DE1945171A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Formung der Zaehne einer Kegelzahnraeder-Verdraengungsmaschine - Google Patents

Description

Patentanwälte
DIpI.-Ing. R. Beetz u.
DIpL-In₅. Lampredit 82-14.886p 5..9.1969

München 22, Stelmdofftfr. 18

William Charles Blything, Birmingham (Großbritannien)

Verfahren und Vorrichtung zur Formung der Zähne einer KegelZahnräder-Verdrängungsmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Formung der Zähne einer Zahnräder-Verdrängungsmaschine (einer Pumpe, eines Motors, eines hydraulischen Getriebes oder einer hydraulischen Kupplung) mit zwei in kugeligem Gehäuse angeordneten Kegel-Zahnrädern, deren eines einen Zahn weniger als das andere hat und deren Zähne als Erzeugende ihrer Berührungsflächen Gerade haben, die durch den Schnittpunkt der beiden Radachsen gehen. Solche Maschine ist aus der britischen Patentschrift 1 099 085 bekannt.

Die Formung der Zähne der Räder solcher Maschinen ist, wenn die Maschinen in großer Zahl zu mäßigem Preis hergestellt werden sollen, ein recht schwieriges Problem.

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Bei dem (aus jener britischen Patentschrift 1 099 085) bekannten Verfahren werden beide Zahnräder getrennt voneinander fertig bearbeitet. Dabei ist es sehr schwierig, das Gegenzahnrad so zu formen, daß seine Zähne in jeder Stellung der Räder an allen Zähnen des ersten Rades dichtend anliegen, was um guten Wirkungsgrades der Maschine willen nötig ist*

Deshalb sieht das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren vor, daß nur am ersten der beiden Räder die Zähne ausschließlich durch Kegel-Fräser hergestellt werden, aber die Zähne des anderen Rades, des sogenannten Gegenrades, mittels Fräsers nur so weit, wie rationell möglich, vorbearbeitet und danach mittels eines besonderen Schneidwerkzeuges in Form eines dem ersten Rad formgleichen, auf gleiche Weise hergestellten Zahnrades, dessen Zähne mit Schneidkanten versehen sind, fertigbearbeitet werden, indem das Gegenrad und das Schneidwerkzeug in der gleichen, zu einander geneigten Stellung wie in der fertigen Maschine im Lauf unter Druck mit nachstellbaren Vorschub so lange, bis die Kegelspitzen des Schneidwerkzeuges und des Gegenrades zusammenfallen, aneinandergepreßt werden.

Bei dem (aus jener britischen Patentschrift 1 099 085) bekannten Herstellungsverfahren werden die Zähne beider Räder mittels konischen Fräsers, dessen Achse durch den Radachsenschnittpunkt geht, gefräst. Das ist, da der Fräser bei der geringen Zahnnutenbreite nur schwach ist, sehr ' zeitraubend, aber ist doch, weil dort die Zahnprofile beider Räder gewölbte Flanken haben, unvermeidlich»

Deshalb ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Zähne des ersten Zahnrades und des

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Schneidwerkzeuges für das Gegen-Zahnrad mit einem Scheibenfräser von geradflankig-dreieckigem Profil gefräst werden, dessen Flankenwinkel gleich demjenigen der herzustellenden Zähne des ersten Zahnrades ist, wobei der Fräser so geführt wird, daß die gedachte, in der Profilspitze an den Fräser gelegte Tangente durch die Kegelspitze der Zahnräder geht. Der Scheibenfräser gestattet kräftigen Fräedruck, also große Spanleistung und kurze Arbeitszeit·

Es empfiehlt sich, daß die Profilspitze des Fräsers abgerundet ist, damit der Nutgrund nicht scharfkantig wirdι dies würde festigkeitsmäßig ungünstig sein.

