DE1552172A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fertigbearbeiten von Zahnraedern aus einem vorgefertigten Rohling - Google Patents

Description

Der Patentanwalt Dipl-Ing. W. Beyer .

FRANKFURT/MAIN " · -^ FREIHERR-VOM-STEIN-STRASSE18

In Sachen: Az,:

Ford-Werke P 15 52 172.9

Aktiengesellschaft

Patentanrael du η g

Verfahren und Vorrichtung zum Fertigbearbeiten von Zahnrädern aus- einem vorgefertigten Rohling

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern.

Die bei der Einzelherstellung von Präzisionszahnrädern angewendeten Bearbeitungsverfahren sind entweder Formverfahren oder Wälzverfahren. Für die Massenproduktion von Zahnrädern hingegen kommen nur Wälzverfahren in Betracht. Bei dem Formverfahren wird ein Fräswerkzeug wie beispielsweise ein Formfräser mit Zähnen verwendet, die dem Profil der gewünschten Zahnlücke entsprechen. Die Fräserzähne werden ebenfalls durch ein Formverfahren hergestellt. Der Formfräser wird aus einer ä Anzahl von Standardfräsern für jede Teilung ausgewählt. Die Auswahl des Formfräsers für eine gegebene Teilung hängt von der Anzahl der Zähne des zu fräsenden Zahnrades ab.

Bei den Välzverfahren besitzt das Werkzeug eine Gestalt, die den erzeugten Zahn einhüllt, wenn dieser in Eingriff mit dem Werkzeug abgewälzt wird.

Bei den meisten Zahnradwälzverfahren wird ein Einheitszahnstangenprofil benutzt. Ist das Werkzeug ein Schneidewerkzeug, dann erfolgt die Spanabhebung entweder durch Hin-und Herbe-

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wegung der Zahnstange in Richtung der Achse des Zahnradrohlings oder durch Abwälzen des Rohlings auf der Zahnstange. Das endgültige Zahnprofil, das gewöhnlich ein Evolventenprofil ist, wird durch aufeinanderfolgende Zerspanungen unter der Wirkung der Zshnstangenschneidkanten erzeugt.

Bei anderen ^uälzverfahren hingegen wie beim Stoßen mit Stoßrad und beim Zahnradschaben wird ein rundes Fräserwerkzeug mit evolventenförmigen Schneidkanten für die aufeinanderfolgenden Zerspanungen am Werkstück benutzt.

Bei den bekannten Wälzverfahren liegt in jedem Augenblick nur Punktberührung zürn Werkzeug und -/erkstück vor, weshalb die Fertigbearbeitungszeiten verhältnismässig lang sind. Bei den Formverfahren wie auch beim Zahnradschaben sind die Herstellung und das Nachbearbeiten der Werkzeuge verhältnismässig aufwendig.

.Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern zu schaffen, das nach "Vorfertigung eines Rohlings eine Fertigbearbeitung desselben in kürzester Zeit gestattet und ein leichtes Nachbearbeiten des Fertigbearbeitungswerkzeuges ermöglicht. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dei? ein zylindrischer Rohling zunächst in bekannter -/eise durch spanende Bearbeitung mit' Zahnlücken versehen wird und ds.3 daraufhin das an sich bekannte Profilwalzen zur Druckumformung des Werkstückmaterials zwischen achsparallelen und quer zu ihren Achsen relativ zueinander zustellbaren Rollwerkzeugen angewandt x»/ird, wobei die Rollwerkzeuge als Zahnwalzen mit EinheitsZahnstangenprofil ausgebildet sind und mindestens eine Flanke jedes Walzenzahns in zwei Abschnitte mit verschiedenen SingriffswinkeIn unterteilt ist.

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Der Z^hnradrobliη*"" vird. zweckmässiiT vor~ePoIr^₁I¹TOt. Beim η ^Ohf θ!'"Sn don Profi 1 V^ra 2 ZQTi Verur Sa<"her die Z H ΓΙ Tl G der Ι?θ] Ί — werkzeuge r.uf den Flanken des Zahnradrohli^s einen Material fluss, d.h. das Materie] wird verlagert. ~?Ane Schneidvirkun wie "beim Z^hnradfraser und Z9hnr^adschaber. tritt nicht ruf. Dip Βο"Π verk"eu~e führen eine reine Drehbewegung aus, eic romit ""ru^dVTrhicdon von dor charakteristischen hin—und he^ehpn den Bewe^;un3 der Zrhn st ^n£;en zähne bei den vorbekanrtcn Wälsverfshren ist.

