Verfahren und Maschine zur Korrektur der Tragbilder von Zahnrädern durch Läppen \ Die Flanken von Zahnrädern berühren die Flan ken ihres Gegenrades nur in seltenen Fällen auf ihrer ganzen Fläche. In der Regel ist die Anlagefläche kleiner, und zwar bedingt durch Verzahnungs- und Einbaufehler oder durch gewollte Zahnform-Korrek- turen. Diese wirkliche Berührungsfläche heisst Trag bild. Beim Zahnradläppen geht es nun nicht nur darum, die Flanken zu glätten, sondern auch darum, gute Tragbilder zu schaffen.
Kleine Abweichungen des Tragbildes von seiner Idealgestalt, die beim Ver zahnen unterlaufen, in der Warmbehandlung durch Härteverzüge eingeschlichen oder beim Einbau in folge bestimmter Nachgiebigkeit der Lagerung zu erwarten sind, sollen möglichst durch Läppen be seitigt werden bzw. vorausschauend berücksichtigt werden. Diese Aufgabe ist aber sehr schwierig. Es ist nämlich zu beachten, dass die Bewegungen, welche die Flanken aufeinander ausführen und deren Grösse die Grösse der Läppwirkung mitbestimmt, nicht frei gewählt werden können, wie z.
B. beim Läppen ebener Flächen, sondern an den Verzahnungseingriff mit seinen sich stetig ändernden Gleitgeschwindig- keiten gebunden sind.
Trotz dieser Schwierigkeiten offenbart die vor liegende Erfindung eine Regel zur planmässigen Ge staltung der Tragbilder und eine zur Ausführung des neuen Verfahrens geeignete Läppmaschine. Sie geht von der Beobachtung aus, dass sich beim Läppen die Tragbilder in manchen Fällen nur mit grösstem Auf wand verlagern lassen, und dass in andern Fällen das Tragbild schon nach kurzer Läppzeit seine ur sprüngliche Lage verändert.
Die Erfindung nutzt die aus der Beobachtung geschöpfte Erkenntnis aus, dass beim Zahnradläppen die Oberfläche der sich be rührenden Zahnflanken in denjenigen Zonen schnel ler und wirksamer abgetragen wird, in denen die Flanken sich mit schiebendem Gleiten berühren, als in den Zonen mit ziehendem Gleiten.
Das Verfahren besteht darin, dass beim paarweisen Zusammenlaufen der zu läppenden Räder unter gleichzeitigen Zusatz bewegungen eine bevorzugte Abtragung des Werk stoffes von bestimmten Flankenzonen zwecks Ver schiebung der Tragbilder in einer bestimmten Rich tung dadurch bewirkt wird, dass diese Flankenzonen in den Bereich des schiebenden Gleitens gebracht werden, indem unter Wahl der entsprechenden Dreh richtung der die Flankenpressung hervorbringende Druck von demjenigen Rad des Paares ausgeübt wird,
dessen bei Ausübung dieses Druckes an den Flanken des Gegenrades gebildete Tragbilder einer Korrekturverschiebung vom Zahnfuss zum Zahnkopf bedürfen. Während man bei den bekannten Läppverfahren die Räder meist nur eine gewisse Zeit in der einen und dann eine gewisse Zeit in der andern Richtung laufen lässt, erfordert das neue Verfahren unter Um ständen einen andern Wechsel in der Bewegungsfolge und eine Maschine, welche die Zusatzbewegungen bei jedem Übersetzungsverhältnis der zu läpperiden Räder, wenn es sich um Kegelräder handelt, in Richtung der Planradebene ausführt oder um einen bestimmten Winkel geneigt dazu.
Zu diesem Zweck wird zur Ausführung des neuen Verfahrens eine Maschine vorgesehen, deren Führungsbahnen für die Lagerungen des einen oder beider Räder, die die Zusatzbewegungen ausführen, aus Geradführungen gebildet sind, die um je eine quer zur Führungsbahn laufende Achse verschwenkbar sind. Zweckmässig wird die Maschine mit einer Anzeigevorrichtung des jeweils treibenden und getriebenen Rades aus gerüstet. Wie diese ausgebildet sein kann, wird in der nachfolgenden Beschreibung ausführlich darge legt. Die Zeichnung betrifft ein Ausführungsbeispiel der Maschine nach dem Patent.
