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Vorrichtung zum Feinbearbeiten von Zahnrädern mit einem zugeordneten
verzahnten Werkzeug ohne Flankenspiel Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Feinbearbeiten von Zahnrädern mit einem dem Werkstück im Sinne des gegenseitigen
Abwälzens ohne Flankenspiel zugeordneten verzahnten Werkzeug durch Schaben, Läppen,
Honen od. dgl.
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Mit den üblichen Vorrichtungen dieser Art, insbesondere durch das
Zahnradschaben, war es bis vor einiger Zeit nicht möglich, einwandfreie Zahnflanken
zu erreichen, vielmehr entstanden an den Zahnflanken mehr oder weniger große Abweichungen
von dem gewünschten Profil, denen man nur mit entsprechen den Gegenkorrekturen am
Werkzeugprofil begegnen konnte. Diese Tatsache beruht im wesentlichen auf der Kräfteverteilung
an den ohne Flankenspiel aufeinander einwirkenden Zähnen.
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Es ist bekannt, der erwähnten Kräfteverteilung dadurch Rechnung zu
tragen, daß bei der Werkstück-Werkzeug-Paarung Werkstücken in einem bestimmten Zähnezahlbereich
ein ganz bestimmtes Werkzeug zugeordnet wird. Dies hat an sich zu befriedigenden
Ergebnissen geführt. Ist eine größere Anzahl verschiedener Zahnräder zu bearbeiten,
so ist entweder auch eine verhältnismäßig große Anzahl von Schabrädern notwendig,
oder man muß eine mehr oder weniger große Abweichung von dem gewünschten Profil
in Kauf nehmen.
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Zweck der Erfindung ist, dieses zu vermeiden, d. h., es sollen Schabräder
mit Werkstückzahnrädern gepaart werden, ohne daß Rücksicht auf die Zähnezahl des
Werkstückes genommen wird. Es zeigt Fig. 1 den spielfreien Eingriff zweier Zahnräder
unter Kennzeichnung der Grundkreise, Kopfkreise und der Eingriffslinien, Fig. 2
die Eingriffsstrecke aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig.3 schematisch eine
erfindungsgemäße Zahnradpaarung.
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In Fig. 1 bis 3 bedeutet
| 5 (als Bezugszahl oder als Index) Werkstück, |
| z. B. Zahnrad, |
| 6 (als Bezugszahl oder als Index) Werkzeug, |
| z. B. Schabrad, |
| a erste Werkstück-Werkzeug-Paarung, |
| b zweite Werkstück-Werkzeug-Paarung. |
Diese Ziffern und Buchstaben als Indizes direkt hinter die nachstehend erläuterten
Buchstabenbezeichnungen gesetzt, ordnen diese den entsprechenden Elementen - Zahnrad
bzw. Schabrad bzw. Paarung - zu.
| O Radmittelpunkt, |
| dl, Kopfkreis, |
| d, Grundkreis; d,6 bedeutet demnach: Grund- |
| kreis des Werkzeuges, |
| e Eingriffsstrecke, |
| e2 Teilstrecke der Eingriffslinie, während der |
| sich beim spielfreien Eingriff zwei Zahn- |
| flanken gleichzeitig berühren, genannt |
| 2-Flanken-Berührungsteilstrecke, |
| e.; 3-Flanken-Berührungsteilstrecke, |
| e4 4-Flanken-Berührungsteilstrecke, |
| tg Grundkreisteilung = to - cos ao |
| mit to = Zahnteilung |
| ao = Eingriffswinkel, |
| s7, s$, s9 Symmetriepunkte der Flankenberührungs- |
| strecken, |
| 10 Verlauf der Evolventenfehler, über der Ein- |
| griffsstrecke aufgetragen. |
Die Erfindung geht von der mit der vorher geschilderten Maßnahme bekanntgewordenen
Tatsache aus, daß beim Schaben der Verlauf der unerwünschten Evolventenabweichung
eine Funktion der Verteilung der auf den Zahnradzahn einwirkenden Schabkräfte ist
und daß diese Evolventenabweichungen über der Eingriffsstrecke einen sinuskurvenartigen
Verlauf 10 (Fig. 2) haben.
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Dabei Biegt der Nulldurchgang jeweils in den Symmetriepunkten s der
Berührungsteilstrecke. Da der Abstand dieser Symmetriepunkte gleich der halben Grund'kreisteilung,
also gleich 1/2 tg ist, hat der Fehlerverlauf ein Periode, die die Größe einer Grundkreisteilung
oder eines ganzzahligen Teils derselben hat.
Wird der Evolventenfehler
über der Eingriffsstrecke e" (Fig.2) aufgetragen, so hat er beispielsweise links
von s7 einen positiven Wert, zwischen s7 und s8 einen negativen, zwischen s8 und
s9 einen positiven und rechts von s9 einen negativen Wert. Der Fehlerverlauf hat
also die Periode einer Grundkreisteilung tg.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Evolventenfehler
zu vermeiden oder mindestens zu verkleinern, ohne die Werkstück-Werkzeug-Paarung
mit Kopfkreis, Profilverschiebung od. d'gl. auf einen bestimmten Zähnezahlbereich
des Werkstücks abstimmen zu müssen. Die Lösung dieser Aufgabe hat auch den Vorzug,
däß dann das Werkzeug nach einem für die Standzeit maßgeblichen Gesichtspunkt ausgelegt
werden kann.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch mindestens zwei Werkstück-Werkzeug-Paare
gelöst, die vorzugsweise formschlüssig gekuppelt sind und mit einer im wesentlichen
unveränderten Eingriffsversetzung (Phasenverschiebung) von einem ganzzahligen Teil
der Grundkreisteilung paarweise aufeinander abwälzen.