Ir-soweit h?t άρχ er./indun^sge^äcse Vorfahren Ähnlichkeit ^.it dor bekannten Pr^filwalsen von Gewinden und nerra^verz^T.^ y^n^rt"PO T^it k"^ β·ί rpw ?ΡΧ"11"""^0"^ R dU"^^ ViTn ρ η ρ λτι ' ^-ϊ Q "K 0 -ϊ ρ|^|\^> Voti kÖTTTnlichen Gcwindev^"! stt^.n^.hino verwendeten runden Holion tTProTi "^edoch selbst Fcb^riubenfo^TpiT·^{0 /}^oⁱ'^Tinfle U¹^c ^nben keine Ähnlichkeit mit den ^inheitsz^hnnten^en-Zrihnen, die-

Gerr:so wie d^a.s Stoß- odor ^T-'äü zf rHnverkzeu^ sind die Ho-Ülwerkzeu^e n?ch der TIrfίη,α-αη^ ?ls Z^hn'-.^lzen mit z?.hnracerz^u^enden Z*ihnen "UP'^ebi"' dct dl ο °uf der ^eoTetrn e einer Zahnstange aufbauen. Die '-.'nl ζ en ζ n'r.v.o sind p'edoch ineoveit anders geformt« °.Is ^hrs Goo*r.e"trrie von der^eni^on einer Einheits-Zahnstan^enzahns abv/eicht.

cie -!sIzenzärnc in Anlage mit dem Zahnrrdrehung kommen v^r-i""d ei¹" Evo^vei^terTT^o^*^ "* α···'·^£> d°™ Höh"¹ '^^ Λ-ηηρ··-™^ Μ Hierbei ve^d^ün-^en die '/Jalzs^zä^n^¹ das I^'C'f³"!"' auf den Zahnflankcn des Rohlings. Die Sichtung dos Metallflusses auf der nacheilenden Flanke des vorgefertigten Zahns hat ein Evol vertenrro^il, das vor eier P^cntun"* des Meta"¹ ]f Busses auf ce*· v^reuenden F~.sn.ke verschieden ist. Im letzteren Fall fliegst das Ketsll vom Schnittpunkt der Zahnflanke mir dem ^g-I" '.·■»!(>■! c; ""i\}f so^T"'oh^ radial n^ch aus^T'^Tä.rts w^ ο radial r.^"b einv.'ärts. Der Ket?llfluss auf der nacheilenden Flanke beginnt im Gegensatz hierzu im radial äusseren und radial inneren Vbschnitt des Flankenprofils und nimmt zum Schnittpunkt der Zahnflanke mit dem Teilkreis hin zu.

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Infolge dieser Deformation ist der Zahn selbst hohen Druckspannungen unterworfen, die ihn zu verlängern suchen. Das erfindungsgemässe Verfahren berücksichtigt diese Unterschiede ±n der Art des Metallflusses auf beiden Flanken des erzeugten Zahns, und es berücksichtigt weiterhin die durch die Druckspannungen verursachtej Zahndeformation, die beim Walzen auftritt. Das endgültige Zahnprofil nähert sich dadurch ausreichend den genauen geometrischen Anforderungen mit sehr geringen Abweichungen und einer minimalen Teilkreisdurchmesserabweichung.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die eine Zahnwalze auf einem durch ein Druckmittel betätigbaren Vorschubschlitten angeordnet ist und die Drehachse des Rohlings in Vorschubrichtung des Schlittens verschieblich gelagert ist, während die andere Walze ortsfest gelagert ist.

Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, dass die Zahn- j \

walzen längs der ihre Achsen enthaltenden Ebene kraft- ί Ι

ι { schlüssig gegeneinander abgestützt sind.

Beide Zahnwalzen können mechanisch angetrieben werden. Der Vorschub der Zahnwalzen wird zweckmässig durch meahanische Anschläge begrenzt, deren Stellung für Jede Walze steuerbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Ee zeigen : ■

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung dee erfindungsgemässen Zahn-

.} radwalzens mit einem hydrostatischen Kraftzylinder zum Antrieb eines Walzenschlittens sowie einer Steuereinrichtung für das den Kraftsylindor betätigende Druckmittel,