Es zeigen: Fig. 1 zwei Zahnräder im Eingriff mit eingezeich neter Eingriffslinie, Fig. 2 eine schematische Darstellung von zwei aufeinanderwirkenden Zähnen, Fig. 3 die Läppmaschine von oben gesehen, Fig. 4 eine Vorderansicht zu Fig. 3, Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie A-A aus der Fig.3. Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie B-B in Fig. 3,
Fig. 7 eine Anzeigeeinrichtung der Maschine für die Druckrichtung, zum Teil in Ansicht, zum Teil im Schnitt, Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie C-C Fig. 7, Fig. 9 einen Querschnitt nach der Linie D-D Fig. 7, Fig. 10 einen Querschnitt nach der Linie E-E Fig. 7, Fig. 11 eine Ansicht in Richtung F, Fig. 7,
Fig. 12 eine Ansicht in Pfeilrichtung G (Fig. 7)., und zwar bei abgenommener Schutzhaube, Fig. 13 in der Längsrichtung unterschiedlich ein gestellte Radzähne, Fig. 14 Gestänge zur Verbindung von zwei Ge- radführungen.
In Fig. 1 treibt das Rad 1 das Rad 2. Der dar gestellte Zahn des treibenden Rades beginnt den Eingriff mit seinem Fuss (Punkt 3) und beendet ihn mit seinem Kopf (Punkt 4). 5 ist die sogenannte Eingriffslinie, das heisst die Linie, auf der sich die Flanken von treibendem und getriebenem Rad zwi schen Anfangspunkt 3 und Endpunkt 4 berühren. Die Bewegungsrichtung ist durch den Pfeil 6 ange deutet. Zu Beginn des Eingriffs schieben sich die Zähne ineinander. Entsprechend den bekannten kine matischen Verhältnissen des Zahneingriffes schieben sich dabei die - längeren - Kopfflanken des Rades 2 auf dem kürzeren zum Eingriff gelangenden Be reich der Fussflanken des Rades 1 in Richtung des Pfeils 7 entlang.
Umgekehrt gleitet relativ die Fuss flanke des Rades 1 auf der Kopfflanke von Rad 2 in Richtung des Pfeils 7'. Dieses sogenannte schie bende Gleiten im Eingriffsbereich vor dem Wälz- punkt C ist also an beiden Rädern auf die Zahnfüsse zu gerichtet. Nach dem Durchgang durch den Wälz- punkt bewegen sich die Zähne auseinander. Die nun im Eingriff befindlichen Fussflanken von Rad 2 und Kopfflanken von Rad 1 ziehen sich in Richtung der Pfeile 8 bzw. 8' gleitend aneinander vorbei.
Dieses ziehende Gleiten ist bei beiden Rädern nach den Zahn köpfen hin gerichtet. Die Beobachtung hat nun gelehrt, dass Flankenteile beim Läppen schneller abgeschliffen werden, die im Bereich der schiebenden Gleitung stehen. Wie einleitend schon hervorgehoben, wählt man diejenigen Drehrichtungen und diejenige An- Ordnung von treibendem und getriebenem Rad, die zu einem schiebenden Gleiten in den Flankenzonen führt, die besonders stark abgeschliffen werden sollen.
Zur Vereinfachung dieser dem Verzahnungs fachmann ohne weiteres verständlichen Regel kann man auch auf die Angabe des ziehenden und schie benden Gleitens verzichten oder darauf, welches Rad das treibende sein soll, wenn man statt dessen vorschreibt, in welcher Richtung der die Flanken pressung bewirkende Druck 7 von demjenigen Rad (1 in Beispiel 1) ausgeübt wird, dessen bei der Aus übung dieses Druckes mit dem Gegenrad (2) gebil detes Tragbild einer Korrektur vom Zahnfuss zum Zahnkopf bedarf.
Eine weitere Erläuterung dieser Regel veran schaulicht Fig. 2. Die Zähne 1 und 2 nach Fig. 1 sind hier perspektivisch dargestellt. Bei der hohlen Zahnflanke 9 liegt das Tragbild 10 nach dem Zahn fuss zu, bei der gewölbten Flanke des Zahnes 2 nach dem Zahnkopf hin. Die Linien 11 deuten schema tisch die Radialen der Räder mit den Achsen 12 an. Da das Tragbild des Zahnes 1 vom Fuss nach der Mitte hin verlagert werden muss, wird der die Flan kenpressung bewirkende Druck 7 von dem Rad 1 ausgeübt, das heisst, Rad 1 muss in diesem Falle das treibende Rad sein.. Würde das Tragbild beim Zahn 1 am Kopf liegen, so würde dieser Druck von Rad 2 ausgehen müssen.
