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Werkzeug zum Abfasen der Zähne von Zahnrädern und anderen verzahnten
Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen zum Abfasen von Kanten
an den Zähnen von Zahnrädern, Zahnstangen oder Schnecken; diese Teile sollen insgesamt
unter den Ausdruck »Zähne von Zahnrädern od. dgl.« fallen. Die Art der hier in Frage
kommenden Abfasung umfaßt das Wegschneiden der Kanten zwischen den Flanken und den
Köpfen von Zähnen und ebenfalls ein Abrunden dieser Köpfe.
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Es ist ein zahnradförmiges Schabewerkzeug zum Fertigbearbeiten von
Zahnradwerkstücken bekannt, bei welchem die Zähne in Längsrichtung konkave bzw.
konvexe Zahnflanken haben. Die Zahnflanken des Schabewerkzeuges haben bei Fertigbearbeitung
eines Zahnrades mit Innenverzahnung konvexe Gestalt, während sie bei der Fertigbearbeitung
von Zahnrädern mit Außenverzahnung eine konkave Form annehmen; die einzelnen Zahnflanken
sind mit durchgehenden Nuten versehen, so daß Schneidkanten gebildet werden. Das
bekannte Werkzeug zum Fertigbearbeiten von Zahnrädern wird mit seiner Achse schräg
zur Achse des zu bearbeitenden Zahnrades angeordnet, und beide wälzen sich gegeneinander
ab.
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Demgegenüber besteht der Hauptzweck der Erfindung darin, ein Abfaswerkzeug
für Zahnräder zu schaffen, durch welches die Längskanten der Zähne eines Zahnrades
abgefast werden. Dabei wird von einem schrägverzahnten, zahnradförmigen Werkzeug
ausgegangen, bei dem auf den Zahnflanken in Radialebenen Schneidkanten ausgebildet
sind. Gemäß der Erfindung bilden die Zähne an ihren Fußenden einen spitzen Zahngrund
und stoßen aneinander, und die Flanken einer - Zahnlücke des Werkzeuges schließen
einen Winkel ein, der größer als der Zahnlückenwinkel des zu bearbeitenden Zahnrades
ist und bei welchem die Breite der Zähne des Werkzeuges, von jedem Ende ausgehend,
auf einen dazwischenliegenden Punkt fortschreitend abnimmt.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Zahnlücken an
einer Stelle zwischen den Enden am tiefsten ausgebildet sein und werden von dieser
Stelle aus nach beiden Endflächen des Werkzeuges hin flacher.
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Nach einer weiteren Ausführungsform eines Abfaswerkzeuges gemäß der
Erfindung kann das Werkzeug eine solche Breite haben, daß bei sich kreuzenden Achsen
von .Werkzeug und Werkstück die Endflächen des Werkzeuges über die Endflächen des
Werkstükkes beiderseits vorstehen.
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In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Endansicht des gemäß der Erfindung ausgebildeten
Werkzeuges, Fig.2 eine Teil-Draufsicht auf dieses Werkzeug und veranschaulicht zwei
seiner nebeneinanderliegenden Zähne, Fig. 3 eine schematische Ansicht und veranschaulicht
das Verfahren zum Herstellen der Zähne und der Zahnlücken des Werkzeuges, Fig.4
eine Seitenansicht eines Zahnrades, das durch die Schneidwirkung des Werkzeuges
abgefast worden ist, Fig. 5 eine Seitenansicht des Abkantwerkzeuges in seiner Eingriffslage
mit einem Werkstück-Zahnrad beim Abfasen der Zähne dieses Zahnrades, Fig. 6 eine
Endansicht von Teilen des in Fig. 5 dargestellten Werkzeuges und des zu bearbeitenden
Zahnrades, Fig. 7 eine Schnittansicht nach der Linie 7-7 der Fig. 5 und veranschaulicht
den Eingriffspunkt des Werkzeuges mit dem Zahnrad in der Mitte zwischen den Kopfflächen
beider Teile, Fig. 8 eine der Fig. 7 ähnliche Ansicht und veranschaulicht die Anwendung
der Erfindung für das Abfasen der Zähne von Innenzahnrädern, Fig.9 und 10 Einzelansichten
und veranschaulichen eine Abänderung des Abfasvorganges gegenüber dem in den vorhergehenden
Figuren dargestellten.
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Eine Art der gemäß der Erfindung erzielten Abfaswirkung ist in Fig.
4 mit Bezug auf ein Evolventenzahnrad W gezeigt. Die Zähne t dieses
Zahnrades haben Evolventenflanken f, die an beiden Seiten ihrer äußeren Enden abgefast
sind, so daß schrägverlaufende Flächen c entstehen, die von den Evolventenflächen
gegen die Mittenlinien der Zähne divergieren.
