DE102005033183A1

DE102005033183A1 - Verfahren zum Bearbeiten von Zahnflanken und Verzahnungen

Info

Publication number: DE102005033183A1
Application number: DE200510033183
Authority: DE
Inventors: Erich Samper
Original assignee: Wittenstein SE
Current assignee: Wittenstein SE
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bearbeitung von Zahnflanken (3) und Verzahnungen (2), Innen- oder Außenverzahnungen von Zahnrädern (1) oder Hohlrädern von Stirnrädern, Planetenrädern sowie Bauteilen von Planetengetrieben mit Modulen kleiner als 1,5 soll zumindest ein Glättrad (4) gegenüber der zu bearbeitenden Zahnflanke (3) oder Verzahnung (2) und/oder die Verzahnung (2) gegenüber dem Glättrad (3) zur Erzielung einer nanostrukturierten Oberfläche unter radialem Anpressdruck und axial oszillierend aneinander angelegt geglättet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Zahnflanken und Verzahnungen, Innen- oder Aussenverzahnungen von Zahnrädern oder Hohlrädern von Stirnrädern, Planetenrädern, sowie Bauteilen von Planetengetrieben, mit Modulen kleiner als 1,5, sowie eine Verwendung.

Im Stand der Technik sind bei grossen Zahnrädern und grossen Modulen von 1,5 und grösser unterschiedliche Verfahren zur Behandlung von Verzahnungen sowie Feinbearbeitungsverfahren bekannt, die einen Verschleiss reduzieren und die Lebensdauer erhöhen sollen.

Dabei wird häufig auch mit Pasten, Strahlkugeln, Schleifkörpern, chemischer Behandlung von Oberflächen gearbeitet, um Oberflächen von Zahnflanken und Verzahnungen zu verbessern.

Aus der DE 102 14 623 A1 ist ein Verfahren zur Behandlung von Verzahnungen bekannt, bei welchem die Verzahnungen von Hohlrädern fertiggestossen werden und dann in einer stickstoffabgebebenden Gasatmosphäre gasnitriert werden. Nach dem Gasnitrieren folgt ein chemisches beschleunigtes Gleitschleifen mittels einer wässrigen säurehaltigen Spezialflüssigkeit unter Zusetzung von abrasiven keramischen Stoffen.

Die DE 196 25 285 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Feinbearbeitung von Zahnflanken eines Zahnrades auf einer Werkzeugmaschine, bei welchem kein abrasiver Abtrag von den zu bearbeitenden Zahnflanken vorgenommen wird.

Die DE 199 00 397 A1 offenbart ein Planetengetriebe mit einem inneren Zentralrad und mehreren in einem Planetensteg gehaltenen Planetenrädern. Dabei wird eine Oberfläche nach einem herkömmlichen Schleifen von Zahnflanken durch eine Beschichtung erzielt.

Nachteilig bei den bisherigen bekannten Verfahren ist, dass insbesondere für sehr kleine Module bis 1,5, insbesondere 0,3 bis 1,0 derartige Verfahren nicht angewendet werden können. Ein chemisches Bearbeiten verursacht einen ungleichmässigen Abtrag der Verzahnungsoberfläche bzw. Zahnflankenoberfläche.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die vorgenannten Nachteile beseitigt werden können, und bei kleinen Modulen bis 1,5, insbesondere 0,3 bis 1,0 eine sehr hoch vergütete Verzahnungsoberfläche bzw. Zahnflankenoberfläche unter Erhöhung der Festigkeit des Zahnrades bzw. der Verzahnung und Zahnflanken gewährleistet werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Merkmale des Patentanspruches 1 sowie die der nebengeordneten Ansprüche.

Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, radial zumindest ein Glättrad oder sogar Glättradsatz unter wählbarem Druck, Rotationsgeschwindigkeit axial oszillierend zum Glätten an ein Zahnrad anzulegen bzw. dieses anzutreiben, wobei das Zahnrad selbst oder das Glättrad jeweils einzeln oder gemeinsam angetrieben sein können. Zudem soll auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, dass beispielsweise das zu bearbeitende Zahnrad axial oszillierend gegenüber einem lediglich drehbaren oder rotativ angetriebenen Glättrad mit wählbarem Druck und Geschwindigkeit angepresst werden kann, um eine sehr hohe Oberflächegüte im Nanobereich zu erzielen.

