DE102006054278A1

DE102006054278A1 - Verfahren zur Endbearbeitung von konischen Stirnradverzahnungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102006054278A1
Application number: DE200610054278
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Dr. Joachim; Jörg Dr. Börner; Herman Dr. Yakaria
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-05-21
Also published as: WO2008058859A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Endbearbeitung von konischen Stirnradverzahnungen, so genannten Beveloid-Verzahnungen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Es wird vorgeschlagen, dass die Endbearbeitung durch Honen erfolgt, und zwar mittels eines Honwerkzeuges (1) mit konischer Verzahnung (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Endbearbeitung von konischen Stirnradverzahungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.
Konische Stirnradverzahnungen, so genannte Beveloid-Verzahnungen sind bekannt, z. B. durch die Veröffentlichung „Development Of Conical Involute Gears (Beveloids) For Vehicle Transmissions" von Börner, Humm und Joachim in „Gear Technology", Nov./Dez. 2005, Seite 28–35.
Verfahren zur Herstellung von kegeligen Stirnrädern für Beveloid-Stirnradverzahnungen wurden durch die DE 103 03 208 A1 und die DE 102 50 479 A1 der Anmelderin bekannt.
Durch die DE 43 13 533 A1 wurde ein Verfahren zum Wälzhonen von Kegel- und Hypoidrädern bekannt, wobei ein Werkzeug mit einer abrasiven Beschichtung zur Glättung der Zahnflanken verwendet wird. Bei dem bekannten Verfahren handelt es sich um eine Kombination von Lappen und Schleifen, welches dem Honen ähnlich ist.
Durch die DE 34 25 800 A1 wurde ein Verfahren zum Feinbearbeiten der gehärteten Zahnflanken von Kegelrädern bekannt, wobei die Zahnflanken mittels eines Honrades gehont werden. Das Honrad ist dabei als Ritzel und das zu honende Werkrad als Tellerrad ausgebildet. Das Honrad ist vorzugsweise diamant- oder borazonbeschichtet oder aus einem Schleifwerkstoff, z. B. aus Edelkorund, hergestellt.
Durch die DE 195 17 385 C1 und die DE 195 17 359 C1 wurden Verfahren zum Fertigbearbeiten der gehärteten Verzahnung eines Kegelrades durch Honen bekannt. Das Honen erfolgt dabei nach dem Bearbeiten des Kegelrades durch Schleifen auf derselben Maschine. Das Honwerkzeug besteht vorzugsweise komplett aus Korund oder weist zumindest abrasive Flanken auf. Durch das Honen wird eine hohe Oberflächengüte erzielt, die auch mit einer Reduzierung des Getriebegeräusches verbunden ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches eine hohe Oberflächengüte der Beveloid-Verzahnung erreicht und das Verzahnungsgeräusch reduziert. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.
Die Aufgabe der Erfindung wird zunächst durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist für die Endbearbeitung der Beveloid-Verzahnungen das Honen vorgesehen. Damit werden die Vorteile einer hohen Oberflächengüte und einer Geräuschminderung erreicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung aus den Unteransprüchen ergeben.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein konisches Honwerkzeug auf, welches zur Fein- und Endbearbeitung eines vorverzahnten Werkrades mit Beveloid-Verzahnung verwendet wird. Unter Beveloid-Verzahnung wird eine konische Stirnradverzahnung verstanden, wie sie insbesondere in dem eingangs genannten Stand der Technik (in „Gear Technology") definiert ist. Das erfindungsgemäße Werkzeug ist vorzugsweise als Honring mit einer konischen Innenverzahnung ausgebildet, kann jedoch ebenso als Honritzel mit konischer Außenverzahnung ausgebildet sein. Das Honwerkzeug weist eine abrasive Oberfläche auf, mittels welcher Material vom Werkrad zur Verbesserung der Oberflächengüte abgetragen wird.