Ub der Festigkeit des Zahnkopfes willen ist es ferner ratsam, daß die Köpfe der Zähne des ersten Zahnrades und des Schneidwerkzeuges abgerundet werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß das·dem ersten Zahnrad formgleiche Schneidwerkzeug und das an den Zähnen schon vorbearbeitete Gegen-Zahnrad zwei Wellen befestigt sind» die zueinander im gleichen Winkel, den die Achsen der Räder in der fertigen Verdrängungsinas chine zueinander bilden, angeordnet sind, und daß die beiden Wellen durch einen Stirnräderzug miteinander so gekuppelt sind, daß sie mit einander gleichem Drehsinn und gleicher Drehzahl umlaufen, und daß durch eine Vorschub-Schraubeinrichtung, die auf einer der Wellen angeordnet ist, das Schneidwerkzeug und das Gegen-Zahnrad in dem Maße, wie das Fertig-Bearbeiten der Zahnflächen fortschreitet, einander angenähert werden.

In dieser Vorrichtung ist zwecks genauer Winkeltreue

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des Achswinkels zu empfehlen, daß die beiden Wellen an ihren einander zugekehrten, inneren Enden mittels Kugel und Kugelpfanne aneinander zentriert sind_o

In der Zeichnung sind mehrere erfindungsgemäße Maschinen und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen dargestellte Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch eine Maschine

mit Antriebswelle und mit Einlaß- und Auslaßöffnungen zur· Verwendung als Pumpe,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Maschine mit Antriebswelle und Abtriebswelle zur Verwendung als hydraulische Kupplung,

Fig. 3 ein Bild der Schneidwerkzeug-Zähne mit Schlitzen, die das Schneiden des zweiten Kegelzahnrades ermöglichen, zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. k einen Teil-Schnitt durch die Vorrichtung zur Fertig-Bearbeitung der Zähne des zweiten Kegelzahnrades,

Fig. 5 einen Teil-Schnitt durch die Vorrichtung zur Abrundung des Zahnkopfes der Zähne des ersten Zahnrades und des Schneidwerkzeuges,

In der Fig. 1 gezeigten Pumpe strömt die Flüssigkeit durch die Einlaßöffnung 1 und durch Rückschlagventile $0 in Räume zwischen den Zähnen eines taumelnd umlaufenden

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ersten Zahnrades 2 und den Zähnen eines ruhenden zweiten Zahnrades 3 auf demjenigen Umfangsteil, auf dem diese Räume sich ausdehnen, ein. Nach Umdrehung bis zu einem Punkt, an dem die Räume wieder abzunehmen beginnen, wird die Flüssigkeit durch Auslaßventile 4 in einen Raum gedrückt, der in eine Auslaßöffnung 55 mündet. In diesem Raum rotiert eine Taumelscheibe 5» die das Taumel-Zahnrad 2 mittels eines Radial-Axial-Lagers 6 antreibt und die zwischen den Zahnrädern erzeugten Schubkraft aufnimmt j die Taumelscheibe wird von der durch ein Axial-Lager 7 gestützten Antriebswelle 8 angetrieben» Die Antriebswelle ist an ihrem Eintritt in diesen Raum leckdicht abgedichtet. Zwischen dem Einlaßgehäuse 9 und dem Auslaßgehäuse 10 und ebenfalls zwischen dem Auslaßgehäuse 10 und dem Wellenlager-Gehäuse 11 sind dünne Paßbleche zum Justieren und zum Ausgleich etwaigen Verschleißes der Zähne angeordnet.

Bei der in Fig. 2 gezeigten, als hydraulische Kupplung wirkenden Maschine ist das zweite Zahnrad 3 drehbar. Der Weg der Flüssigkeit durch die Maschine ist der gleiche wie in Fig. 1 mit dem Unterschied, daß die Druckflüssigkeit durch eine zentrale Dichtung 12 und durch die mit Keilnuten versehene Abtriebswelle 13 in einen leckdicht abgedichteten Raum gelangen kann, in dem sich das Drucklager 14 der Abtriebswelle befindet. Damit dieser Raum von Zeit zu Zeit entleert werden kann und frisches Öl erhält, kann ein (nicht gezeichnetes) von Hand zu betätigendes Ablaßventil dort vorgesehen werden. Der von der Flüssigkeit auf die Abtriebswelle 13 ausgeübte Schub kann durch einen Sprengring 56 aufgenommen werden.