Hierdurch wird erreicht, dass durch das axial oszillierende Bewegen unter Anpressen des Glättrades an das Zahnrad eine sehr hohe Oberflächengüte unter Kaltverfestigung von RA 0,3 bis 0,05 μm erzielt werden kann, wobei eine derart hoch vergütete Oberfläche ggfs. auch mit einer harten Beschichtung versehen werden kann, die sehr stark an die Verzahnungsoberfläche bzw. Zahnflankenoberfläche eingebunden ist.

Ein derartig hergestelltes Zahnrad, beispielsweise auch als gerad- oder schräfverzahntes Zahnrad, Ritzel od dgl. ausgeführt, verursacht, wenn es beispielsweise in Öl gelagert ist, keinen Abrieb mehr, gewährleistet eine bessere Lastverteilung, wobei auch höhere Momente von einem derartig behandelten Zahnrad oder Hohlrad aufgenommen werden können. Dabei werden Balligkeiten der einzelnen Zahnflanken erhalten.

Zudem wird eine Welligkeit in Zahnflankenoberflächen durch Hohnen bzw. Stossen ausgeglichen und völlig beseitigt, so dass die Oberfläche insgesamt homogen und hoch vergütet geglättet werden kann. Dabei kann die Zahnflankenoberfläche bzw. die Verzahnungsoberfläche in einem nanostrukturiertem Bereich hoch vergütet und kaltverfestigt werden. Dies führt insbesondere bei kleinen Zahnrädern oder Hohlrädern zur Erhöhung der Zuverlässigkeit, zur Reduktion des Verschleisses, zur Erhöhung der Lebensdauer und zur Reduktion von Geräuschen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine schematisch dargestellte Draufsicht auf ein Zahnrad mit nicht näher dargestellten Zahnflanken, welches mit einem Glättrad in Eingriff steht;
2 eine schematisch dargestellte Ansicht eines Zahnrades, welches mit zwei in einer Achse gegenüberliegenden Glätträdern in Eingriff steht;
3 eine schematisch dargestellte Ansicht auf ein Zahnrad, welches mit drei jeweils im Winkel α von etwa 120°C angeordneten Glätträdern in Eingriff steht.
Gemäss 1 weist ein Zahnrad 1 mehrere Verzahnungen 2 bzw. nur angedeutete Zahnflanken 3 auf, welche mit entsprechenden Verzahnungen 2 bzw. Zahnflanken 3 eines Glättrades 4 in Eingriff stehen. Dabei liegt die Glättradachse A_G sowie die Zahnradachse A_Z in einer gemeinsamen Achse A.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass bevorzugt das zumindest eine Glättrad 4 oszillierend beim Glätten unter einem wählbaren radialen Druck bzw. Anpressdruck und einer wählbaren Geschwindigkeit gegen das Zahnrad 1 bzw. die Verzahnung 2 und 3. Dabei schwingt das zumindest eine Glättrad oszillierend angetrieben entlang seiner Glättradachse A_G axial hin und her.
Hierdurch lässt sich bei Zahnrädern, Hohlrädern, Planetenrädern mit Modulen kleiner als 1,5 eine äusserst hohe strukturierte Verzahnungsoberfläche 5 bzw. Zahnflankenoberfläche erzeugen. Dabei lässt sich durch dieses neue Verfahren eine Oberfläche mit einer Rauhigkeit RA von 0,3 bis 0,05 μm mittels des Glättrades 4 herstellen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll jedoch auch liegen, dass das zu bearbeitende Zahnrad 1 bzw. das zu bearbeitende Werkstück axial oszillierend gegenüber einem ggfs. ortsfesten drehbar oder angetriebenen Glättrad bzw. deren Glättradachse A_G unter radialem Anpressdruck bewegt wird. Dabei kann auch auf die axial oszilierende Bewegung verzichtet oder nur in kleinen Frequenzen das Glättrad axial bewegt werden.
