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Steueranordnung zur adaptiven Steuerung der Geschwindigkeit der Wälzbewegung einer Zahnflankenschleifmaschine - Dokument DE3044075C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3044075C2 12.11.1987
Titel Steueranordnung zur adaptiven Steuerung der Geschwindigkeit der Wälzbewegung einer Zahnflankenschleifmaschine
Anmelder VEB Werkzeugmaschinenkombinat "7. Oktober" Berlin, DDR 1120 Berlin, DD
Erfinder Drews, Dieter, Dipl.-Ing., DDR 1120 Berlin, DD;
Lenz, Sieghart, Dipl.-Ing., DDR 1156 Berlin, DD;
Thyssen, Wolfgang, Dr.-Ing., DDR 3014 Magdeburg, DD
DE-Anmeldedatum 24.11.1980
DE-Aktenzeichen 3044075
Offenlegungstag 04.06.1981
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.11.1987
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.11.1987
IPC-Hauptklasse B23F 5/10

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung zur adaptiven Steuerung der Geschwindigkeit der Wälzbewegung an einer nach dem Teilwälzverfahren arbeitenden Zahnflankenschleifmaschine, bei der ein doppelkegelförmiger Schleifkörper periodisch hin- und hergehende Hubbewegungen längs der nacheinander zu bearbeitenden Zahnflanken ausführt, das Schleifen beginnend am Zahnfluß zum Zahnkopf erfolgt, und bei der das Werkstück eine sich aus einem rotatorischen und einem translatorischen Anteil zusammensetzenden Wälzbewegung ausführt.

Bekannterweise wird bei solchen Teilwälzschleifmaschinen, deren doppelkegelförmiger Schleifkörper dem Zahn einer mit dem zu schleifenden Zahnrad im Eingriff befindlichen Zahnstange entspricht, die evolventenförmige Zahnflanke durch eine sich aus einem rotatorischen und einem translatorischen Anteil zusammensetzende Wälzbewegung des Zahnrades und eine annähernd in Richtung der Erzeugenden verlaufende Bewegung des Schleifkörpers erzeugt. Diese Bewegung des Schleifkörpers erfolgt als periodische Hubbwegung mit im allgemeinen über die Hublänge veränderlicher Geschwindigkeit. Damit entsteht die Evolvente am Zahnrad näherungsweise durch eine Folge von Hüllschnitten als Hüllschnittpolygon.

Wird die Anzahl der Hübe des Schleifkörpers je Zeiteinheit und der Zustellbetrag für einen Schleifumlauf konstant gehalten, so ist für gegebene Verzahnungsparameter die mittlere Größe der Hüllschnitte nur noch von der Geschwindigkeit der Wälzbewegung abhängig. Auf Grund der geometrischen Verhältnisse nimmt bei der Wälzbewegung vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin die Größe der Hüllschnitte zu.

Die Schnittkraft und die ihr proportionale, senkrecht zur Zahnflanke wirkende Reaktionskraft entstehen primär über jedem Hub des Schleifkörpers und erreichen von Null beginnend zum Hubende hin Maximalwerte, um mit dem beginnenden Ausschneiden des Schleifkörpers schnell wieder auf Null abzusinken. Die jeweiligen Maximalwerte pro Hub nehmen beim Schleifen vom Zahnfuß zum Zahnkopf hinunter der Voraussetzung konstanter Geschwindigkeit der Wälzbewegung entsprechend der Zunahme der Hüllschnittgröße zu und erreichen wiederum Maximalwerte, bevor der Schleifkörper am Kopfkreis des Zahnrades auszuschneiden beginnt.

Weiterhin ist bekannt, daß sich sowohl die thermische Überbeanspruchung des Zahnradwerkstoffes in Form von Schleifbrand und/oder Schleifrissen als auch die auffederungsbedingte Profil-Formabweichung und der Schleifkörpersverschleiß auf die Schnittkraft bzw. deren Reaktionskraft zurückführen lassen und damit dem Hüllschnittverlauf über der Evolvente prinzipiell entsprechen. Dabei entsteht der Nachteil, daß die zulässige Größe der üblicherweise während eines Schleifumlaufes konstanten Geschwindigkeit der Wälzbewegung durch die infolge des genannten doppelten Ausschneidens des Schleifkörpers in Hub- und Evolventenrichtung nur in einem eng begrenzten Bereich der Zahnflanke wirkenden Maximalwerte der Schnittkraft, die zur Vermeidung thermischer Überbeanspruchungen des Zahnradwerkstoffes gerade noch zulässig sind, bestimmt wird. Dadurch wird wegen des unmittelbaren Einflusses der Geschwindigkeit der Wälzbewegung auf die Schleifzeit die Leistung der Teilwälzschleifmaschine begrenzt.