Erfindungsgemäß weisen die Drehachsen von Werkrad und Honring einen Herstellachsabstand auf, welcher dem Achslot entspricht. Die Drehachse des Honringes ist um den Achskreuzwinkel κ gegenüber der Drehachse des Werkrades geneigt, d. h. der Honring ist um seine y-Achse verschwenkt. Die konische Innenverzahnung greift in das vorverzahnte Werkrad ein. Mit der Wahl des Achskreuzwinkels κ können die Größe der Axialgleitung und damit der Materialabtrag beeinflusst werden.
Die Verzahnung des Honwerkzeuges und der Kopfkegel der Verzahnung können mit einem diamantbeschichteten Abrichtrad bzw. einem konischen Abrichter abgerichtet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Honring mit Werkrad, in X-Richtung gesehen,
2 den Honring mit Werkrad, in Y-Richtung gesehen und
3 das Profil eines Formwerkzeuges.
1 zeigt ein Honwerkzeug 1, welches als konischer Ring ausgebildet ist, und ein Werkrad 2, welches als Ritzel mit einer konischen Stirnradverzahnung, einer so genannten Beveloid-Verzahnung 3 ausgebildet ist. Der Honring 1 weist eine konische Innenverzahnung 4 auf, welche in die konische Außenverzahnung 3 des Werkrades 2 eingreift. Die Innenverzahnung 4 des Honringes 2 weist – was nicht dargestellt ist – eine abrasive Oberfläche auf, welche durch eine entsprechende Hartstoffbeschichtung der Verzahnung erreicht wer den kann oder dadurch, dass der gesamte Honring aus einem Schleifmaterial, z. B. Korund, hergestellt ist. Die konische Innenverzahnung 4 wird durch einen Konus 5, einen so genannten Kopfkegel, begrenzt. Der Honring 1 und das Werkrad 2 weisen jeweils Drehachsen Z₀, Z₁, auf, welche um einen Herstellachsabstand a gegeneinander versetzt sind – gemessen auf der Y-Ache.
2 zeigt eine Ansicht auf den Honring 1 und das innerhalb des Honringes 1 angeordnete, gestrichelt dargestellte Werkrad 2, und zwar in Richtung der in 1 dargestellten Y-Achse. Die Drehachse Z₀ des Honringes 1 ist gegenüber der Drehachse Z₁ des Werkrades 2 um einen Achskreuzwinkel κ geneigt. Der strichpunktiert dargestellte Konus 5 wird durch den über die Breite des Honringes 1 veränderlichen Kopfdurchmesser gebildet und stellt somit eine kegelige Begrenzungsfläche der Zahnköpfe der Innenverzahnung 4 dar – er wird daher auch als Kopfkegel 5 bezeichnet. Der Konuswinkel des Kopfkegels 5 und der Kopfkreisdurchmesser in Breitenmitte sind so festgelegt, dass die Zahnflanken des Werkrades 2 beim Honen über die gesamte Breite bis zum vorgegebenen Fußnutzkreisdurchmesser (der sich über die Zahnbreite ändert) bearbeitet werden.
Mit der Wahl des Achskreuzwinkels κ können die Größe der Axialgleitung zwischen Honwerkzeug 1 und Werkrad 2 und damit der Abtrag beeinflusst werden. Die Darstellung des Honringes 1 und des Werkrades 2 in 1 und 2 entsprechen der prinzipiellen Anordnung der Herstellpaarung beim erfindungsgemäßen Beveloid-Honen. Grundsätzlich ist zum Erreichen der Konizität keine zusätzliche Verkippung um die X-Achse erforderlich, was die Anwendung auf konventionellen Honmaschinen ermöglicht. Die X-Z-Ebenen von Werkrad 2 und Honring 1 können parallel liegen (wie dargestellt). Abweichend davon sind ebenso Anordnungen mit einer zusätzlichen Verkippung um die X-Achse einsetzbar, womit eine geringere Konizität des Honringes 1 erreichbar ist.