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Fig. 2 in. größerem Maßstab eine Draufsicht auf

die beiden Zahnwalzen im Eingriff mit dem dazwischen gelagerten Zahnradrohling,

Fig..3 in Profi!darstellung die Erzeugung der

Zähne des Hohlings durch das Abwälzen zwischen den Valzenzähnen,

Fig. 4- in schemntischer Darstellung die Evolventenerzeugung bei zwei im Singriff befindlichen Evolventenzahnrädern,

Fig. 5 das Profil eines Schleifrades zum Nachschleifen der Zähne an. den Zahnwalzen nach a ■ Pig. 2, ■ " . *

Fig.. 6 das Zahnlückenprofil eines A.bziehwerkzeuges für das Schleifrad nach Fig. 5,

Fig. 7 in schematischer Darstellung eine Välzfräs-

maschinenanordnung zum Vorbearbeiten des Zahnrohlings, bevor dieser gewalzt wird,

Fig. 8 in teilweise weggebrochener und teilweise geschnittener Stirnansicht eine Zahnwalze mit dem zu bearbeitenden Rohling und einem Teil der anderen Zahnwalze nach Linie 8-8 in Fig.9,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch die Zahnwalzen und den Rohling nach Linie 9-9 in Fig. 8, ™

Fig. 10 F-ine Draufsicht auf einen Teil einer Zahnwalze nach Fig. 8 mit zwei oben befindlichen schräggerichteten Zähnen und einen 'Schnitt durch' eine seitliche Zahnlücke,

Fig.11 einen Normalschnitt durch die Walzenzähne nach Fig. 10 in größerem Maßstab.

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Pig. 12 ein Blatt Koordinatenpapier für ein Zahnradprüfgerät mit eingezeichnetem Toleranzfeld
für die Schrägung der Zähne an den Zahnwalzen nach Fig. 2,

Fig. 13 ein Blatt Koordinatenpapier für das Zahnradprüfgerät mit eingezeichnetem Toleranzenfeld für den Profilverlauf der voreilenden Zahnflanken an den Zahnwalzen nach Fig. 2,

Fig. 14 ein Blatt Koordinatenpapier für das Zahnradprüfgerät mit eingezeichnetem Toleranzenfeld für den Profilverlauf der nacheilenden Zahnflanken an den Zahnwalzen nach Fig. 2,

Fig. 15 eine Zusammenstellung der Daten der beim Fertigbearbeiten des Ritzels nach Fig. 17a benutzten schrägverzahnten Y/alzen,

Fig. 16 in vergrößertem Maßstab das Zahnprofil einer Zahnwalze,

Fig. 17a im Längsschnitt ein Ritzel zur Fertigbearbeitung durch die mit einem Walzenprofil nach Fig. 16 versehenen Zahnwalzen nach Fig. 2,

Fig. 17b eine Stirnansicht des Ritzels nach Fig. 17a in Richtung der dortigen Pfeile 17B-17B betrachtet,

Fig. 18 eine Draufsicht auf einen Zahn des Ritzels nach ■ Fig. 17a in vergrößerter Darstellung,

Fig. 19 eine Zusammenstellung der Zahndaten eines Ritzels, das mit Zahnwalzen nach Fig. 2 und einem Walzenzahnprofil nach Fig. 16 bearbeitet ist,

Fig. 20 in vergrößertem Maßstab ein durch Polieren und

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Ätzen erhaltenes Gefügebild im Zahnprofil des Ritzels nach Fig. 17a,

Fig. 21 in schematischer Darstellung den Metallfluß bei einem gewalzten Ritzelzahn.

In Fig. 3 der Zeichnung ist ein Teil eines Werkstückes 10 gezeigt, das sich in Eingriff mit einer abrollenden Zahnwalze 12 befindet* Jede Zahnwalze 12 nach Fig» 3 dreht sich und unterscheidet sich in dieser Hinsicht von den herkömmlichen hin-und hergehenden Zahnstangen, die beim Zahnradstoßen verwendet werden. Die Zähne solcher herkömmlichen Zahnstangen \ heben gerade Flanken anstelle der Evolventenfarm nach Fig. 3 . (

Beitn Schruppen der Zähne 14- des Rohlings 10 durch Stoßen werden diese schrittweise in aufeinanderfolgenden Stufen erzeugt· Die Relativstellungen der Zähne eines Stoßrades im ' Verhältnis zu den Zähnen 14· des Rohlings 10 sind durch eine übereinandergeschichtete Darstellung der Zahnköpfe des Stoßraäes angedeutet.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren durchlaufen die Zähne 14 des fertig zu bearbeitenden Zahnrades 10 nacheinander die Zahnlücken zwisehen den Zähnen der Walzen 12. Bei der Drehung der Walzen würde jedoch nicht alles Metall des Zahnradrohlings während einer einzelnen Umdrehung deformiert werden· \ Di0 Walzen müssen vielmehr fortgesetzt gegen·den Rohling züge- , | stellt werden, wobei die Achsen der Zahnwalzen kraftschlüs- ! slg gegeneinander abgestützt sein müssen, solange der WsIzprozess andauert» ,