Weiterhin besteht ein Nachteil darin, daß durch den beschriebenen Verlauf der der Schnittkraft proportionalen Reaktionskraft über der Evolvente beim Schleifen vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin eine entsprechende auffederungsbedingte Profil-Formabweichung entsteht und gleichzeitig ein ungleichmäßiger Verschleiß der den einzelnen Evolventenabschnitten zugeordneten Schleifkörperkontaktflächen eintritt, der seinerseits wieder Profil-Formabweichungen aber auch eine Verschlechterung des Schleifverhaltens des Schleifkörpers verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung zu schaffen, mit der beim Schleifen einer Zahnflanke vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin annähernd gleiche Maximalwerte für die Schnittkraft bzw. deren Reaktionskraft, bezogen auf einen Hub des Schleifkörpers, erzielbar sind.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Steueranordnung zur adaptiven Steuerung der Geschwindigkeit der Wälzbewegung aus Meßeinrichtungen besteht, welche direkt oder indirekt über die Schleifmotorleistung oder den Schleifmotorstrom den jeweils während eines Hubes des Schleifkörpers auftretenden Maximalwert der Schnittkraft bzw. deren Reaktionskraft messen, und aus Einrichtungen zum Speichern dieser Werte und zum Bilden eines Mittelwertes aus den gespeicherten Maximalwerten zweier aufeinanderfolgender Hübe, sowie aus Einrichtungen, die den gebildeten Mittelwert mit einem vorgegebenen Sollwert vergleichen und die auf Grund des Vergleichsergebnisses steuernd auf die Geschwindigkeit der Wälzbewegung einwirken, im Sinne einer möglichst guten Annäherung des während des nächsten Hubes auftretenden Maximalwertes an den Sollwert, wobei ein ebenfalls vorgegebener Grenzwert für die Geschwindigkeit der Wälzbewegung nicht überschritten wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Steueranordnung zur adaptiven Steuerung des Zahnflankenschleifens liegt darin, daß beim Schleifen einer Zahnflanke vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin die jeweils während eines Hubes des Schleifkörpers auftretenden Maximalwerte der Schnittkraft bzw. dessen Reaktionskraft annähernd gleich sind und daß dadurch zum einen durch die mögliche Erhöhung der Geschwindigkeit der Wälzbewegung während des Schleifens eines Großteils der Evolvente die Leistung der Teilwälzschleifmaschine gesteigert und zum anderen infolge der gleichmäßigeren auffederungsbedingten Profil-Formabweichung und durch den gleichmäßigeren Verschleiß des Schleifkörpers die Qualität des Zahnrades verbessert werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1 Beim Teilwälzschleifen von Zahnfuß zum Zahnkopf veränderliche Spanflächen und Ausschneiden des Schleifkörpers am Zahnkopf

Fig. 2 Verlauf der Schnittkraft bzw. deren Reaktionskraft ohne Beeinflussung durch adaptive Steuerung sowie einen daraus resultierenden Geschwindigkeitsverlauf der Wälzbewegung

Die in Fig. 1 dargestellte Evolvente ev mit dem zugehörigen Aufmaß a ist durch ihre Krümmungsradien ρ&sub1;; ρ&sub2;; ρ&sub3;; ρ&sub4; im Wälzintervall Δφ und Kopfkreis rK begrenzt. Zu den Wälzintervallen Δφ gehörende Spanquerschnitte sind mit A&sub1;; A&sub2;; A&sub3;; A&sub4; bezeichnet und werden nach Erreichen des Maximums durch die Kopfkreisbegrenzung kleiner.

Den prinzipiellen Verlauf der Schnittkraftmaxima bzw. deren Reaktionskraft bei unbeeinflußt konstanter Wälzgeschwindigkeit v ist in Fig. 2 mit Kurve F beim Teilwälzschleifen vom Zahnfuß rf bis zum Zahnkopf rK gezeigt.

