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Schabrad zum Diagonalschaben von Zahnrädern Bei dem heute üblichen
Verfahren zum .Schaben ,on Zahnrädern wird ein fertig zu bearbeitendes Zahnrad derart
mit einem zahnradähnlichen Schab-@,verkzeug in Eingriff gebracht, daß sich die Achsen
des Werkstücks und des Werkzeugs unter einem Winkel, der zwischen 3° und 30° liegt,
kreuzen. Eines der beiden Teile - gewöhnlich das zu bearbeitende Zahnrad - ist hierbei
frei drehbar angeordnet. Bei diesem Verfahren wird das Schneidwerkzeug angetrieben,
und der Antrieb des Zahnrads bzw. des Werkstücks erfolgt lediglich dadurch, daß
es mit dem Schneidwerkzeug im Eingriff steht. An den Seitenflächen oder Flanken
der Zähne des Schneidwerkzeugs sind Schneidkanten vorgesehen. Da sich die Achsen
kreuzen, d. h. da sich das Zahnrad und das Schneidwerkzeug in verschiedenen Ebenen
drehen, tritt zwischen den sich berührenden Flächen des Zahnrads und des Werkzeugs
eine Gleitbewegung auf, die dazu führt, daß die Schneidkanten der Zähne des Werkzeugs
Metall von den Oberflächen der Zahnradzähne abtragen.
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Wenn die Zähne eines Zahnrads und eines. zahnradähnlichen Schneidwerkzeugs
von einem Ende zurr anderen ein nicht abgeändertes Evolventenprofil haben, findet
bekanntlich die anfängliche Berührung zwischen den Zähnen innerhalb einer begrenzten
Zone in der Nähe einer zu den Achsen sowohl des Zahnrads als auch des Schneidwerkzeugs
senkrecht stehenden Geraden statt, die im folgenden als die gemein-Normale zu den
Achsen bezeichnet wird. Um die Schneidwirkung des Werkzeugs in der Längsrichtung
der Zahnradzähne vom einen Ende zum anderen zu verteilen, ist es erforderlich, eine
relative Vorschubbewegung zwischen dem Zahnrad und dem Schneidwerkzeug vorzusehen,
während sich diese beiden Teile drehen. Es ist wichtig, daß diese relative Vorschubbewegung
in einer Ebene stattfindet, die zu den Achsen sowohl des Zahnrads als auch des Werkzeugs
parallel isf. Im einfachsten Falle kann diese Vorschubbewegung in einer zur Achse
des Zahnrads parallelen Richtung erfolgen. In neuerer Zeit hat man jedoch günstigere
Ergebnisse erzielt und insbesondere eine Beschleunigung der Bearbeitung dadurch
erzielt, daß der relative Vorschub innerhalb der erwähnten Ebene in einer Richtung
erfolgt, die mit- den Achsen des Zahnrads und des Werkzeugs einen Winl:.el bildet
bzw. diagonal zu diesen Achsen, verläuft.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schabrad zu schaffen, welches die
beim Diagonalschaben mit großer Vorschubgeschwindigkcit an den Kanten der "Zahnradzähne
auftretende, evolventenförmige Erhöhung vermeidet.
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Bei einem Schabenrad zum Diagonalschaben von "Zahnrädern ist gemäß
der Erfindung der Abstand der Schneidkanten, der von in den Zahnflanken vom Fuß
bis zum Kopf der Zähne .sich erstreckenden Nuten gebildet wird, an den Enden der
Zähne geringer als im- mittleren Bereich der Zähne.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung
die gegenseitige Lage zwischen einem das Werkstück bildenden Zahnrad und einem Schneidwerkzeug,
wobei sich die Achsen des Werkstücks und des Werkzeugs kreuzen. Werkzeug und Werkstück
werden gegenseitig so bewegt, daß sich ein unter der Bezeichnung Diagonalschaben
bekannter Bearbeitungsvorgang abspielt; Fig.2 in perspektivischer Darstellung ein
Stück eines Zahns eines Zahnradschabwerkzeugs; Fig.3 einen in größerem Maßstabe
gezeichneten Teilschnitt, der die Anordnung der Schneidkanten an einem Zahn eines
Schabrads für Zahnräder erkennen läßt.
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In Fig. 1 ist die gegenseitige Lage zwischen einem Schneidwerkzeug
C und einem Werkstück W- schematisch dargestellt. Es sei angenommen, daß das Schneidwerkzeug
ortsfest in der gewünschten Stellung angeordnet ist, wobei sich die Achse CA des
Werkzeugs so erstreckt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Jetzt bringt man das das Werkstück
bildende Zahnrad TV in einer in Fig. 1 teilweise durch Vollinien angedeuteten Stellung
in Eingriff mit dem Werkzeug, so daß cue Achse des Werkstücks der Linie
WA in Fig. 1 entspricht. Die Zähne des Werkzeugs sowie die des Zahnrads besitzen
einen solchen Schrägungswinkel,
daß das Schneidwerkzeug mit dem
Zahnrad irn Eingriff steht, wenn sich die zugehörigen Achsen guter dem Winkel XA
kreuzen. Unter diesen Umständen erkennt man, daß eine Linie, die mit der Werkzeugachse
CA und der Werkstückachse TVA jeweils einen rechten Winkel bildet, in Fig. 1 die
Lage a einnimmt, und daß sich diese Linie auf der rechten Seite des Zahnrads bzw.
des Werkstücks W befindet. Wenn, das Zahnrad und das Schneidwerkzeug die dargestellte
Lage einnehmen, kann man das Werkzeug mit einer geeigneten Drehzahl antreiben, und
es wird das frei drehbar angeordnete Werkstück W in Drehung versetzen, da die Zähne
des Werkzeugs in die Zähne des Werkstücks eingreifen.
