DE1960258A1

DE1960258A1 - Werkzeug zum Fertigwalzen von Zahnraedern

Info

Publication number: DE1960258A1
Application number: DE19691960258
Authority: DE
Inventors: Mcnabb Warren Colburn; Verschaeve Oscar Henry; Daniel David Wright
Original assignee: Lear Siegler Inc
Current assignee: Lear Siegler Inc
Priority date: 1968-12-05
Filing date: 1969-12-01
Publication date: 1970-06-18
Also published as: US3580029A; FR2025377A1

Description

Werkzeug zum Fertigwalzen von Zahnrädern

Bei vielen Zahnrädern ist es erforderlich, daß die Köpfe der Zähne längs ihrer Kanten abgeschrägt sind, die durch den Schnitt zwischen den Scheitelfläehen und den Flanken der Zähne bestimmt sind. Gemäß der Erfindung werden solche Abschrägungen an Zahnrädern dadurch erzeugt, daß ein Werkzeug benutzt wird, das zum Erzeugen solcher Abschrägungen geneigte Rampenflächen aufweist, die mit den Scheitelabschnitten der Zähne eines zu bearbeitenden Zahnrades zusammenarbeiten, wenn das das Werkstück bildende Zahnrad zwischen zwei erfindungsgemäßen Werkzeugen angeordnet ist, in Druckberührung mit den Werkzeugen gehalten und gedreht wird. Obwohl gefunden wurde, daß beim Fertigwalzen von Zahnrädern auf der einen Seite der Zähne erheblich mehr Werkstoff verdrängt wird als auf der entgegengesetzten Seite, verhindert dies nicht, daß symmetrische "und" gleiche Abschrägungen auf den voneinander abgewandten Flanken der Zähne _„> ausgebildet werden und darüber hinaus auch die Gleichheit von Abschrägungen erhalten bleibt, die vor der Fertigbearbeitung bei einem Schruppvorgang, z.B. beim Wälzfräsen oder Stoßen von Zahnradrohlingen erzeugt worden sind..

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt schematisch die Form eine's Evolventenzahns

eines Zahnrads mit'Abschrägungen. .

Fig. 2 ähnelt Fig. 1, zeigt jedoch die Form des Zahns nach seiner Bearbeitung mit Hilfe eines Schabwerkzeugs.

Fig. 3 veranschaulicht schematisch die durch das Fertigwalzen hervorgerufene Änderung der Profilform des Zahns.

Fig. 4 zeigt einenZahn, der in der erfindungsgemäßen Weise mit Abschrägungen versehen worden ist.

Fig. 5 zeigt zwei einander benachbarte Zähne eines Zahnradwalzwerkzeugs nach der Erfindung.

Gegenwärtig werden Zahnräder nach dem Schruppen gewöhnlich mittels eines von zwei Zahnradfertigbearbeitungsverfahren nachbearbeitet,und zwar entweder mittels Schaben oder mittels Fertigwalzen.

Beim Schaben von Zahnrädern benutzt man zahnradähnliche ■ Schabräder, deren Zähne mit radial vom Zahnfuß bis zum Zahnkopf in die Zahnflanken eingearbeiteten Nuten versehen sind, deren Kanten Schneiden bilden, welche Werkstoff ™ von den Flanken der Zähne eines Zahnrades abtragen, das mit . zur Achse des Schabrades gekreuzter Achse in engem Eingriff mit einem solchen Schabrad gedreht wird. 's

Bei den bis jetzt zum Fertigbearbeiten angewendeten Zahnradwal ζ verfahr en läßt man Walzwerkzeuge in Form von Zahnrädern in Eingriff mit dem das Werkstück bildenden Zahnrad kämmen. Gewöhnlich sieht man hierbei einander paarweise gegenüber angeordnete Walzwerkzeuge vor, die in-radialer Richtung aufeinander zu bewegt werden, um eine meßbare Verkleinerung der Abmessungen des Werkstücks herbeizuführen und ein Fertigbearbeiten der Zahnradzähne dadurch zu-bewirken, daß Werkstoff verdrängt bzw. verlagert wird. - 3 -