Das Werkzeug T; durch
das der Abfasvorgang durchgeführt wird, ist am Umfang mit schrägen Nuten oder Lücken
n und zwischen ihnen liegenden Zähnen versehen, welche die gleiche Teilung wie die
Zahnräder haben, mit denen sie, diese abfasend, zusammenarbeiten sollen. Diese Zähne
des Werkzeuges sind an ihren Flanken, wie es an den Schabrädern allgemein bekannt
ist, vorzugsweise vollständig durchgehend genutet, um eine Vielzahl von Schneidkanten
e zu bilden, die sich allgemein in Richtung vom Fuß zum Kopf erstrecken und in Längsrichtung
der Zähne im Abstand voneinander liegen. Diese Schneidkanten führen eine Schneidwirkung
aus und entfernen Material von den Werkstückzähnen, wenn sie sich mit ihm dergestalt
im Eingriff befinden, daß eine längsgerichtete Komponente einer Relativbewegung
oder ein Schlupf zwischen den im Eingriff befindlichen Zähnen von Werkzeug und Werkstück
auftritt, wie es beim Schaben von Zahnrädern auch der Fall ist. Die Zahnflanken
der Werkzeugzähne bilden mit den Flanken benachbarter Zähne einen Winkel, der bedeutend
größer als der Winkel zwischen den benachbarten Flanken der Zähne normaler Zahnräder
- d. h. ihr Flankenwinkel - ist, und benachbarte Werkzeugzähne liegen am Fuß näher
aneinander als diejenigen normaler Zahnradzähne. Der Eingriffswinkel des Werkzeuges
ist größer als der Eingriffswinkel des Werkstückes. Aus diesen Eigenschaften folgt,
daß, wenn ein Zahnrad od. dgl. mit dem Werkzeug in Eingriff gebracht wird, nur Kanten
der Zähne des Werkstücks zwischen den Flanken des Werkzeuges mit diesem in unmittelbaren
Eingriff kommen.
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Bei den in den Fig. 1 bis 8 gezeigten Werkzeugen stoßen die Zähne
an ihrem Fuß zusammen, ihre Flanken verlaufen gerade in Ebenen, die senkrecht zur
Achse verlaufen, und bilden mit den Flanken benachbarter Zähne einen Winkel von
annähernd 90°. Diese Einzelheiten sind aber, wie weiter unten noch erläutert, nicht
wesentlich.
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Werkzeuge gemäß der Erfindung, bei denen ohne gegenseitige axiale
Verschiebung von Werkzeug und Werkstück eine Bearbeitung erfolgt, sind mit Zähnen
und dazwischenliegenden Zahnlücken versehen, die unter einem schrägen Winkel zu
den Endflächen des Werkzeuges verlaufen und ungleiche Breite und Tiefe haben. Solche
Lücken und demzufolge die Zähne werden durch ein Schneidwerkzeug, im vorliegenden
Fall durch eine Schleifscheibe G (Fig. 3), hergestellt, die an ihrem Umfang ein
Profil entsprechend den vorgeschriebenen Formen der Lücken n hat und -die quer zum
Umfang des herzustellenden Werkzeuges in einer geraden Bahn bewegt wird, die zu
der Achse des Werkzeuges schräg verläuft und bei der das Schneidwerkzeug so angeordnet
ist, daß sein Umfang den Umfang des Werkzeuges schneidet. Die Projektionen der Bahn,
in welcher der Umfang des Schneidwerkzeuges das Werkzeug schneidet, sind bei P-P
in den Fig.2 und 3 dargestellt, und die Projektion der Werkzeugachse ist mittels
der Buchstaben Ta-Ta in Fig.2 angedeutet. Diese Projektionen kreuzen sich gemäß
Fig. 2 unter einem Winkel N, der beim Ausführungsbeispiel als der Schrägwinkel der
Lücken und der Werkzeugzähne d bezeichnet ist. Infolge der Tatsache, daß die Bahn
P-P gerade ist und schräg zur Werkzeugachse liegt, befindet sie sich von der Werkzeugachse
an den Punkten in einem größeren Abstand, an denen sie die Endflächen kreuzt als
an irgendeinem anderen Punkt, und liegt in der Mittelebene des Werkzeuges der Achse
am nächsten. Demzufolge sind die Lücken, welche das Schneidwerkzeug schneidet, in
der Mittelebene des Werkzeuges am tiefsten und breitesten und an den Endflächen
am flachsten und schmalsten und haben von jeder Endfläche bis zu der Mittelebene
eine fortschreitend größer werdende Tiefe und Breite. Umgekehrt sind die Zähne d
in der Mitte ihrer Länge am schmalsten und an ihren Enden am breitesten.