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Wenn nunmehr das Werkstück W längs der mit T bezeichneten Bahn nach
rechts bewegt wird, wird es schließlich die durch gestrichelte Linien angedeutete
Lage erreichen, wie es bei W' angedeutet ist. Für diesen Fall ist die Achse des
Werkstücks mit TVA'
l:ezeichnet, und man erkennt, daß sie die Achse des Schneid-,verkzeugs
im Punkte b schneidet. Ferner ist ersichtlich, daß sich der Punkt b auf der linken
Seite des Zahnrads befindet, wenn dieses die Stellung V einnimmt. Die Vorschubbewegung
des Werkstücks aus der durch Vollinien bzw. strichpunktierte Linien angedeuteten
Lage in die durch gestrichelte Linien angedeutete Lage W' wird dann bewirkt haben,
daß sich die gemeinsame Normale zu den Achsen des Zahnrads und des Werkzeugs vom
Punkte a zum Punkte b verschoben hat; mit anderen Worten, die gemeinsame Normale
hat sich von der einen Seite des Werkstücks zu dessen anderer Seite bewegt. Eine
in der beschriebenen Weise durchgeführte Vorschubbewegung des Zahnrads gegenüber
dem Schabrad führt somit dazu, daß die Zähne des Zahnrads gleichmäßig vom einen
Ende bis zum anderen Ende bearbeitet werden.
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Ferner sei darauf hingewiesen, daß der Punkt a bei dem vorstehend
beschriebenen Arbeitsgang in der Nähe der oberen rechten Seite des Schabrads C liegt,
während der Punkt b in der Nähe der unteren linken Seite des Schabrads C liegt.
Dies bedeutet, daß sich während der Vorschubbewegung des Werkstücks W aus der mit
strichpunktierten Linien angedeuteten La-e in die gestrichelt eingezeichnete Lage
W' diejenige Zone auf den Zähnen des Schabrads, die auf die größte Tiefe in das
Werkstück, einschneidet, von <lern Punkt a zu dem Punkt b verlagert. Man
erkennt, daß die Punkte a und b bei Vorschubwinkeln TA von
unterschiedlicher Größe oder bei unterschiedlichen Achsenkreuzungswinkeln an der
Seitenkante des Schabrads C oder sehr nahe an der Seitenkante liegen können. Dasselbe
tritt bei unterschiedlichen Breiten des Zahnrads und/oder des Schabrads ein. Nur
dann, wenn die Richtung der Vorschubbewegung T parallel zur Achse TVA
des Werkstücks verläuft, erfolgt keine Verlagerung des Schnittpunkts der sich kreuzenden
Achsen gegenüber dem Schabrad.
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Fig. 2 veranschaulicht einen Zahn 10 des Zahnradschabwerkzeugs. In
der dargestellten Form besitzt der Zahn ein Evolventenprofil, und seine entgegengesetzten
Flanken sind von einer Vielzahl von Nuten 12 unterbrochen, zwischen denen von den
Flanken wegragende Rippen 14 vorhanden sind; die Nuten 12 und die Rippen 14 sind
aus Fig. 3 deutlicher zu ersehen. In der Nähe des Fußes des Zahns 10 ist eine Unterschneidung
oder eine Ausrundung vorgesehen.
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Bis heute besitzen die Nuten 12 und die Rippen 14 gewöhnlich über
die gesamte Länge des Schabradzahns jeweils eine konstante Breite. Wenn man Zahnradzähne
in der beschriebenen Weise unter Anwendung eines diagonalen Vorschubs schabte, und
wenn man diesen Arbeitsgang in möglichst kurzer Zeit durchführte, um die Ausbringung
zu erhöhen, entstand bisher an den beiden Enden der Zähne bei -schrägverzahnten
Rädern eine evolientenförmige Erhöhung. Die Bemühungen, diesen Nachteil <<uszuschalten,
führten zu der Erfindung.