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Zahnwalzen so gelagert, daß sie um parallele Achsen rotieren. Das Ritzel 20 befindet sich zwischen den Zahnwalzen im Zahneingriff* 'Venn der Achsabstand zwischen den Zehnwalzen 16 und 18 abnimmt, nimmt die j Zabnlückentiefe zwischen den gewalzten Evolventenzähnen cles > Ritzels 20 zu. Diese Achsverschiebuns der Zahnw'alzen wird durch Anwendung einer Zahnrnd\»;alzTnaschine mit einem hydro- ' statischen Kraftzylinder gemäß der Darstellung in erreicht.
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G-emäss Fig. 1 ist die rechte Zahnwalze 16 drehbar auf einem Walzenschlitten 22 gelagert. Der Walzenschlitten 22 trägt einen Kolben 24, der in einem Zylinder 26 verachieblich ist. Der Kolben ?Λ trennt den Zylinder 26 in zwei entgegenwirkende ^Arbeitsknmmern 28 und 30, denen Druckmittel durch Druck- - * leitungen 32 bzw. 34- zuführbar ist.

Für den VaIzenschlitten 22 ist ein Schnellvorschub in die WaTzstellung vorgesehen, dem ein Druckaufbau in der Arbeitskammer 28 folgt, unter welchem die Zahnwalzen dann das Metall auf den Zahnflanken des Rohlings verdrängen. Der Arbeitskammer 28 wird das Druckmittel durch eine Kolbenpumpe 36 mit variablem Füllungsgrad zugeführt, die von einem Elektromotor ψ 38 antreibbar ist. Der gleiche Motor treibt eine zweite Pumpe 40 mit konstantem Füllungsgrad. Diese Pumpe 4-0 bewirkt den Schnellvorschub sowie einen schnellen Rücklauf des Schlittens 22. Hierzu wird der Auslass der Pumpe 36 mit dem Auslass der Pumpe 40 verbunden. Beide Pumpen 36, 40 saugen aus einem Druckmittelsumpf 39 über Filter 41.

Die Pumpe 36 zur Erzeugung des Walzendruckes ist mittels einer Verstellvorrichtung 42 von Hand einstellbar. Jeder Pumpe 36 bzw. 40 ist ein eigenes Druckbegrenzungsventil 44 bzw« 46 zugeordnet, das an der Auslasseite der Pumpe sitzt.

P Das Druckbegrenzungsventil 44 liegt an einer Leitung 48, an welche ein Steuerdruckregelventil 50 angeschlossen ist. Dieses Ventil steuert die Verbindung zwischen der Leitung 48 und einer Leitung 52, die zu einem Richtungsumkehrventil 54 führt. Ein zweites Richtungsumkehrventil 56 ist über eine Leitung 58 hydraulisch mit dem ersten Richtungsumkehrventil 54 verbunden.

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Eine zweite Leitung 60 ist parallel zur Leitung 58 an das Uiiikehrventil 54 angeschlossen. Die Leitungen 58, 60 enthaltende ein Rückschlagventil 62 bzw. 64. Ein steuerbares Drosselventil 66 steuert den Vorschub des Walzenschlittens 22. An die Yereinigungsstelle 68 der Leitungen 58 und 60 ist ein Druckmesser 70 zur Anzeige des Walsdruckes angeschlossen. Die Druckleitung 72 der mit konstantem' Füllungsgrad arbeitenden Pumpe 40 mündet in die Leitung 58 an einer Stelle zwischen den Ventilen 62 und 54·

Das Druckregelventil 50 sorgt für einen geregelten Steuer- % druck in den Leitungen 74 und 76, die links bzw. rechts an den Ventilen 54 und 56 vorbeigeführt sind. An jeder Seite der Ventile 54 und 56 befinden sich ein auf den Steuerdruck ansprechender Verstellservo.