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BAD ORIGINAL

Bis jetzt 1st es beim rohen Vorbearbeiten oder Schruppen,' z,B. beim Wälzfräsen oder Stoßen, von Zahnrädern üblich, die Zahnradzähne schon wahrend des Schruppvorgangs an ihren Zahnköpfen mit Abschrägungen zu versehen. So zeigt Fig. 1 einen Zahn 10 mit/Flanken 12 und einer Scheitelfläche .14, Vielehe" beim Fehlen von abgeschrägten Kopfkanten die Flanken an Kanten 16 schneiden würde. Wenn jedoch die Zähne gemäß der vorgenannten Praxis mit abgeschrägten Kopfkanten versehen werden, wird das Material an und nahe der Kante 1G abgetragen, um Schrägflächen 18 zu erzeugen. Der in Fig.T · dargestellte Zahn 10 kann als ein mit Hilfe eines der vorstehend genannten Schruppverfahren hergestellter, mit abgeschrägten .Kopfkanten versehener Zahn betrachtet werden. ä

Hochwertige Zahnräder, die durch die Glätte und Genauigkeit der Zahnflanken gekennzeichnet sind, .werden gegenv;är~ tig nahezu ohne Ausnahme einer Fertigbearbeitung untersogen. Wie erwähnt, werden hierzu die Zabiräder entv/edtr geschabt oder gewalzt. .'Für das Zahnradschaben ist kennzoichnend, daß von beiden Flanken jedes Zahns annähernd gleich große Werkstoffmengen abgetragen Werden. Ein-Grund hierfür besteht darin,daß man bei dem.·gebräuchlichen Zahnrad:?chaben das zu schabende Zahnrad in engem Eingriff mit einem Schabrad in" beiden Drehrichtungen kämmen läßt, so daß .keine, der'"-Zahnflanke!!" ausGchließlich als antreibende* Flanke oder als angetriebene Flanke betrachtet werden kann. . i Unter diesen Umstanden wird; jeder Zahn beim .'chaben in der in Fig. 2 angedeuteten '."eise· abgeändert. In Fig* 2 ist .,» .der-Zahn.mit 20 bezeichnet. Die -Flanken 12, die Sehe-.Iten- / flache -14 und die Schrägflächen 18 sind mit Vo!linien dargestellt. Beim Schaben eines solchen Zahns /wird jedoch Werkstoff von den'Zahnflanken längs der strichpunktierten Linien 22 abgetragen, und es ist ersichtlich, daß die.Linien 22 die °chrägflachen 18 jeweils an den Punkten 24 schneiden. Zwar bewirkt das Schabe eine Verringerung der Breite der Schrägflächen 18, doch ist die durch die Lage der Punkte 2U bestimmte radiale Lage des Anfangs eer Abschrä^un_f~"en auf beiden Seiten des Zahns im wesentlichen die gleiche.. ^

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Beim Walzen von Zahnrädern stellt sich jedoch eine völlig andersartige Aufgabe. Einer der Vorteile des Zahnradwalzens, wie es gegenv/ärtig gebräuchlich ist, besteht darin, daß sich der Walzvorgang innerhalb einer äußerst kurzen Zeit durch* führen läßt. Einer der Gründe dafür, daß es möglich ist, den Zahnradwalzvorgang innerhalb von nur 3 see zu Ende zu führen, besteht darin, daß die Drehrichtung der Werkstücke und der Zahnradwalzwerkzeuge nicht geändert wird. Daher ist es möglich, die Zeit einzusparen, die man andernfalls zum ■ Unterbrechen der Bewegung, zum Umsteuern und zum Beschleunigen in der entgegengesetzten Richtung benötigen würde. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß einfach wegen der einseitigen Drehrichtung bei jedem Zahnradzahn auf eine Flanke eine erb?blich größere V/alzwirkung ausgeütit wird als auf die andere Zahnflanke. In der Praxis zeigt es · · siclr, daß die Werkstoffmenge, die auf der vorauslaufenden Seite des angetriebenen Zahnradzahns verdrängt oder zu fließen veranlaßt wird, um das Doppelte oder sogar um ein noch größeres Vielfaches größer sein kann als die auf der anderen Seite verdrängte Werkstoffmenge.