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Der Grund für die beobachtete Erhöhung ist, da.ß das Schabrad das
Ende der Zahnradzähne zu schnell verläßt, so daß es den vorgesehenen Arbeitsgang
nicht einwandfrei und vollständig durchführen kann. Um diese Schwierigkeit auszuschalten,
sieht die Erfindung ein Schabrad vor, bei dem in der Nähe der Endabschnitte der
Werkzeugzähne Schneidkanten in erhöhter Zahl vorhanden sind. Mit anderen Worten,
die den Endabschnitten der Werkzeugzähne benachbarten Schneidkanten sind in kleineren
gegenseitigen Abständen angeordnet als die dem mittleren Teil der Werkzeugzähne
benachbarten Schneidkanten. Ein so ausgebildetes Schabrad läßt das Arbeiten mit
hoher diagonaler Vorschubgeschwindigkeit zu, ruft die gewünschte Wirkung hervor
und vermeidet das Entstehen der evolventenförmigen Erhöhung an den Zahnenden des
bearbeiteten Zahnrads.
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Fig. 3 zeigt schematisch ein Stück eines Schabradzahns 10. In den
Flanken der Schneidzähne sind die Nuten 12 ausgebildet, so daß dazwischen die Rippen
14 stehenbleiben. Da es sich bei dem Zahn 10 um einen in seiner Längsrichtung schraubenlinienförmigen
Zahn handelt, besitzen die Nuten 12 vorzugsweise Seitenwände 15, die gegenüber der
Stirnfläche des Schneidwerkzeugs geneigt sind, so daß sich ein im wesentlichen rechtwinkliger
Schnitt mit den Seitenflächen oder Flanken 17 der Zähne bildet, so daß Schneidkanten
18 entstehen, die einen Winkel von annähernd 90° einschließen. Die entgegengesetzte
Seitenfläche 19 jeder Nut 12 liegt vorzugsweise in der Ebene des Schabrads und schneidet
daher die Flanke 17 des Schabradzahns derart, daß stumpfwinklige Schneidkanten 20
entstehen.
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Im allgemeinen bleibt die Breite der Nuten 12 annähernd konstant,
und die Anordnung der Schneidkanten in unterschiedlichen, gegenseitigen Abständen
wird durch Änderungen bezüglich der Breite der Rippen 14 bewirkt. In Fig. 3 erkennt
man daher, daß die vier den Enden der Schabradzähne am nächsten benachbarten Rippen
eine erheblich geringere Breite aufweisen als die gewöhnlichen Rippen, welche den
mittleren Teil der Schabradzähne bilden. Es sei besoziders auf die Tatsache aufmerksam
gemacht, daß die am Ende vorhandene Rippe im wesentlichen keine größere Breite besitzt
als die ihr benachbarten Rippen. Diese Tatsache wird besonders erwähnt, da es bei
manchen bereits bekannten Schabrädern allgemein üblich ist, eine verhältnismäßig
dicke Endrippe vorzusehen, um die Schabradzähne gegen Beschädigung zu schützen.
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Als Beispiel sei erwähnt, daß ein Schabrad mit einem Schrägungswinkel
von 17' mit 15 Nuten oder Einschnitten hergestellt wird. Die Ausführung dieser
Nuten oder Einschnitte entspricht Fig.3, und die Nuten besitzen geneigte Seitenwände,
um die Ausbildung vors einen spitzen Winkel einschließenden Schneidkanten zu vermeiden.
Die vier jedem Ende der Schabradzähne benachbarten Nuten oder Einschnitte besitzen
eine normale Breite (rechtwinklig zur Länge der Schabradzähne vom einen Ende zum
anderen gemessen) von etwa 1,05 mm. Die sieben zwischen den vier Endnuten liegenden
Nuten besitzen
<eine Normalbreite von etwa 1,1 mm. Die beiden
Endrippen oder Stege an den äußersten Enden des Schabrads besitzen eine Normalbreite
von etwa 0,47 mm. Die nächsten drei Rippen oder Stege in der Nähe der 1?ndstege
haben eine Normalbreite von etwa 0,43 mm. Die acht Rippen oder Stege im mittleren
Teil der Schabradzähne weisen eine Normalbreite von etwa 0,74 mm auf. In sämtlichen
Fällen wird die Breite der Stege oder Rippen sowie die Breite der Nuten oder Einschnitte
etwa 0,15 mm unterhalb der Außenfläche gemessen.
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Die Verwendung verhältnismäßig schmaler Rippen oder Stege in der Nähe
der Endabschnitte der Schabradzähne führt nicht nur dazu, daß zusätzliche :Schneidkanten
vorhanden sind, sondern die verminderte Breite dieser Stege hat auch zur Folge,
daß eine kleinere Fläche mit der betreffenden Flanke des Zahnrad- bzw. Werkstückzahns
in Berührung kommt, so daß man ein besseres Freischneiden erwarten kann. In jedem
Falle wird die unerwünschte evolventenförmige hohe Stelle an den Enden der Zahnradzähne
durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schabrads vermieden, ohne daß irgendwelche
andere Änderungen an dem Verfahren des Diagonalschabens von Zahnrädern vorgenommen
werden müssen. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Schabrads ermöglicht es somit,
die Dauer des Arbeitsvorgangs für die Fertigbearbeitung von Schrauben- oder Schrägzahnrädern
zu verringern; denn man kann beim Schaben solcher Zahnräder die Geschwindigkeit
des diagonalen Vorschubs erhöhen, ahne daß gleichzeitig die unerwünschten Erhöhungen
an den Werkstückzähnen entstehen.