Die Rückschlagventile 62 und 64 verhindern ein wechselseitiges Rückströmen des Druckmittels zu den Pumpen 36 und 40 während der Walzenbearbeitung. >

Wenn der Schlitten 22 außer Betrieb ist, sind, wie· Fig. 1 zeigt, der Auslass der Pumpe 36 und der Auslass der Pumpe 40 bei einem Punkt zwischen den, Ventilen 62 und 54 ver- ■ I einigt, und das Druckmittel wird nach der Vereinigung über das Ventil 62 und das Richtungsumkehrventil 56 zu einem Sumpf abgeleitet. Das Druckregelventil 50 hält einen bestimmten Druck auf der Auslasseite der Pumpe 36 aufrecht. Da die Auslaßseite der anderen Pumpe 40 offen ist, wenn der Schlitten 22 außer Betrieb ist, ist hingegen der Auslaßdruck dieser Pumpe praktisch gleich Null.

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Für die Dauer des Schnellvorschubs innerhalb des Be-

arbeitungszyklus werden beide Umkehrventile 5^ und 56 nach rechts verschoben, wodurch eine Direktverbindung zwischen den Leitungen 52 und 58 und zwischen den Leitungen 58 und 32 hergestellt wird. Der Ausgangsfluss beider Pumpen wird vereinigt der 'Irbeitskammer 28 zugeführt.

Wenn der Walzvorgang beginnt , wird das TTmkehrventil 5^ nach links Verstellt, wodurch die Leitung 72 mit dem Sumpf verbunden wird und die Leitung 52 an die Leitung 60 angeschlossen wird. Hierdurch wird das von der Pumpe 40 geförderte Druckroittel zum Sumpf abgeleitet, und das von der Pumpe 36 geförderte Druckmittel gelangt über das Rückschlagventil 64 und das den Arbeitsvorschub bestimmende Drosselventil 66 zum Punkt 68, von wo es über das Ventil 56 der Arbeitskammer 28 zugeleitet wird..

Wenn das Eindringen der Walzenzähne in den Zahnradrohling fortschreitet, verkleinert die Pumpe 36 selbständig ihren Füllungsgrad im Verhältnis zum Anstieg der erforderlichen Walzkraft. Die Eindringungstiefe der Zahnwalzen kann durch ein nockengesteuertes Fühlerventil 78 abgetastet werden.

Zur Erzielung einer schnellen Rückbewegung des Schlittens 22 werden die Stellungen der Umkehrventile 54- und 56 vertauscht, d.h. Ventil 54· wird nach rechts und Ventil 56 nach links verstellt. Oadurch wird eine Verbindung von der Vereinigungsstelle 68 zur Auslaßseite jeder Pumpe 36,40.einerseits und der Arbeitskammer 30 andererseits hergestellt, so daß der Ausgangsfluss beider Pumpen vereinigt und der Arbeitskammer 30 zugeführt wird.

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Wenn der Walzenschlitten 30 seine Rücklaufendstellung erreicht hat, nehmen-die Umkehrventile 54 und 56 wieder ihre Mittelstellungen nach Fig. 1 ein.

Das Urakehrventil 56 schafft während des Rücklaufs der Walzenschlitten eine freie Verbindung zwischen der Arbeitskammer und dem Sumpf. Während des langsamen Arbeitsvorschubs stellt das Umkehrventil 56 in seiner rechten Endstellung eine Verbindung zwischen der Arbeitskammer 30 und dem Sumpf her.

Wie oben bereits erwähnt, wicd der Zahnradrohling durch eine Abwälzfräsmaschine, wie sie schemätisch in Fig. 7 dargestellt ist, vorgeschruppt. Diese weist einen Wälzfräser 82 mit Einheitszahnstangenprofil der Zähne 84 auf, die in der Form einer Schnecke auf der Fräserwelle 86 angeordnet sind. Die Welle 86 ist mit einem Kegelrad 90 antriebsmäßig verbunden, das auf einer Antriebswelle 92 sitzt. Die Antriebswelle 92 ist über Kegelräder 96 und 98 von einer Riemenscheibenantriebswelle 94 antreibbar. Die Abtriebswelle 94 trägt ausserdem eine Indexschnecke 100, die in ein Schneckenrad 10? eingreift. Das Schneckenrad 102 treibt eine Welle 104, auf welche der Zahnradrohling 20 antreibbar aufgesteckt ist. g

Die Antriebswelle 94 trägt eine Riemenscheibe 108, die von ·, einem Antriebsmotor 112 über Treibriemen 100 angetrieben wird.

Der Schruppfräser 82 entfernt mit verhältnismässig hoher Drehzahl Metall von der Peripherie des Rohlings, der dabei gleichzeitig gedreht wird.