Nachdem anhand von Fig. 1 und 2 zwei Arten erfindungs-

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gemäßer Zahnräder-Verdrängungsmaschinen beschrieben worden sind, wird im folgenden die Formung der Zahnräder erläutert·

Die beiden Kegelzahnräder unterscheiden sich voneinander dadurch, daß die Zähne des ersten mittels Fräsens fertiggestellt und die des zweiten mittels Fräsens nur vorbearbeitet und danach mittels eines dem ersten Zahnrad formgleichen Werkzeuges fertigbearbeitet werden. Um klarer Unterscheidung willen werden in der folgenden Beschreibung das erste Zahnrad als das gefräste Rad und das zweite als das Gegen-Zahnrad bezeichnet.

Zunächst sei nun die Gestalt und die Herstellung des gefrästen Rades und des Schneidwerkzeuges beschrieben. Da diese beiden die gleiche Form haben, gelten Hinweise auf die Gestalt oder Herstellung eines dieser Teile zugleich für den anderen Teil.

Es sei angenommen, daß das Profil der gefrästen Zähne gerade Flanken, spitzen Zahnkopf und spitzen Zahnbund habe. Tatsächlich jedoch rundet man um der Festigkeit willen das Profil des Zahnkopfes mit ziemlich großem Radius ab, und ebenso gibt man dem Profil des Nutgrundes, zumal dieser in praxi'vom Gegenrad nicht berührt wird, eine große Rundung. Der Zahnflankenwinkel kann beliebig, muß aber so groß sein, daß der Zahn die nötige Festigkeit hat. Die Zähne erstrecken sich radial außerhalb und innerhalb eines gemeinsamen Teilkreises, um den die Taumelscheiben-Bewegung stattfindet»

Die Hauptbearbeitung der Zähne des ersten Rades und des Schneidwerkzeugs geschieht mittels eines Fräsers, dessen Profil gerade Flanken und einen dem Zahnprofil ent-

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sprechenden Flankenwinkel hat. Der Kopf des Fräser-Zahnprofile iat auf denjenigen Radius, den man dem Zahnnutengrund zu geben wünscht, abgerundet. Damit alle Berührungslinien der Zähne einen gemeinsamen Mittelpunkt haben» muß der Fräser so geführt werden, daß sich die gedachte Spitze seines Profile auf einer Geraden durch diesen Mittelpunkt bewegt. Natürlich muß der Rohling des zu fräsenden Rades oder der Fräser mittels Teilkopfes eingestellt werden, damit die Zahnteilung ringsum gleich wird.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung, den Zahnkopf abzurunden. Das schon vorbereitete - nämlich in der Achsbohrung, der Stirnfläche und an den Zahnflanken und am Zahnnutgrund bearbeitete - Werkstück 28 ist auf einen Teiltisch 29 mittels eines Zapfens 34 befestigt. Dieser Zapfen 3k trägt eine Zentriereinrichtung 31, durch die mittels einer Schraube 30 eine Kugel 30 a im gemeinsamen Mittelpunkt gehalten ■ wird. Die Kugel 30 a stützt eine Muffe 33, die wiederum das innere Ende eines kegelstumpfförmigen Fräsers 38 hält. Dieser Fräser 38 ist - zum Beispiel mittels Kugellagers - in einem schwenkbaren Block 35 gelagert, der sich auf einem in einem Halter 32 befestigten Zapfen um eine Achse 35 a schwenken läßt, die durch den gemeinsamen Mittelpunkt geht. Im Betrieb wird der Fräser 38 mittels einer Kupplung 36 um seine Achse gedreht und der Block 35 um die Achse 35 a geschwenkt, so daß der Fräser den Abrundungsradius des Zahnkopfes umfährt.

Venn in dieser Weise ein Zahn abgerundet ist, wird der Teiltisch 29 um eine Teilung weitergedreht und der nächste Zahn in gleicher Weise abgerundet.

Das oben Beschriebene bezog sich besonders auf das ge-

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fräste Zahnrad, doch gilt es wesentlich auch für das Schneidwerkzeug, mit dem das Gegen-Zahnrad hergestellt wird. Unterschiede bestehen vor allem darin, daß das Schneidwerkzeug aus ¥erkzeugstahl hergestellt und, nachdem es in die Form des gefrästen Zahnrades gebracht ist, noch, wie in Fig. 3 gezeigt, geschlitzt werden muß, um als Schneidwerkzeug wirken zu können.

Im folgenden wird nun die Herstellung des Gegen-Zahnrades beschrieben!