Zum Abrichten des Honringes 1 kann ein nicht dargestelltes diamantbeschichtetes Abrichtrad verwendet werden, welches die Sollgeometrie des Werkrades 2 repräsentiert. Mit diesem Abrichtrad werden die Zahnlücken der Innenverzahnung 4 im Honring 1 bearbeitet. Zusätzlich ist ein nicht dargestellter konischer Abrichter für den Kopfkegel 5 des Honringes 1 erforderlich. Da der Kopfkegelwinkel über den gesamten Abrichtprozess konstant bleibt, kann das Abrichten des Kopfkegels 5 direkt an das Abrichten der Zahnlücken der Innenverzahnung 4 des Honringes 1 gekoppelt werden. Ist der Kopfabrichter (konischer Abrichter) einmal mit dem erforderlichen Achsabstand a und dem Achskreuzwinkel κ eingestellt, kann das Abrichten durch eine Änderung des Achsabstandes a zwischen Honring 1 und Abrichtrad erfolgen, ohne dass die Position des Kopfabrichters korrigiert werden muss. Der Honring 1 kann mit einem nicht dargestellten Formwerkzeug, das ein kegeliges Profil erzeugt, vorverzahnt werden. Die Form der Lückenprofile ändert sich am Honring 1 infolge der größeren Zähnezahl nur gering über der Zahnbreite, sodass die mit einem Formwerkzeug gefertigte Lücke nur noch einen geringen Abtrag im ersten Abrichtprozess erforderlich macht.
3 zeigt ein Beispiel für das Profil eines nicht dargestellten Formwerkzeuges für das Vorverzahnen des Honringes 1 und die über die Zahnbreite vorhandenen Lückenformen. Eine Profilscheibe 6 ist durch eine durchgezogene Linie dargestellt und weist ein V-förmiges Profil auf, welches in die Zahnlücken des Honringes 1 eingreift. Die Lückenformen sind durch drei unterschiedlich gekennzeichnete Linienzüge für drei Positionen der Zahnbreite dargestellt: die Lückenform für eine innere Position ist durch Rauten, die Lückenform für eine mittlere Position ist durch Quadrate, und die Lückenform für eine äußere Position ist durch Dreiecke gekennzeichnet.
Das dargestellte und oben beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt als Werkzeug einen Honring mit Innenverzahnung und ein Werkrad mit Außenverzahnung. Davon abweichend liegt es im Rahmen der Erfindung, das Werkzeug als Ritzel mit Beveloid-Außenverzahnung und das Werkrad als konischen Ring mit einer Beveloid-Innenverzahnung auszubilden. Insofern ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Honen von Beveloid-Verzahnungen sowohl für konische Innen- als auch für Außenverzahnungen anwendbar.

1: Honring
2: Werkrad
3: konische Außenverzahnung
4: konische Innenverzahnung
5: Konus (Kopfkegel)
6: Profil von Formwerkzeug
Z₀: Drehachse Honring
Z₁: Drehachse Werkrad
a: Achsabstand
κ: Achskreuzwinkel

Claims

Verfahren zur Endbearbeitung von konischen Stirnradverzahnungen, so genannten Beveloid-Verzahnungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbearbeitung durch Honen erfolgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 an einem zu bearbeitenden Werkrad (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein konisches Honwerkzeug (1) zur Bearbeitung des Werkrades (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Honwerkzeug als Honring (1) mit einer konischen Innenverzahnung (4) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Honwerkzeug als Ritzel mit einer konischen Außenverzahnung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (4) des Honwerkzeuges (1) eine abrasive Oberfläche aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Honwerkzeug (1) eine Drehachse (Z₀) und das Werkrad (2) eine Drehachse (Z₁) aufweisen und dass die Drehachsen (Z₁, Z₀) um einen Achskreuzwinkel κ gegeneinander geneigt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Honwerkzeug (1) und das Werkrad (2) jeweils X-Z-Ebenen aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (Z₀, Z₁) des Honringes (1) und des Werkrades (2) einen Herstellachsabstand (a) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Honwerkzeug (1) einen Konus bzw. Kopfkegel (5) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Honwerkzeug (1) mit einem diamantbeschichteten Abrichtrad, welches die Sollgeometrie des Werkrades (2) aufweist, abrichtbar ist.