-Profil, d. h. das Kreis-Keil-Profil und damit auch das Stoßwerkzeug 101 zur Fertigung des Kreis-Keil-Profils weisen zwei Kreis-Keile 106 auf. Das der Stirnfläche 102 gegenüberliegende Ende des Stoßwerkzeuges 101 ist als Flansch 116 ausge- bildet, mit dem das Stoßwerkzeug 101 an einem Werkzeughalter befestigt werden kann. Die Umfangsflächen der Durchgangsbohrung 114 sind im Bezug auf die Schneide 104 als Freiflächen 1 10 ausgebildet und in einem Freiwinkel a derart geneigt, daß sich die Durchgangsbohrung 114 ausgehend von der Stirn- fläche 102 zum Flansch 1 16 hin aufweitet. Die an die Schneide 104 angrenzen- den Bereiche der Stirnfläche 102 sind als Spanflächen ausgebildet. Diese Span- flächen sind ausgehend von der Schneide 104 in einem positivem Spanwinkel y geneigt, d. h. ihr äußerer Umfang ist gegenüber der ebenen Stirnfläche 102 zurückversetzt.

Fig. 3 zeigt ein Stoßwerkzeug 1 zur Herstellung eines Innen-Kreis-Keil- Profils, welches in einen Werkzeughalter 17 eingesetzt ist. Das Stoßwerkzeug 1 ist mit seinem Schaft 8 in den Werkzeughalter 17 eingesetzt, während sich an seinem freien Ende die Schneide 4 befindet. Die Mittelachse des Schaftes 8 und damit die Mittelachse 18 des gesamten Stoßwerkzeuges 1 ist gegenüber der Mittelachse 19 des Werkzeughalters 17 um 1 ° geneigt. Weiterhin ist das Stoß-

werkzeug 1 in dem Werkzeughalter 17 um die Mittelachse 18 des Stoßwerkzeu- ges 1 drehbar gelagert. Der Werkzeughalter 17 weist an seinem dem Stoßwerk- zeug 1 entgegengesetzten Ende einen Schaft 20 auf, mit dem der Werkzeughal- ter 17 beispielsweise an der Spindel einer Fräsmaschine eingespannt werden kann. Wenn der Werkzeughalter 17 an einer Frässpindel eingespannt ist, dreht er sich um seine Mittelachse 19, während das Stoßwerkzeug 1 um seine Mittel- achse 18 im Werkzeughalter 17 frei drehbar gelagert ist.

Ein Werkzeughalter zur Aufnahme des in Fig. 2 gezeigten Stoßwerkzeuges 101 zur Fertigung eines Außen-Kreis-Keil-Profils entspricht prinzipiell ebenfalls dem in Fig. 3 gezeigten Werkzeughalter 17. Ein solcher Werkzeughalter weist nur eine größere Aufnahme zur Aufnahme des Flansches 116 des Stoßwerkzeu- ges zur Fertigung eines Außen-Kreis-Keil-Profiles auf. Weiterhin ist ein solcher Werkzeughalter derartig beschaffen, daß das Werkstück in das Innere des Stoßwerkzeuges und somit auch des Werkzeugshalters eindringen kann.

Anhand von Fig. 4 ist nun die kinematische Bewegung eines Stoßwerk- zeuges 1 beim Fertigen eines Innen-Kreis-Keil-Profils gemäß dem erfindungs- gemäßen Verfahren gezeigt. In dem Werkstück 22 befindet sich bereits eine vorgebohrte Bohrung 24. In diese Bohrung 24 wird das Stoßwerkzeug 1 hinein- bewegt. Die Mittelachse 19 des Werkzeughalters fluchtet mit der Mittelachse der Bohrung 24. Die Mittelachse 18 des Stoßwerkzeuges 1 ist gegenüber der Mittel- achse 19 des Werkzeughaiters derart geneigt, daß die beiden Achsen 18, 19 sich in einem Punkt der von der Schneide 4 des Stoßwerkzeuges 1 aufgespann- ten Ebene schneiden. Wird der Werkzeughalter um seine Mittelachse 19 relativ zu dem Werkstück 22 gedreht und in einer Bewegung relativ zu dem Werkstück 22 auf dieses zubewegt, kommt das Stoßwerkzeug 1 mit seiner Schneide 4 mit dem Werkstück 22 in Eingriff. Dadurch, daß das Stoßwerkzeug 1 in dem Werk- zeughalter frei drehbar gelagert ist, dreht sich das Stoßwerkzeug 1, wenn es sich mit dem Werkstück 22 im Eingriff befindet, nicht mit dem Werkzeughalter um dessen Mittelachse 19 mit, sondern führt lediglich eine Taumelbewegung aus. Dies bedeutet, daß mit der Drehbewegung des Werkzeughalters um seine Mittelachse 19 umlaufend immer nur ein kleiner Teil der Schneide 4 am Umfang