Die in Fig. 3 bis 12 als Beispiel dargestellte Läppmaschine ist zum Läppen von Kegelrädern 13 und 14 bestimmt. Das Ritzel 13 wird von einem nicht mit dargestellten Motor über eine Keilriemen- Scheibe 15 angetrieben. Es treibt seinerseits das Rad 14. Dieses Rad kann abgebremst oder beschleu nigt werden von einer Friktionsscheibe 16, die mit einer Keilriemenscheibe 17 zusammenwirkt. Die Keilriemenscheibe 17 wird angetrieben von einem ebenfalls in Fig. 3 nicht dargestellten Elektromotor.
Die Radlagerung 18 ist auf einem Tisch 19 angeord net, der seinerseits von einer Fundamentplatte 20 getragen wird. Zwischen Tisch 19 und Fundament platte 20 sind Wälzlager 21 angeordnet, im einzel nen dargestellt in Fig. 5. Ein Zylinder 22 mit seinem Deckel 22' wird mit Hilfe einer Schraube 23 mit Zylinderkopf 24 mit dem Tisch 19 verschraubt. Der Schraubenkopf 24 ist mit einem Tangentialkeil 25 gegenüber der Fundamentplatte 20 auf Drehung ge sichert, der Zylinder 22 durch den Tangentialkeil 26 gegen den Tisch 19. Zwischen die Stirnflächen des Deckels 22' und des Zylinders 22 sowie des Zylin ders 22 und eines zweiten Zylinders 27 sind Stahl kugeln 28 geschichtet.
Ein Federring 29 hält die durch den Anzug der Schraube 23 auftretenden Kräfte in Grenzen. Die Schraube 23 kann sich in dem Zylinder 22 mit reichlichem Spiel bewegen, die Zylinder 22 und 27 ebenso in der Fundamentplatte 20. Die in Frage kommenden Zusatzbewegungen sind kleiner als das dort vorhandene Spiel.
Um die Zusatzbewegung in die vorgesehene Richtung zu lenken, sind Geradführungen 30 vor- gesehen. Deren Ausbildung zeigt Fig. 6. Diese Ge- radführungen 30 sind an Zapfen 31 angearbeitet, die ihrerseits in Zylinderstücken 32 befestigt sind. Die Zylinderstücke 32 sitzen drehbar und feststellbar im Tisch 19. Die Geradführungen 30 sind durch ein end loses Band 33 miteinander verbunden. Die Kupplung zwischen Band 33 und Geradführung 30 geschieht mit einem Keilstück 34, das durch einen Stift 35 mit dem Band gekuppelt ist. Eine Scheibe 36 hindert das Band 33, abzurutschen.
In die Geradführungen 30 greift ein zylindrischer Zapfen 37 ein, dessen abge setztes Ende 38 in Wälzlagern 39 läuft. Die Wälz lager 39 sitzen in einer Büchse 40 und diese in der Fundamentplatte 20. An Stelle der Verbindung der beiden Geradführungen durch ein Band kann die Verbindung auch durch ein Gestänge erfolgen, wie es Bild 14 zeigt. Die beiden Geradführungen 30 sind mit zwei Hebeln 78 fest verbunden und diese wie derum mit einer Schubstange 79. Stellt man die Ge- radführung 30 in eine vorgesehene Winkellage, so nimmt die zweite Geradführung die gleiche Winkel lage ein.
Die Zusatzbewegungen der Lagerung 18 mit dem Tisch 19 werden abgeleitet von einem Elektromotor 41 über einen Getriebezug 42 mit Schneckengetriebe 43 und Exzenter 44 auf ein Schuborgan 45, das mit dem Zapfen 46 gelenkig mit dem Tisch 19 verbun den ist. Das Schuborgan 45 kann um den Bolzen 46 aus seiner Mittellage nach links und rechts pendeln. Diese Pendelbewegung ist begrenzt durch exzen trische Anschlagbolzen 47. Durch Drehen dieser Bolzen kann man die Pendelbewegung nach der einen oder andern Seite verkürzen oder verlängern. An dem freien Ende des Schuborgans 45 sitzt eine Unrundscheibe 48 drehbar und einstellbar durch einen Handhebel 49. Durch diese Scheibe kann die wirksame Länge des Organs 45 verlängert werden. Der Tisch 19 wird durch Federn 50 gegen den Exzenter 44 gezogen.