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Nach dem Schruppen hat das Zahnrad etwa das in Fig, mit vollen Linien angedeutete Profil. Die voreilende Zahnflanke ist dort mit 114 und die nacheilenden Zahnflanke mit 116 bezeichnet. Jede Planke könnte nach dem Schruppen ein exaktes Evolventenprofil aufweisen. Das Schruppen wird jedoch nicht bis zur vollen Tiefe fortgesetzt, wie dies für gewöhnlich geschieht, wenn auf das Schruppen ein Schleifen folgt. Im Gegenteil, es werden auf dem vorgeschruppten Zähnen absichtlich eine verhältnismäßig große Materialstärke belassen. Wenn gewünscht, kann der Zahnkopf, P wie bei 118 angedeutet, abgeschrägt werden.

Der äussere Umfangskreiß. des Zahns 120 wird während des Vorschruppens aufrechterhalten. Während des Walzens wird hingegen der Durchmesser dieses Kreises infolge der Druckbeanspruchung durch die/walzen gegenüber den Zähnen des Rohlings zwischen den Punkten 138 und HO in Fig. 21 zunehmen. Während des Walzvorganges wird Metall auf den Profilflanken des vorgeschruppten Zahnes verlagert, so daß das endgültige Profil etwas von dem bei 114 bzw. 116 eingezeichneten Profilverlauf abweicht, trotzdem aber ähnliche Evolventenform besitzt. Das modifizierte Endprofil ist auf der voreilenden Flankenseite mit 122 und auf der nacheilenden Flankenseite dee Zahns mit 124 gestrichelt eingezeichnet. Der Teilkreis des Zahns trägt das Bezugszeichen 126.

Auf der nacheilenden Zahnflanke wird während des Walzvorganges Metall in Richtung der Pfeile 128 und 130 verdrängt. Das Metall wandert vom Bereich der Zahnwurzel und vom Bereich des Zahnkopfes hin zum Teilkreis. Auf der voreilenden Seite

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hingegen wird das Metall entgegengesetzt verdrängt, wie es · die Pfeile 132 und 134 andeuten. Das zum Zahnkopf hin verdrängte Metall verursacht dort einen leichten Auswuchs 136. Dieser kann, falls erwünscht, entfernt werden. Da er jedoch an einer Stelle radial außerhalb der Arbeitsfläche des Zahnprofils auftritt, kann er in den meisten Fällen unberücksichtigt bleiben. Die Druckbeanspruchung während der Walzbearbeitung zwischen den Punkten 138 und HO ruft eine geringe plastische Verlängerung des Zahns in radialer Richtung hervor. Dies bedeutet, daß der nach dem Vorschruppen vorhandene Außendurchmesser 120 auf einen neuen Durchmesser 136 anwächst. Das exakte Profil reicht bis zum Punkt P, der während der Walzbearbeitung bestehen bleibt. j|

Fig. 20 zeigt das Gefügebild eines Zahns nach dem Walzen in der Profilebene. Es ist erkennbar, daß das Korn in der Zahnwurzel auf der voreilenden Flanke parallel zur Oberfläche der Zahnflanke in die Länge gezogen ist. Dies deutet auf einen Metallfluß radial nach einwärts von einem Punkt aus hin, der dem Punkt HO in Fig. 21 entspricht. Auf der nacheilenden ! Zahnflanke ist das Korn in der Mitte an einer Stelle entsprechend dem Punkt 138 in Fig. 21 gestaucht. Dies ist die Folge des Metallflusses radial nach auswärts von der Zahnwurzel und radial nach einwärts vom Zahnkopf.

Das Einheitszahnstangenprofil für das zur Erzeugung der Walzenzähne verwendete Schleifrad ist in Fig. 5 gezeigt. Es hat im Gegensatz zu den gewöhnlich benutzten Einheitszahnstangenzähnen zwei verschiedene Eingriffswinkel an der voreilenden Flanke außerhalb bzw. innerhalb des Teilkreises. Die nacheilende Zahnflanke 146 hat hingegen durchgehend nur einen Eingriffswinkel, wenngleich auch dort eine Unterteilung mit zwei verschiedenen Eingriffswinkeln vorgenommen werden könnte, die von denjenigen nach den Fig. 17a, 17b, 18 und 19 abweichen.