Ferner soll daran gedacht sein, dass sowohl das Zahnrad 1 sowie auch das Glättrad 4 sich entlang ihrer Achsen A_Z und A_G sich axial zueinander oszillierend in einer wählbaren Frequenz gegeneinander bewegen, um unter wählbarem Anpressdruck und Geschwindigkeit eine nanostrukturierte Oberfläche in Nanobereichen hinsichtlich der Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten. Gleichzeitig erfolgt eine Kaltverfestigung der Verzahnungsoberfläche 5 bzw. Zahnflankenoberfläche 6 des Zahnrades 1.
Bevorzugt ist jedoch, dass das Zahnrad 1 lediglich rotativ zum Glätten um seine Zahnradachse A_Z angetrieben wird oder antreibbar ist. Nur die Glättradachse A_G bzw. das Glättrad 4 wird in wählbaren Frequenzen, bis auch zum Stillstand, Anpressdrücken und Geschwindigkeiten zum Glätten gegenüber dem Zahnrad 1 in dargestellten und angedeuteten Doppelpfeilrichtungen entlang der Achse A radial hin und her verfahren oder nur radial angedrückt.
In dem Ausführungsbeispiel gemäss 2 ist aufgezeigt, dass beispielsweise zwei in einer gemeinsamen Achse A angeordnete Glätträder 4 ein Zahnrad 1 einschliessen. Die beiden Glätträder 4, die auf einer gemeinsamen Achse A liegen und in dargestellter Doppelpfeilrichtung gegenüber dem Zahnrad 1 radial unter wählbaren Anpressdruck und axialer oszillierender Schwingung angelegt, um die Verzahnung 2 bzw. Zahnflanken 3 bei der Erzeugung einer hohen Oberflächengüte. Dabei werden die beiden Glätträder 4 jeweils entlang der Achse A gegen das Zahnrad 1 angepresst, während die beiden Glätträder 4 axial schwingen bzw. hin und herbewegt werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäss 3 sind jeweils im Winkel α von etwa 120°C drei Glätträder 4 zueinander um die Zahnradachse A_Z winkelig beabstandet angeordnet und werden oszillierend in gleichen oder in unterschiedlichen Frequenzen axial bewegt und radial gegen die Zahnradachse A_Z des Zahnrades 1 beaufschlagt, wobei ein radialer Anpressdruck, eine Geschwindigkeit beim Glätten wählbar ist.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als vorteilhaft erwiesen, insbesondere für kleine Zahnräder 1 oder Hohlräder, insbesondere für deren Verzahnungsoberflächen 5 bzw. Zahnflankenoberflächen 6 nanostrukturierte hochfeste Oberflächen durch Glätten zu schaffen, die in einer Oberflächengüte RA von 0,3 bis 0,05 μm liegen.
Dabei kann beim Glätten ein radialer Anpressdruck des axial oszillierenden und am Zahnrad 1 oder an einem Hohlrad anliegenden Glättrad 4 variieren, wobei insbesondere eine Welligkeit in der Zahnflankenoberfläche durch das axiale oszillierende Glätten ausgeschlossen bzw. behoben werden kann.
Dabei kann nach einer derartigen Oberflächenbehandlung und durch die Erzielung einer höheren Oberflächengüte auch die Oberfläche beispielsweise beschichtet werden. Durch die höhere Oberflächengüte haftet die Beschichtung an der Verzahnungsoberfläche bzw. an der Zahnflankenoberfläche wesentlich stärker und beständiger.
Bezugszeichenliste