Infolgedessen nimmt ein gewalzter Zahnradzahn die Form des in Fig. 3 schematisch dargestellten Zahns 30 an.·In Fig. 3 ist die ursprüngliche Zahnform mit den Flankenflächen 12, der Scheitelfläche 14 und den Schrägflächen 18 in Voll-' linien dargestellt. Die Profilform desZahns 30 nach dem :. Walzen ist durch die strichpunktierten Linien 32 dargestellt. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß der Abstand zwischen der. strichpunktierten Linie 32 und der das ursprüngliche Zahnpro fil wiedergebenlen Linie 12 auf der rechten Seite des Zahns nur ein Bruchreil des Abstandes zwischen den Linien 32 und 12 auf der linkon Seite des Zahns ist. Wenn der Zahn.nach dem Schruppen im wesentlichen gleich angeordnete Schrägflä- . chen 18 aufweist, führt das Fertigv/alzen des Zahnrades mit den bisher gebräuchlichen V/alzwerkzeugen dazu, daß nach dem V/aIzen unsymmetrische Schrägflächen vorhanden sind. . \

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Nach dem Walzen liegt der radial innen liegende Ausgangspunkt bei--35f während der entsprechende Punkt 37 der Schrägfläche 36 auf der anderen Seite des'Zahns-.'weiter außen liegt. ■·'■■'"

Bei Anwendung der Erfindung wird dagegen die praktisch vorhandene Gleichheit der beim Schruppen der Zahnräder erzeugten Schrägflächen beibehalten. Dies wird dadurch erreicht, daß man das Zahnradwalzwerkzeug, von dem ein Teil 50 in Fig. 5 dargestellt ist, so ausbildet, daß am Boden jeder Zahnlücke zwischen benachbarten Zähnen 51 geneigte Schrägflächen erzeugende Rampenflächen 52 vorhanden sind. Gemäß Fig. 5 sind diese Rampenflächen gegenüber einer die Zahnlücke halbierenden radialen Linie 53 unter gleich ;

großenWinkeln, jedoch in entgegengesetzten Richtungen ge- i neigt, und beide Rampenflächen haben die gleiche Breite.

Beim Walzen von Zahnrädern werden zwei einander gegenüber angeordnete Walzwerkzeuge gegenüber dem zu walzenden Zahnrad radial nach innen bis zu einea? vorbestimmten Tiefe aufeinander zu bewegt, und diese Tiefe, die Neigung sowie die tage der geneigten Rampenflächen 52 zum Erzeugen von Abschrägungen werden so gewählt, daß die Bereiche der Zahnradzähne an dem durch den Schnitt zwischen den Scheitelflächen der Zähne und der Zahnflanken gegebenen Kopfkanten mit den Rampenflächen in Berührung kommen» Wenn während des Zahnradwalzens Werkstoff von den Flanken der Zähne verdrängt ι wird, wird gleichzeitig Werkstoff an diesen Kopfkanten verdrängt, um die gewünschten Abschrägungen zu ergeben. ■'■*'■■

Fig. 4 zeigt einen Zahnradzahn 40, dessen Profil nach dem Schruppen durch die Flanken 12, die Scheitelfläche 14 und die Schrägflächen 18 bestimmt ist, wenn schon während des Schruppens Abschrägungen hergestellt sind . Wenn der Zahn 40 mit Hilfe erfindungsgemäßer Walzwerkzeuge mit Zähnen der in Fig. 5 dargestellten Form gewalzt wird, werden die Flan- _: ken des Zahns nach innen bis zu den strichpunktierten ; Linien 42 und 43 verlagert und die Kantenbereiche des Zahns

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durch die Rampenflächen 52 so abgeschrägt, daß der gewalzte Zahn die mit den strichpunktierten Linien 44 und 46 angedeuteten Schrägflächen aufweist. Gemäß Fig. 4 wurde zwar auf der linkon Seite des Zahns erheblieh mehr Werkstoff verdrängt, so daß die gewalzte' Flanke

43 entstand, doch ist die' radiale Höhe der Schrägflächen

44 und 46, die durch·die ,Schnittlinie 47 bzw. 48 gegeben ist, im wesentlichen die gleiche.