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• Das Schleifrad nach Pig. 5 kann mit Hilfe eines Abriehtwerkzeugea nach Fig. 6 abgerichtet werden. Die Zähne des Abrichtwerkzeuges sind so ausgebildet, daß die Zahnlücken im großen und ganzen der Gestalt der Peripherie des Schleifrades nach Fig. 5 entsprechen. Das bedeutet, .daß die eine Seite jedes Zahnes in zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Eingriffswinkeln unterteilt ist. Die Winkelwerte sind in Pig. 5 und 6 angegeben.

Die bekannten geometrischen Verhältnisse, die zur Definition des Eingriffswinkels oc führen, mit welchem die Planken der Zähne der Basiszahnstange nach Pig. 5 und 6 geformt sind, ^ sind in Pig. 4 dargestellt. Diese Eingriffswinkeioc sind nach Fig. 4 die Winkel zwischen der Eingriffslinie E und der gemeinsamen Tangente T an die Teilkreise G.. und Gp der betrachteten Zahnräder, die in diesem Fall von einer der beiden Zahnwalzen und dem Werkstück gebildet sind.

Durch Verwendung von Zahnwalzen mit einem Zahnprofil nach Fig. 16 kann ein Ritzel nach den Pig. 17a, 17b, 18 und 19 mit besonders engen Toleranzen gewalzt werden. Das Schleifen unter Verwendung des Schleifrades nach Fig. 5 und des Abziehwerkzeuges nach Fig. 6 führt zu einer Walzenzahnform nach Fig. 16. Dort gibt die durchgezogene Zahnprofillinie die wahre Evolventenform an. Sie dient zum Vergleich mit der Profilform, " die bei der Verwendung des Schleifrades nach Pig. 5 entsteht. Die endgültige Gestalt des Zahnprofils weicht gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 16 von der wahren Evolventenform ab. Auf der nacheilenden Zahnflanke 150 verläuft die gestrichelte Linie knickfrei von einem Punkt entsprechend einem Wälzwinkeldurchmesser von 24,5 bis zu einem Punkt entsprechend dem kleinsten V/älzwinkeldurchmesser von 27,75° nahe dem Zahnkopf. Auf der voreilenden Zahnflanke 148 hingegen hat die gestrichelte Zahnprofillinie einen Knick an einem Punkt, die einem Wälzwinkel von 26,25° entspricht. Zwischen diesem Punkt

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und einem Wälzwinkeldurchmesser von 24,5° entsprechenden Punkt verläuft die Profillinie knickfrei. Sie weicht jedoch von der Form des anderen Abschnittes der Profillinie ab, der sicii/nach auswärts von jenem Punkt bis zu einem Wälzwinkeldurchmesser von 27,75° anschließt.

Die Wälzwinkel werden auf einem herkömmlichen Zahnradprüfgerät gemessen. Jede Walze wird zur Messung auf einen Prüfdorn gesteckt und über einen vorgegebenen Winkelbetrag in gewöhnlicher Weise abgewälzt. Der dem Zahnprofil folgende Schreibstift wird in einem dem Wälzwinkel 24,5° entsprechenden Punkt auf Null gestellt. Dann wird die Zahnwalze abgewälzt, wobei derSchreibstift der Kontur der Zahnoberfläche folgt, bis der Wälzwinkel 27,75° erreicht ist. Zwischen den beiden Extremstellungen erfolgen Aufzeichnungen. Die diesen Wälzwinkel entsprechenden Durchmesser wurden oben als Wälzwinkeldurchmesser bezeichnet.

Bei einer derartigen Anwendung des Zahnradprüfgerätes können die Abweichungen gegenüber der Soll-Evolventenform in herkömmlicher Weise auf Koordinatenpapier aufgezeichnet werden. Für die voreilende Planke des abgewälzten Zahnes ist eine solche Aufzeichnung in Fig. 13 abgebildet. Fig. 14 zeigt demgegenüber eine entsprechende Aufzeichnung für die nacheilende Flanke. Der Anfangspunkt, der einer Nullablesung entspricht, ist in den Fig. 13 und 14 bei einem Wälzwinkel von 24,5° eingezeichnet. Wenn die Zahnwalze gedreht wird, wird eine Linie von dem. Prüfgerät aufgezeichnet. Wenn diese Linien innerhalb der in den Fig. 13 und H eingezeichneten Bereiche liegen, sind die für die Ritzel nach Fig. 17, 18 und 19 vorgesehenen Evolventenabweichungen eingehalten.