Der Kurvenzug vmax stellt einen möglichen Verlauf der Wälzgeschwindigkeit v dar, bei dem alle Schnittkraftmaxima F beim Teilwälzschleifen der Evolvente ev vom Zahnfuß rf zum Zahnkopf rK ungefähr gleich groß entstehen.

Das Schleifen einer Zahnflanke beginnt an deren Zahnfuß mit einer Geschwindigkeit der Wälzbewegung, die einem vorgegebenen Grenzwert entspricht. Dieser Grenzwert ist im allgemeinen gleich der maschinentechnischen zulässigen maximalen Geschwindigkeit.

Die während eines Hubes auftretenden Schnittkräfte bzw. deren Reaktionskräfte werden durch an sich bekannte Meßeinrichtungen direkt oder indirekt über die Schleifmotorantriebsleistung bzw. den Schleifmotorstrom gemessen und ihr Maximalwert erfaßt und gespeichert. Aus den gespeicherten Maximalwerten zweier aufeinanderfolgender Hübe wird ein Mittelwert gebildet und dieser mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Dieser Sollwert für die Schnittkraft bzw. deren Reaktionskraft oder für die Schleifmotorantriebsleistung bzw. den Schleifmotorstrom wird so bestimmt, daß er unterhalb eines Wertes liegt, bis zu dem einerseits thermische Überbeanspruchungen des Zahnradwerkstoffes vermieden werden und andererseits die auffederungsbedingte Profil-Formabweichung und der Schleifkörperverschleiß in zulässigen Grenzen bleiben.

Solange beim Schleifen vom Zahnfuß an dieser Sollwert größer als der auftretende Mittelwert ist, wird mit der anfänglichen, dem vorgegebenen Grenzwert entsprechenden Geschwindigkeit der Wälzbewegung gearbeitet. Wird der Sollwert überschritten, so wird die Geschwindigkeit der Wälzbewegung so weit verringert, daß der während des nächsten Hubes auftretende Maximalwert nahe dem Sollwert liegt.

Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis der Schleifkörper beginnt, am Zahnkopf auszuschneiden. Wird dabei der Sollwert unterschritten, so wird die Geschwindigkeit der Wälzbewegung soweit erhöht, daß der während des nächsten Hubes auftretende Maximalwert wieder nahe dem Sollwert liegt.

Die Erhöhung der Geschwindigkeit der Wälzbewegung kann solange erfolgen, bis deren vorgegebener Grenzwert erreicht ist, mit dem dann die Zahnflanke fertigbearbeitet wird.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

ev Evolvente

a Aufmaß

ρ&sub1;; ρ&sub2;; ρ&sub3;; ρ&sub4; Krümmungsradien

Δσ Wälzinterwall

rK Kopfkreis

A&sub1;; A&sub2;; A&sub3;; A&sub4; Spanquerschnitt

F Schnittkraftmaxima

rf Zahnfuß

v, vmax Wälzgeschwindigkeit


Anspruch[de]
  1. Steueranordnung zur adaptiven Steuerung der Geschwindigkeit der Wälzbewegung an einer nach dem Teilwälzverfahren arbeitenden Zahnflankenschleifmaschine, bei der ein doppelkegelförmiger Schleifkörper periodisch hin- und hergehende Hubbewegungen längs der nacheinander zu bearbeitenden Zahnflanken ausführt, das Schleifen beginnend am Zahnfuß zum Zahnkopf hin erfolgt, und bei der das Werkstück eine sich aus einem rotatorischen und einem translatorischen Anteil zusammensetzende Wälzbewegung ausführt, bestehend aus Meßeinrichtungen, welche direkt oder indirekt über die Schleifmotorleistung oder den Schleifmotorstrom den jeweils während eines Hubes des Schleifkörpers auftretenden Maximalwert der Schnittkraft bzw. deren Reaktionskraft messen, und aus Einrichtungen zum Speichern dieser Werte und zum Bilden eines Mittelwertes aus den gespeicherten Maximalwerten zweier aufeinanderfolgender Hübe, sowie aus Einrichtungen, die den gebildeten Mittelwert mit einem vorgegebenen Sollwert vergleichen und die auf Grund des Vergleichsergebnisses steuernd auf die Geschwindigkeit der Wälzbewegung einwirken, im Sinne einer möglichst guten Annäherung des während des nächsten Hubes auftretenden Maximalwertes an den Sollwert, wobei ein ebenfalls vorgegebener Grenzwert für die Geschwindigkeit der Wälzbewegung nicht überschritten wird.






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