Claims

Verfahren zur Bearbeitung von Zahnflanken (3), Verzahnungen (2), Innen- oder Aussenverzahnungen von Zahnrädern (3) oder Hohlrädern von Stirnrädern, Planetenrädern, sowie Bauteilen von Planetengetrieben mit Modulen kleiner als 1,5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Glättrad (4) gegenüber der zu bearbeitenden Zahnflanke (3) oder Verzahnung (2) und/oder die Verzahnung (2) gegenüber dem Glättrad (3) zur Erzielung einer nanostrukturierten Oberfläche unter radialem Anpressdruck und axial oszillierend aneinander angelegt geglättet werden.
Verfahren zur Bearbeitung von Zahnflanken (3) und Verzahnungen (2), Innen- oder Aussenverzahnungen von Zahnrädern (1) oder Hohlrädern von Stirnrädern, Planetenrädern, sowie Bauteilen von Planetengetrieben mit Modulen kleiner als 1,5, dadurch gekennzeichnet, dass das zu bearbeitende Werkstück (1, 2, 3) mittels zumindest eines Glättrades (4) zu einer Oberflächenrauhigkeit RA im Bereich 0,3 bis 0,05 μm geglättet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einem Glättrad (4) die Zahnflanken (3) bzw. Verzahnungen (2) von Zahnrädern (1) oder Hohlrädern im Bereich der Zahnflankenoberfläche (6) von 0,3 bis 0,05 μm RA geglättet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Glättrad (4) oszillierend und schwingend zur Erzeugung einer nanostrukturierten Oberfläche mit den Zahnflanken (3) bzw. der Verzahnung (2) von Zahnrädern (1) und Hohlrädern axial in Eingriff steht.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend in Abhängigkeit der Oberfläche sowie der Grösse bzw. des Modules der Zahnflanken (3) bzw. Verzahnungen (2) eine Frequenz des axial oszillierenden Glättrades (4) angepasst wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressdrücke des zumindest einen Glättrades (4) an die Zahnflanken (3) bzw. Verzahnung (2) in Abhängigkeit der Oberflächenbeschaffenheit und Grösse sowie Geschwindigkeit angepasst werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Glättrades (4) und/oder des zu bearbeitenden Zahnrades (1) oder Hohlrades entsprechend des Modules, entsprechend des Anpressdruckes angepasst wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflankenoberfläche (6) bzw. Verzahnungsoberfläche (5) in nasser oder trockener Umgebung geglättet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem feinen Glätten und Herstellen einer Zahnflanken- und Verzahnungsoberfläche (5 und 6) in Nanostrukturen und in Nanobereichen die geglätteten Oberflächen der Zahnflanken (3) und Verzahnungen (2) mit einer Beschichtung versehen werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindungsverhalten und ein Haftungsverhalten der Beschichtung an den Oberflächen der Zahnflanken (3) und Verzahnungen (2) nach einem Glätten in Oberflächenrauhigkeiten RA 0,3 bis 0,05 μm wesentlich erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haftung der Beschichtung von feinst geglätteten Oberflächen durch oszillierendes axiales Eingreifen zumindest eines Glättrades (4) in die Verzahnungen (2) bzw. in die Zahnflanken (3) von Zahnrädern (1) oder Hohlrädern wesentlich erhöht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kaltverfestigung der Oberfläche der Verzahnung (2) bzw. der Zahnflanken (3) durch oszillierendes axiales Eingreifen zumindest eines Glättrades (4) zur Erzeugung eines hohen Finish und zur Erzeugung einer feinsten nanostrukturierten Zahnflankenoberfläche (6) und Verzahnungsoberfläche (5) in einem Bereich von RA 0,3 bis 0,05 μm erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Glätten mit axial oszillierenden Glätträdern (4) die Zahnflanken (3) trockendruckgestrahlt, nassdruckgestrahlt oder elektrochemisch poliert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Glättrad (4) mit seiner Glättradachse (A_G) auf die Zahnradachse (A_Z) des zu bearbeitenden Zahnrades (1), insbesondere dessen Zahnflanken (3) oder Verzahnungen (2) oszillierend axial in wählbaren Frequenzen und in wählbaren radialen Anpressdrücken und in wählbaren Rotationsgeschwindigkeiten eingreift.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Glätträder (4), möglichst gegenüberliegend in einer gemeinsamen Achse (A) oder im Winkel (α) von jeweils 120 °C eine jeweils axial oszillierend in die Verzahnungen (2) bzw. Zahnflanken (3) von Zahnrädern (1) oder Hohlrädern unter wählbarem radialen Anpressdruck und wählbarer Geschwindigkeit und wählbarer oszillierender Frequenz in die Zahnflanken (3) oder Verzahnungen (3) zur Herstellung von kaltverfestigten nanostrukturierten Oberflächen eingreifen.
Verwendung zur Bearbeitung von Zahnflanken (3), Verzahnungen (2), Innen- oder Aussenverzahnungen von Zahnrädern (3) oder Hohlrädern von Stirnrädern, Planetenrädern, sowie Bauteilen von Planetengetrieben mit Modulen kleiner als 1,5, wobei zumindest ein Glättrad gegenüber der zu bearbeitenden Zahnflanke oder Verzahnung und/oder die Verzahnung gegenüber dem Glättrad zur Erzielung einer nanostrukturierten Oberfläche unter radialem Anpressdruck, axial oszillierend aneinandergelegt und geglättet werden.