Obwohl das Hauptmerkmal der Erfindung darin besteht, daß das Gegen-Zahnrad mittels des oben beschriebenen Schneidwerkzeuges geformt werden soll, so wird sich doch, damit möglichst wenig Werkstoff erst durch dieses Schneidwerkzeug entfernt zu werden braucht, empfehlen, möglichst viel Werkstoff durch einfaches Fräsen zu entfernen, so daß das Schneidwerkzeug die roh vorbearbeiteten Zähne des Gegenrades nur in die gewünschte Endform zu bringen braucht.

Nachdem der Rohling für das Gegen-Zahnrad in solcher Art vorbearbeitet ist, wird dieses Werkstück mit dem Schneidwerkzeug in der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung zusammengespannt, um in die gewünschte Endform gebracht zu werden.

Diese Vorrichtung hat einen Rahmen, der au» zwei seitlichen Teilen 49 besteht, die durch Abstandhalter in der gezeichneten, zueinander schrägen Stellung gehalten werden,,

Das Gegen-Zahnrad 37 1st darin auf einer Welle drehbar gelagert und kann mittels eines Stirnzahnrades 46 gedreht werden.

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Die ¥elle 39 ist in einem der Rahmen-Seitenteile drehbar mit einer Vorschub-Schraubeinrichtung 48 gelagert, mittels deren man das Gegenrad 37 von seinem es tragenden Rahmen-Seitenteil 49 wegverschieben kann. Die Welle 39 läßt sich durch eine Welle 52 antreiben, die mit dem Zahnrad 46 versehen isto Ein am Rahmen-Seitenteil 49 gelagertes Zwischenzahnrad 41 überträgt die Drehung des Zahnrades 46 auf ein Paar Zahnräder 42, die auf einem sich zwischen den beiden Rahmen-Seitenteile 49 erstrekkenden geknickten Zapfen 43 gelagert und mit einander mit einer Gelenkkupplung gekuppelt sind. Das zwei te der Zahnräder 42 treibt mittels eines Zwischen-Zahnrades 44 ein weiteres Zahnrad 45t welches drehbar auf dem anderen Rahmen-Seitenteil 49 gegenüber dem Zahnrad 46 gelagert ist. Das Rad 46 ist auf der Antriebswelle 52 so gelagert, daß in dem Zug der Räder 46, 4i, 42, 44 und 45 kein loses Spiel vorhanden ist. Das Schneidwerkzeug 53 ist auf einer Welle 54 drehbar gelagert und mit dem Zahnrad 45 mittels eines Stiftes 37 a gekuppelt. Die beiden Wellen 39 und sind an ihren inneren, einander zugekehrten Enden mittels Kugel und Kugelpfanne aneinander zentriert _o Die Welle 54 wird mittels einer weiteren Antriebswelle 47 angetrieben.

So sind das Schneidwerkzeug 53 und das Gegen-Zahnrad 37 durch einen Zahnräder-Getriebezug miteinander gekuppelt und in dem zwischen dem Rahmen-Seitenteil 49 bestehenden Winkel zueinander geneigt. Die beiden Zahnräder 42 haben einander gleiche Zähnezahl, und das Zwischenrad 41 kann die gleiche Zähnezahl wie das Zwischenrad 44 haben«, Mittels dieser Vorrichtung können das Schneidwerkzeug 53 und das Gegen-Zahnrad 37 in derselben Weise miteinander kämmend gedreht werden, wie das Gegen-Zahnrad )7 in einer Zahnräder-Verdrängermaschine mit dem gefrästen Zahnrad kämmen würde.

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Im Betrieb wird die Vorrichtung der Fig« k abwechselnd durch die Welle 52 oder die Welle k7 angetrieben, damit beide Seiten jedes Zahns des Gegen-Zahnradeβ bearbeitet werden. Anfangs sind das Schneidwerkzeug 53 und das Gegen-Zahnrad 37 weiter voneinander entfernt, als sie in der fertigen Verdrängungsmaechine sein sollen} aber in dem Maße, wie die Fertig-Bearbeitung fortschreitet, werden die beiden Teile mittels der Schraubeinrichtung 48 einander genähert, bis die Taumelbewegung des Gegen-Zahnrades 37 um den vom Schneidwerkzeug 53 bestimmten gemeinsamen Mittelpunkt schwingt. Dann ist die Formung der Zähne des Gegen-Zahnrades beendet» Alle weiteren Zerspannungsarbeiten, die nötig sein mögen, um das Gegen-Zahnrad als Ganzes in die zum Einbau in die Verdrängermaschine nötige Form zu bringen, können danach erfolgen.