Im Fall der Fig. 13 beträgt die maximale Abweichung von einer wahren Evolvente 0,0005" (entsprechend 0,0127 mm). Diese Abweichung tritt bei einem Wälzwinkel von 26,25° auf. Die mini-

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male Evolventenabweichung in diesem Punkt beträgt 0,0002" (entsprechend O,OO5O4mm). Beim Wälzwinkel 27,75° erreicht die Abweichung von der wahren Evolventenform wieder den Wert Null.

Im Fall der voreilenden Zahnflanke wird das Evolventenprüfgerät ebenfalls bei einem Wälzwinkel von 24,5° auf Null gestellt. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 wächst die zulässige Abweichung linear an, wenn der Wälzwinkel dem Minimalwert von 27,75° zusteuert. Die zulässige Abweichung ist durch die eingeschlossene Fläche in Fig. 14 angegeben. Die maximale zulässige Abweichung tritt beim minimalen Wälzdurchmesser auf. In diesem Punkt beträgt die Abweichung von einer wahren Evolvente zwischen 0,0002 und 0,0005"(entsprechend 0,0Q504 bzw. 0,0127mm).

Die Schrägungsabweichung im Falle von Schrägverzahnungen kann dadurch gemessen werden, daß ein Toleranzfeld für die Schrägungsabweichung auf Koordinatenpapier gemäß Fig. 12 eingezeichnet wird. Der Schrägungswinkel ß nach Fig. 10 soll innerhalb des in Fig. 12 eingetragenen Toleranzfeldes liegen An einem Punkt nahe der einen Zahnflanke kann hierzu das Prüfgerät auf den Wert Null eingestellt werden.

Wenn die vom Schreibstift des Prüfgerätes beim Abtasten der Zahnflanke in Achsrichtung der drehenden Walze erhaltenen Aufzeichnungen innerhalb des Toleranzfeldes nach Fig. 12 liegen, sind die Schrägungswinkeltoleranzen für das Ritzel nach Fig. 17a, 17b, 18 und 19 eingehalten. Die maximale Abweichung von der Null-Ablesung, die am entgegengesetzten Zahnflankenende auftritt, beträgt beim Ausführungsbeispiel plus oder minus 0,0003" (entsprechend 0,00762mm).

Patentans prüche/

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Claims (1)

1. ι—

   Pat ent a nsprüch e

   1. Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Rohling (10) zunächst in bekannter '-/eise durch spanende Bearbeitung mit Zahnlücken versehen wird und daß daraufhin das an sich bekannte Profilwalzen zur Druckumforraung des ^T-^rerkstückmaterials zx^ischen achsparallelen und quer zu ihren ™ Achsen relativ zueinander zustellbaren Hol!werkzeugen (16,18) angewandt x^ird, wobei die Rollwerkzeuge als Zahhwalzen mit Einheitszahnstangenprofil ausgebildet sind und mindestens eine Flanke (voreilende Zahnflanke 114) Jedes Walzenzahns in zxfei Abschnitte mit verschiedenen Eingriffswinkeln unterteilt ist.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterteilte Zahnflanke der Walzen die voreilende Flanke ist.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geke nnzeichne t, daß der Kopfabschnitt der unterteilten i Zahnflanke einen kleineren Eingriffswinkel aufweist als

   der Fußabschnitt. . '

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η nz e i c hne t, dass die nacheilende Zahnflanke einen einzigen Eingriffswinkel auf v/eist.

   5· Verfahren nach einem der Ansprüche -1 bis 4,- d ä d u r c h g e k en η ζ e i c h η e t, daß die .!nderung im Eingriffswinkel auf der.unterteilten Zahnflanke an einer Eingriffsstelle nöjT.e dem Teilkreis; er/olgt, . . '

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   6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken der Walzen und des eingreifenden Zahnrohlings Evolventenprofil aufweisen.

   7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die eine der beiden Walzen (16,18) auf einem durch ein Druckmittel betätigbaren Vorschubschlitten (22) angeordnet ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch

   W gekennzeichnet, daß beide Walzen (16,18) mechanisch antreibbar sind.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub der Walzen durch mechanische Anschläge begrenzt ist.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, g e k e η η zeichnet durch eine Steuereinrichtung zur Einleitung eines Eilvorschubs für den Schlitten (22) bis zum Eingriff der Y/alzen (16,18) in die vorgefertigten Zähne des Rohlings (20), zur Erzeugung des Walzdrucks vom Augenblick des Eingriffs an und zur Einleitung einer. Eilrücklaufbewegung nach Beendigung des Walzvorgangs.

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