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Da die im Verlauf des Eingriffs veränderlichen Schabkräfte ein relatives
Vor- und Nacheilen des Werkstückzahns gegenüber dem Werkzeugzahn hervorrufen, müssen
die aus beiden Eingriffen resuhierenden Schabkräfte durch gegenseitiges Einwirken
wesentlich kleiner werden oder einander aufheben, wenn die Paarungen im Sinne des
gegenseitigen Verdrehens gekuppelt sind und in der geschilderten Weise mit einer
Phasenverschiebung laufen. In den meisten Fällen wird der Evolventenfehler mit einer
Periode gleich der Grundkreisteilung auftreten.
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Andererseits wird es aus Gründen des technischen Aufwands zweckmäßig
sein, die Zahl der Werkstück-Werkzeug-Paarungen auf zwei zu beschränken. Die Erfindung
wird daher so ausgestaltet, daß sich zwei gleichachsige, im Sinne des gegenseitigen
Verdrehens gekuppelte Werkstücke so im Eingriff mit zwei ebenfalls gleichachsigen,
im Sinne des Verdrehens gekuppelten Werkzeugen befinden, daß der eine Eingriffsverlauf
dem anderen um etwa 1/4 bis 1/2 der Zahnteilung vor- oder nacheilt. Es kann eine
vorzugsweise formschlüssige Kupplung vorgesehen sein.
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In Fig. 2 stellt sich die Erfindung so dar, daß der Eingriffsstrecke
e" der einen Paarung eine Eingriffsstrecke eb der anderen Paarung derart überlagert
ist, daß die eine der anderen um eine halbe Grundkreisteilung vor- bzw. nacheilt.
Der Fehlerverlauf 10",10b auf jeder dieser Eingriffslinien e" bzw. eb ist zum ;
anderen jetzt gewissermaßen komplementär; dies bedeutet, daß sich die zu den beiden
Fehlerverläufen gehörenden Kräfteverläufe zu einem resultierenden Verlauf zusammensetzen,
der sich mehr oder weniger dem Wert Null annähert. Damit wird auch der Evolventenfehler
verkleinert bzw. aufgehoben.
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Fig. 2 macht deutlich; daß es nicht unbedingt notwendig ist, eine
Phasenverschiebung von genau 1/2 tg einzuhalten. Bereits eine Annäherung an diesen
Wert würde eine Verbesserung bedeuten.
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Fig. 3 zeigt schematisch zwei Schabräder 5 a und
5b,
auf einer gemeinsamen Werkzeugspindel mit einer gegenseitigen Versetzung
einer halben Teilung formschlüssig aufgespannt, d. h., ein Zahn des. einen Schabrades
fluchtet mit der Zahnlücke des anderen Zahnrades. Dieses Schabradpaar greift in
ein Werkstückpaar 6" und 6b ein, das. mit einer entsprechenden gegenseitigen Versetzung
auf einem Werkstückdorn festgespannt ist. Das gegenseitige Abwälzen erfolgt mit
Eingriffslinien, die ebenfalls gegeneinander versetzt sind, wie in Fig. 2 dargestellt
ist, d. h., der eine Eingriff eilt dem anderen um 1/2 t, vor bzw. nach.
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Verläuft der Längsvorschub des Werkzeugs relativ zum Werkstück so,
daß er bei der für das Zahnradschaben üblichen Achskreuzung die gesamte Werkstücklänge
bestreicht, ohne daß das Schabrad der einen Paarung gegen das Zahnrad der anderen
Paarung stößt, so können die Schabräder zylindrisch ausgebildet sein. Im anderen
Falle müssen sie in bekannter Weise konisch oder zum Eintauchschaben hyperbolisch
gestaltet sein. Insbesondere im letzten Falle müssen die Schneidnuten der Schabräder
in bekannter Weise einer Schraubenlinie folgen.
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Zur Durchführung der Erfindung ist es nicht notwendig, zwei vollständige
Zahnrad-Schabrad-Paarungen abwälzen zu lassen. Es können ,ebensogut auch zwei Schabräder
in ein Zahnrad oder zwei Zahnräder in ein Schabrad eingreifen, wichtig ist lediglich,
daß das erfindungsgemäße gegenseitige Vor- bzw. Nacheilen der Eingriffslinien verwirklicht
wird.
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Der Erfolg der eingangs geschilderten bekannten Maßnahme ist stark
von der Güte der Vorverzahnung abhängig. Bei der Anwendung der Vorrichtung nach
der Erfindung ist dies dagegen weniger der Fall. Die Erfindung hat auch den Vorzug,
daß sich die Bearbeitungszeit im Verhältnis der Anzahl der gleichzeitigen Eingriffe
verkürzt.