In der Vorrichtung gemäß Fig. k läßt sich, wenn eine größere Anzahl solcher Maschinen hergestellt werden soll, mit einem einzigen Schneidwerkzeug eine große Anzahl von Gegen-Zahnrädern nacheinander bearbeiten. Die Erfindung ermöglicht also die Herstellung solcher Verdrängungsmaschinen in rationeller Reihenfertigung.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1·/Verfahren zur Formung der Zähne einer Zahnräder-Verdrängungsmaschine (einer Pumpe, eines Motors, eines hydraulischen Getriebes oder einer hydraulischen Kupplung) mit zwei in kugeligem Gehäuse angeordneten Kegel-Zahnrädern, deren eines einen Zahn weniger als das andere hat und deren Zähne als Erzeugende ihrer Berührungsflächen Gerade haben, die durch den Schnittpunkt der beiden Radachsen gehen, dadurch gekennzeichnet, daß nur am ersten der beiden Räder die Zähne ausschließlich durch Kegel-Fräser hergestellt werden, aber die Zähne des anderen Rades, des sogenannten Gegenrades, mittels Fräsers nur soweit, wie rationell möglich, vorbearbeitet und danach mittels eines besonderen Schneidwerkzeuges in Form eines dem ersten Rad formgleichen, auf gleiche Veise hergestellten Zahnrades, dessen Zähne mit Schneidkanten versehen sind, fertigbearbeitet werden, indem das Gegenrad und das Schneidwerkzeug in der gleichen, zu einander geneigten Stellung wie in der fertigen Maschine im Lauf unter Druck mit nachstellbaren Vorschub so lange, bis die Kegelspitzen des Schneidwerkzeuges und des Gegenrades zusammenfallen, aneinandergepreßt werden (Fig. 4).

   Z, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des ersten Zahnrades und des Schneidwerkzeuges für das Gegen-Zahnrad mit einem Scheibenfräser von geradflankig-dreieckigem Profil gefräst werden, dessen Flankenwinkel gleich demjenigen der herzustellenden Zähne des ersten Zahnrades ist, wobei der Fräser so geführt wird,

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   daß die gedachte, in der Profilspitze an den Fräser gelegte Tangente durch die Kegelspitze der Zahnräder geht.

   3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilspitze des Fräsers abgerundet ist.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe der Zähne des ersten Zahnrades und des Schneidwerkzeuges abgerundet werden (Fig. 5).

   5» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß, während das Schneidwerkzeug und das Gegenzahnrad unter Druck zusammenlaufen, der' Antrieb abwechselnd am Schneidwerkzeug und danach am Gegen-Zahnrad erfolgt.

   6. Vorrichtung für das Verfahren zur Fertig-Bearbeitung der Zähne des Gegen-Zahnrades nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem ersten Zahnrad (2) formgleiche Schneidwerkzeug (53) und das an den Zähnen schon vorbearbeitete Gegen-Zahnrad (37) auf zwei Wellen (54 bzw. 39) befestigt sind, die zueinander im gleichen Winkel, den die Achsen der Räder in der fertigen Verdrängungsmaschine zueinander bilden, angeordnet sind, und daß die beiden Wellen (39» 54) durch einen Stirnräderzug (46, 41, 42, 43, 44, 45) miteinander so gekuppelt sind, daß sie mit einander gleichem Drehsinn und gleicher Drehzahl umlaufen, und daß durch eine Vorschub-Schraubeneinrichtung (48), die auf einer der Wellen (39) angeordnet ist, das Schneidwerkzeug (53) und das Gegen-Zahnrad

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   (37) in dem Maße, wie das Fertig-Bearbeiten der Zahnflächen fortschreitet, einander angenähert werden.

   7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wellen (39» 5*0 an ihren einander zugekehrten, inneren Enden mittels Kugel und Kugelpfanne
   aneinander zentriert sind»

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