der Stirnfläche 2 des Stoßwerkzeuges 1 mit dem Werkstück 22 in Eingriff tritt, wobei jeder einzelne Punkt der Schneide 4 immer wieder an derselben Stelle des Querschnitts des Kreis-Keil-Profils mit dem Werkstück in Eingriff tritt. Aufgrund der gleichzeitigen Vorschubbewegung des Werkzeughalters mit dem Stoßwerk- zeug 1 in Richtung des Werkstückes 22 führt der Teil der Schneide 4, der gerade mit dem Werkstück 22 in Eingriff ist, jeweils eine Schnittbewegung in Vor- schubrichtung aus, wobei Material an der Innenseite der Bohrung 24 spanend abgetragen wird. Aufgrund der Taumelbewegung des Stoßwerkzeuges 1 ist es erforderlich, daß dessen Umfangsflächen geneigt sind, d. h. in Bezug auf die Schneide 4 einen Freiwinkel a bilden. Diese Ausgestaltung führt dazu, daß das Stoßwerkzeug 1 konisch ausgebildet ist, wobei sich die Schneide 4 am größeren Radius des Stoßwerkzeuges 1 befindet. Der Freiwinkel a muß zumindest dem Neigungswinkel der Mittelachse 18 des Stoßwerkzeuges 1 gegenüber der Mittelachse 19 des Werkzeughalters entsprechen, da ansonsten das Stoßwerk- zeug 1 mit seinen Seiten bzw. Umfangsflächen, Freiflachen 10 in Fig. 1 und 2, an das schon geschnittene Kreis-KeilProfil im Werkstück 22 anstoßen und dieses wieder zerstören würde. Soll ein Innen-Kreis-Keil-Profil, wie in Fig. 4 gezeigt, in ein Sackloch eingebracht werden, so ist es erforderlich, daß die vorgebohrte Bohrung 24 tiefer ist als das einzubringende Kreis-Keil-Profil, damit ausreichend Raum vorhanden ist, um die anfallenden Späne aufzunehmen.

Die Herstellung eines Außen-Kreis-Keil-Profils erfolgt im wesentlichen ebenfalls wie die zuvor beschriebene Herstellung eines Innen-Kreis-Keil-Profils.

Bei der Erzeugung eines Außen-Kreis-Keil-Profils weist das Werkstück eine vorbearbeitete Außenfläche auf. Der Querschnitt des Werkstückes ist im wesent- lichen kreisförmig und hat einen Radius, der mindestens dem maximale Abstand des zu fertigenden Kreis-Keil-Profils von der Mittelachse des Werkstücks ent- spricht. Das vorgefertigte Werkstück kann beispielsweise ein Stangenmaterial mit entsprechenden kreisförmigen Querschnitt sein und/oder durch Drehen vorbearbeitet sein. Das Außen-Kreis-Keil-Profil wird nun dadurch erzeugt, daß ein Stoßwerkzeug 101, wie in Fig. 2 gezeigt, entlang der Außenkontur des Werk- stückes in Richtung der Mittelachse des Werkstückes vorgeschoben wird. Hierbei ist es wichtig, daß, wie anhand von Fig. 2 beschrieben, das Stoßwerk-

zeug 101 an seiner Innenseite in einem Freiwinkel geneigte Freiflachen 110 aufweist, damit nicht aufgrund der Schragstellung des Stoßwerkzeuges 101 gegenüber der Vorschubachse hinter der Schneide 104 liegende Umfangsflächen der Innenkontur des Stoßwerkzeuges 101 in das schon gefertigte Kreis-Keil-Profil eindringen oder an dieses anstoßen, was zu einer Zerstörung des schon ge- fertigten Profils führen würde.