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Dieses Verfahren zur Herstellung der Werkzeugzähne ist einfach und
kann mit großer Geschwindigkeit und Genauigkeit durchgeführt werden. Ein Schneidwerkzeug,
beispielsweise eine Schleifscheibe G, ist, wenn es Zahnlücken mit geraden Flanken
und mit einem Winkel von 90° zwischen ihnen oder einem anderen ausgewählten Winkel
schneidet, am Umfang mit Abschrägungen versehen, die in axialen Ebenen des Schneidwerkzeuges
gerade verlaufen und sich an einem Scheitelpunkt treffen. Ein solches Schneidwerkzeug
kann schnell und genau hergestellt und von Zeit zu Zeit abgerichtet werden.
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Zur Durchführung der Abfasung mit Hilfe eines Werkzeuges gemäß der
Ezfindung werden das Werkstückzahnrad und das Werkzeug in eine Lage mit sich kreuzenden,
d. h. schräg zueinander verlaufenden Achsen und in Eingriff miteinander gebracht.
Die Achsen von Werkzeug und Werkstück schneiden sich zwar nicht, jedoch schneiden
sich ihre Projektionen in einer parallel zu den beiden Achsen verlaufenden Ebene,
und der Winkel zwischen diesen Projektionen ist der sich kreuzende Achsenwinkel
von Schneidwerkzeug und Werkstück. In Fig. 5, in der die Projektion der Werkzeugachse
mit Ta-Ta und die Projektion der Werkstückachse mit Wa-Wa bezeichnet ist, ist der
Winkel der sich kreuzenden Achsen mit S bezeichnet. Das Werkstückzahnrad Wist als
Schraubenrad dargestellt, dessen mittlerer Steigungswinkel mit H bezeichnet ist.
Die algebraische Summe der Winkel S und N ist gleich dem Winkel
H, und jeder dieser Winkel oder auch beide können verändert werden, damit
das Werkzeug für Werkstückzahnräder von verschiedenen Steigungswinkeln innerhalb
eines weiten Bereiches verwendet werden kann, einschließlich für Stirnräder. Für
den Zweck der vorliegenden Beschreibung wird ein Stirnrad als- Schraubenrad mit
einem Steigungswinkel von 0° angesehen.
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Der Winkel S der sich kreuzenden Achsen kann einen beliebigen Wert
innerhalb eines weiten Bereiches haben, jedoch hat sich herausgestellt, daß die
besten Resultate für Schraubenräder und Stirnräder erzielt werden, wenn dieser Winkel
einen Wert zwischen 15 und 25° hat. Bei Schraubenrädern soll dieser Winkel wesentlich
größer sein, beispielsweise die Größenordnung von 45° oder mehr oder weniger haben.
Wenn der Winkei S für das Bearbeiten eines gegebenen Werkstückes auf einen geeigneten
Wert festgelegt ist, ist alsdann der Winkel N auf einen Wert festzusetzen, der die
Gleichung S+N=H erfüllt.
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Nachdem die Teile in der beschriebenen Weise in Eingriff miteinander
gebracht worden sind, wird entweder das Werkzeug oder das Werkstückzahnrad um seine
Achse angetrieben. Der angetriebene Teil versetzt infolge der Wirkung der kämmenden
Zähne den anderen in Umdrehung. Auf den einen oder anderen Teil wird zusätzlich
ein äußerer Druck ausgeübt, der die Teile näher aneinander heranzubringen sucht.
Infolge der Divergenz ihrer Umdrehungsbahnen tritt zwischen den kämmenden Zähnen,
wie schon vorstehend erwähnt, ein längsgerichteter Schlupf ein, wodurch die Schneidkanten
an den Seiten der Werkzeugzähne Material von den Kanten der Zähne des
Werkstückzahnrades
wegarbeiten; dabei ist die weggearbeitete Menge von der Entfernung abhängig, um
welche der eine Teil unter dem ausgeübten Druck gegen den anderen vorrückt. Die
Bedingung für maximale Mengen an entferntem Material sind in den Fig. 4, 6, 7 und
8 angedeutet, in denen die abgefasten Flächen an den Schraubenmittenlinien der Zähne
aneinanderstoßen, sowie in den Fig. 9 und 10, in denen die Zähne an den Köpfen abgerundet
sind.
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Die Herstellung der Werkzeugzähne mit sich ändernder Breite hat, wie
erwähnt, zur Folge; daß sie die Köpfe der Zahnradzähne umgreifen und mit ihnen von
dem einen bis zum anderen Ende in Berührung kommen, vorausgesetzt, daß die Flächenbreite
des Werkzeuges (das ist seine axiale Länge) genügend groß ist, um über beide Endflächen
des Werkstückzahnrades in einer gegebenen axialen Ebene dieses Rades vorzuragen.