Federn 51 ziehen ihn in Rich tung der Keilriemenscheibe 17. Diese Federn halten die Gleitführung 30 spielfrei. Die Gestaltung der Friktionsantriebe 16, 17 ist in den Fig.7 bis 12 veranschaulicht. Die Spindel 52 des zu läppenden Rades 14 trägt, wie Bild 8 zeigt, auf ihrem dem Rad abgekehrten Ende einen Friktionskörper 53. Dieser ist auf 52 drehbar gelagert und mit einer Keilriemenscheibe 54, die der Keilriemenscheibe 17 von Fig. 3 entspricht, gekuppelt.
In dem Friktions- körper 53 sind Reibkörper 55 eingelassen, die unter durch Gewindestifte 56 und Federn 57 ein stellbarem Druck an einer Planscheibe 58 anliegen, die fest mit der Spindel 52 verkeilt ist. Die Keil riemenscheibe 54 wird über ein stufenlos regelbares Getriebe 59 (Fig.7) von einem Elektromotor 60 angetrieben. Die Drehzahlregelung erfolgt in bekann ter Weise mittels der auf das Getriebe 59 einwirken den Stehspindel 61. Der Umfang des Friktionskör- pers 53 ist mit einem Schneckengang 62 versehen, ebenso der Umfang der Planscheibe 58 mit einem Schneckengang 63. Diese greifen in Schneckenräder 64 und 65.
Das Schneckenrad 64 ist mit einer Hohl welle 66 gekuppelt, und diese mit einem Zifferblatt 67. Das Schneckenrad 65 treibt über ein Zahnrad paar 68, 69 eine Welle 70 mit Zeiger 71. Die Stei gungsrichtung der Schneckengänge 62 und 63 ist so gewählt, dass bei gleichgerichteter Drehung der Spin del 52 und des Friktionskörpers 53 Zifferblatt 67 und Zeiger 70 in der gleichen Richtung gedreht wer den.
Die Wirkungsweise der dargestellten Läpp- maschine ist folgende: Vor Inbetriebnahme der Ma schine werden die Geradführungen nach der Lage des Planrades ausgerichtet und dann fixiert. In Fig. 3 verläuft das Planrad in Pfeilrichtung 72. Dem entsprechend richtet man die Geradführung 30 par allel dazu aus (Pfeilrichtung 73).
Der vom Motor 41 über die Zwischengetriebe angetriebene Exzenter 44 bewegt dann über das um 46 schwingende Schub organ 45 den durch die Federn 50 an ihn heran gezogenen Tisch 19 hin und her, und diese Bewe gung wird durch die Geradführungen 30 unter Ein wirkung der Federn 51 in die Richtung der Plan radebene umgelenkt. Das auf dem Tisch 19 gela gerte Rad 14 führt daher eine Hubbewegung in Richtung des Pfeils 72 aus.
Sollen die Zähne der zu läppenden Räder unabhängig davon, ob das eine oder andere als treibendes Rad wirkt, und unabhän gig von der Drehrichtung in ihrer Längsrichtung die gleiche Hublage behalten, so werden die Anschlag bolzen 47 so eingestellt, d'ass bei einem Drehrich tungswechsel des Exzenters 44 das Schuborgan 45 nach beiden Seiten gleich weit ausschlägt.
Sollen die Zähne des Rades in dem einen Falle gegenüber den Ritzelzähnen mehr nach innen, in dem andern Falle mehr nach aussen verschoben werden, so dreht man die exzentrischen Anschlagbolzen so, dass der Anschlag unsymmetrisch erfolgt. Dann wird der Tisch 19 durch die Federn 50 in der einen Grenz- stellung weiter gegen den Exzenter 44 vorgeschoben als in der andern Grenzstellung.
Diese Wirkung ist in Fig. 13 veranschaulicht. 74 ist das Rad, 75 das Ritzel. Man kann die Zähne in ihrer Längsrichtung gegenseitig verschieben und in die gewünschte Lage bringen, z. B. dass sie bündig anliegen durch Ver stellen des Handhebels 49.
Bei dem beschriebenen Verfahren kommt es darauf an, den die Flankenpressung bewirkenden Druck wahlweise von dem einen oder andern Rad ausüben zu können. Bei gleicher oder entgegen gesetzter Drehrichtung muss einmal das eine und das andere Mal das andere Rad treibend wirken. Über das stufenlos regelbare Getriebe 59 kann man die Drehzahl der in Fig. 7 und 8 mit 54 bezeichneten Keilriemenscheibe, die der Keilriemenscheibe 17 von Fig. 3 entspricht, kleiner halten als die Drehzahl der Keilriemenscheibe 15.