Das Werkzeug gemäß der Erfindung ist nicht nur anwendbar, wenn schon während des Schruppvorgangs die Kantenbereiche der Zähne beseitigt wurden, um die in Fig. 1 gezeigten Schrägflächen 18 zu erzeugen.

s Die gewünschten Schrägflächen 44 und 46 an dem fertigen Zahnrad werden auch dann mit dem Werkzeug 50 erzeugt, wenn die geschruppten Zähne nicht mit Abschrägungen versehen wurden.

Wenn während des Fertigwalzens das Walzwerkzeug und das Zahnrad nur in einer Richtung gedreht werden, läuft natürlich die gleitende Berührung am Zahnkopf auf der einen Seite der Zähne vom Zahnkopf nach innen oder unten ab, während sie auf der anderen Seite vom Teilkreis radial nach · außen oder oben in Richtung auf den Scheitel des Zahnkopfes abläuft. Daher kann sich bei dem das Erzeugen von Abschrä- w gungen einschließenden Fertigwalzen eines Zahnrads eine gewisse Verdrängung des Werkstoffs auf dem ursprünglichen Scheitel der Zähne ergeben, die auf der einen Seite ein größeres Ausmaß hat als auf der anderen Seite. Dies ist jedoch nicht nachteilig, da in vielen Fällen in einem abschließenden Fertigbearbeitsgang etwas Werkstoff von den Scheiteln der Zähne abgetragen wird. Andererseits ist dies jedoch nicht .immer erforderlich, unddas Vorhanden-sein geringfügiger ungleicher·.Werkstoffmengen auf den ursprünglichen Scheiteln der Zähne kann zugelassen werden.

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ORIGINAL

Da mit dem Werkzeug gemäß der Erfindung im wesentlichen gleiche Abschrägungen an geschruppten und durch falzen fertig bearbeiteten Zahnradzähnen erzeugt werden, ist es möglich, die Gesamtproduktion von Zahnrädern in der V/eise vorzunehmen, daß zunächst die Zahnräder mit Hilfe bekannter Schruppverfahren in die in Fig. 1 gezeigte Form gebracht werden, bei der die Zähne bereits Schrägflächen 18_Oaufweisen. Danach kann man eine beliebige Zahl dieser Zahnräder mittels Schaben zu der in Fig. 2 gezeigten Form fertig bearbeiten.und die übrigen , -Zahnräder mit Walzwerkzeugen nach der Erfindung zu der in Fig. 4 gezeigten "Profilform fertig bearbeiten. In beiden Fällen werden im wesentlichen symmetrisch liegende Schrägflächen erzeugt.

Ohne das Vorhanden-sein der zum Erzeugen von Abschrägungen dienenden Rampenflächen 52 würde das Fertigwalzen eines Zahnrades zu dem in Fig. 3 gezeigten Ergebnis führen, d.h.. die Abschrgägungen würden asymmetrisch angeordnet,'oder an manchen Zähnen würden möglicherweise überhaupt keine Abschrägungen entstehen. Somit ermöglicht die Erfindung eine Vereinfachung der Fertigbearbeitung von Zahnrädern, da man di-e Rohteile beim Schruppen mit im wesentlichen symmetrischen Abschrägungen versehen kann und nach dem Fertigwalzen ebenso wie nach dem Schaben im wesentlichen symmetrische Schrägflächen vorhanden sind.

- Ansprüche 009 8 25/1A30

Claims

Pat e η t a ns ρ r ü c h e

1 .J Zahnradförmiges Walzwerkzeug zum Fertigwalzen von Zahnrädern, dessen Zähne ein Profil haben, welches den Flanken der Zahnradzähne beim ¥alzen das gewünschte Profil geben, dadurch gekennzeichnet , daß am Boden jeder Lücke zwischen benachbarten Zähnen (51) des Werkzeugs (50) entgegengesetzt geneigte,., abgeschrägte Kopf kanten erzeugende Rampenflächen (52) vorgesehen sind.
2. Zahnradförmiges Walzwerkzeug_; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß. die. Rampenflächen (52) gegenüber einer radial zum Werkzeug (50) verlaufenden, die. Zahnlücke halbierenden Linie (53) unter dem gleichen Winkel, aber in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind.

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ORIGINAL INSPECTED