Diese Bedingung ist in Fig. 5 dargestellt, in welcher die Endflächen des Werkzeuges
die Zahnradachse Wa-Wa außerhalb der Endflächen des Werkstückzahnrades kreuzen.
Unter diesen Bedingungen stellt das Werkzeug eine gleichförmige Abfasung längs der
gesamten Länge der Zähne des Werkstückzahnrades her oder eine solche, die für alle
praktischen Zwecke genügend gleichförmig ist, ohne daß eine axiale Verschiebung
von Werkzeug oder Zahnrad stattfindet. Das Abfasen von Zahnrädern kann somit sehr
schnell und oftmals in wenigen Sekunden auf den gewünschten Betrag durchgeführt
werden.
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Wenn auch die Herstellung der Zahnlücken in dem Werkzeug durch eine
geradlinige Querbewegung eines Schneidwerkzeuges, das abgeschrägt, im Profil gerade
verlaufende Flächen hat, im Hinblick auf die leichte und schnelle Herstellung der
Werkzeugzähne und auf die Aufrechterhaltung der Genauigkeit bedeutsam und wertvoll
ist, können dennoch Abweichungen von diesen Maßnahmen vorgenommen werden, Wenn es
beispielsweise erwünscht ist, Zahnräder mit anderen Formgebungen als mit einer geraden
Abschrägung abzufasen, kann die Schleifscheibe oder ein gleichartiges Schneidwerkzeug
mit im Profil gekrümmten Flächen, die entweder konvex oder konkav sein können, versehen
sein, wodurch den Zahnlücken des Werkzeuges entsprechende Formen erteilt werden.
Wenn es erwünscht ist, Zähne von Werkstückzahnrädern an ihren Enden tiefer als in
der Mitte abzufasen, kann das Schneidwerkzeug zur Herstellung des Werkzeugs quer
zum Werkzeug in einer Bahn verschoben werden, die gegen die Achse des Schneidwerkzeuges
gekrümmt verläuft. Wenn andererseits Werkzeugzähne hergestellt werden sollen, die
an den Enden schmaler als in der Mitte sind, kann das Schneidwerkzeug, gleichgültig,
ob es an seinem Umfang gerade oder gekrümmte Abschrägungen hat, quer zu dem Werkzeug
in einer-- gekrümmten Bahn bewegt werden, die von der Achse des Werkzeuges nach
außen gebogen ist. Ein Werkzeug, das in der zuletzt beschriebenen Weise hergestellt
ist, kann zum Abfasen der Zähne von Innenzahnrädern (Fig. 8) verwendet werden.
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Es ist oftmals notwendig oder erwünscht, die Zähne von Zahnrädern
od. dgl. derart umzuformen, daß Material an den Köpfen und auch an den äußeren Kanten
entfernt wird, so daß die Zahnköpfe abgerundet oder zu scharfen Rippen verringert
werden. Es ist weiterhin oft erwünscht, Grate an den Verbindungsstellen der Flanken
mit den Köpfen der Zahnräder mit oder ohne Abrundung der Zahnköpfe zu beseitigen.
Die Fig.9 und 10 veranschaulichen zwei Zähne d' und die zwischen ihnen vorhandene
Lücke sowie ein abgeändertes Werkzeug, das dazu bestimmt ist, Material in dieser
Weise zu entfernen, wobei der Fuß der Lücke bei n' eine fortlaufende, konkave Krümmung
aufweist und die Flanken so angeordnet sind, daß sie einen Winkel einschließen,
der kleiner als der Flankenwinkel der in den Fig. 1, 6, 7 und 8 gezeigten- Lücken
ist. Fig. 9 zeigt ferner einen Zahn t' eines Werkstückes und veranschaulicht durch
die gestrichelten Linien den zu entfernenden Materialbetrag sowie die durch das
Abfasen hergestellten endgültigen Konturen. Derselbe Zahn ist in Fig. 10 in voller
Eingriffsstellung mit dem Werkzeug dargestellt.
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Die zur Herstellung eines Abkantwerkzeuges verwendete Schleifscheibe
oder ein anderes Schneidwerkzeug hat am Umfang ein Profil, das sich zu dem vorgeschriebenen
Profil der Lücken ergänzt, und wird in derselben Weise wie oben beschrieben, angeordnet.
Bei der Herstellung von Abkantwerkzeugen, die in axialer Richtung nicht genügend
lang sind, um die ganze axiale Länge der Zähne od. dgl., auf die sie einwirken,
zu übergreifen, wird die formende Schleifscheibe oder das formende Schneidwerkzeug
quer über das herzustellende Abkantwerkzeug in Bahnen in einem gleichen Abstand
von ihren Achsen bewegt, so daß die in dem Werkzeug eingeschnittenen Zähne und die
Zahnlücken eine gleichförmige Breite haben.