Da die Spindel 52 bei dem in Fig.3 zu 1 angenommenen übersetzungsverhältnis der Räder 13, 14 mit der Drehzahl der Keilriemen scheibe 15 durch den Eingriff der Räder 13, 14 mit genommen wird, muss die Reibungskupplung 53, 58 schlupfen und wirkt mit ihrem Schlupfmoment brem send auf die Spindel 52. Rad 13 ist daher in diesem Falle das treibende Rad des Paares. Der die Flan kenpressung bewirkende Druck geht von diesem Rad aus.
Diese Einstellung ist also nach der oben ge nannten Regel zu wählen, wenn vor dem Läppen die Tragbilder des Rades 13 zu tief, das heisst vor wiegend auf den Fussflanken dieses Rades und dem entsprechend am Gegenrade 14 zu hoch, das heisst vorwiegend auf dessen Kopfflanken, liegen. Sind die Tragbilder des ungeläppten Räderpaares im ent gegengesetzten Sinne verschoben, dann muss die Drehzahl der Keilriemenscheibe 17 gegenüber der Drehzahl der Keilriemenscheibe 15 höher eingestellt werden.
Dann versucht der Motor 60 über das stufenlose Getriebe 59, die Keilriemenscheibe 17 und die Reibungskupplung 53, 58 die Spindel 52 gegenüber der Mitnahmedrehzahl durch das Räder paar zu beschleunigen, es legen sich die Gegenflan ken an und Rad 14 wirkt als treibendes Rad des Paares. Der Druck geht von diesem Rade aus. Man geht also bei der Einstellung der Maschine von der Lage der Tragbilder aus, die durch das Läppen ver bessert werden soll. Man lässt die Maschine in den Einstellungen länger laufen, in denen die Verlage rung der Tragbilder aus ihrer ungünstigen Lage be günstigt wird.
Ist das übersetzungsverhältnis nicht 1, dann muss die mit dem stufenlosen Getriebe einzu- regelnde Drehzahl natürlich unter Berücksichtigung des übersetzungsverhältnisses gewählt, also kleiner oder grösser als die Mitnahmedrehzahl des Rades 14 gemacht werden.
Da beim Wechsel des Antriebes von Rad 13 auf Rad 14, wie bereits erwähnt, bei gleichem Drehsinn auch die Flankenanlage wechselt, ist die Maschine, um beide Flanken bei Antrieb durch das eine oder das andere Rad läppen zu kön nen, in bekannter Weise mit Einrichtungen zum Wechsel der Drehrichtung versehen. Wie lange die Maschine in der dem jeweiligen Zustande des zu läppenden Räderpaares entsprechenden Einstellung laufen muss, hängt von den Abmessungen der Räder, von der Grösse der erforderlichen Korrektur, der Schärfe des verwendeten Läppkornes usw. ab und ergibt sich aus der praktischen Erfahrung. Die Um stellung aus der einen Getriebelage in die andere, z.
B. von Rechts- auf Linkslauf, erfolgt automatisch mit Einrichtungen wie Zeitschaltwerken und der gleichen, die allgemein bekannt sind und hier nicht beschrieben zu werden brauchen.
Das eingestellte sonst schwer an der laufenden Maschine erkennbare Antriebsverhältnis wird durch die Anzeigevorrichtung angezeigt. Läuft die Scheibe 17 langsamer, geht der Druck also vom Rad 13 aus, dann eilt der Zeiger 71 gegenüber dem Zifferblatt 67 vor. Im umgekehrten Fall, also wenn der Druck von 14 ausgeht, bleibt er zurück. Die gegenseitige Geschwindigkeit ist ein Hinweis auf die Grösse des V oreilens oder Zurückbleibens.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dar gestellte Beispiel beschränkt. Das Beispiel zeigt eine Lösung der Aufgabe auf mechanischem Wege. Ebenso könnte die Lösung auch auf elektrischem oder hydraulischem Wege erfolgen. In dem darge stellten Beispiel erhält nur die Spindel eines Rades Zusatzbewegungen. Auch die Spindel des Gegenrades könnte mit Einrichtungen für gleichartige Zusatz bewegungen oder auch mit Einrichtungen für ein einfaches axiales Bewegen der Achse des Rades 13 ausgerüstet sein.