DE1961606A1

DE1961606A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Zahnradzaehnen

Info

Publication number: DE1961606A1
Application number: DE19691961606
Authority: DE
Inventors: John Leonard Jun; Sennstrom Harold R
Original assignee: Landis Machine Co
Current assignee: Landis Machine Co
Priority date: 1968-12-10
Filing date: 1969-12-09
Publication date: 1970-07-09
Also published as: US3599463A; SE348385B; GB1280660A; CH509851A; CA928108A; FR2025784A1

Description

LANDIS MACHINE COMPANY
5 th and Church Streets
Waynesboro, Pennsylvania / V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Zahnradzähnen

Durch Verfahren und Vorrichtungen zum Formen von Zahnrädern durch Rollen, wie es seit mindestens 50 Jahren bekannt ist, werden Zahnräder ausgehend von einem zylindrischen Rohling durch Rollen auf vollständige Tiefe hergestellt oder wahlweise werden die Zahnradformen an dem "Werkstück vorgeschnitten und das Verfahren und die Vorrichtung zum Rollen verwendet, um dem Werkstück die endgültige Gestalt zu geben. Dieses letztere Verfahren, das man als Zahnradfertigbearbeitung bezeichnen könnte, ist jetzt beispielsweise bei der Herstellung von solchen Zahnrädern weit verbreitet, die in Kraftfahrzeuggetrieben verwendet werden und die mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden müssen.

In einem derartigen Verfahren werden die Zahnräder fertiggerollt, nachdem sie auf rohe Form durch Abwälzfräsen hergestellt worden sind, wobei der Fertigrollvorgang an

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die Stelle des früheren Schabevorgangs getreten ist. Da das meiste Metall beim Abwälzfräsvorgang entfernt worden ist, erfordert der Fertigrollvorgang nur eine sehr geringe Metallverdrängung, was zu einer ausgezeichneten Verlängerung der Lebensdauer führt und daher in vielen Anwendungen vorgezogen wird. Der Abwälzfräsvorgang ruft unvermeidlich gewisse Ungenauigkeiten in den Zahnradzähnen hervor, insbesondere wenn das Verfahren auf Massenproduktionsbasis durchgeführt wird. Außerdem bringt der Rollvorgang mit sich, daß Ungenauigkeiten im Schrägungswinkel, in der Teilung und in der Plankenform korrigiert werden.

Typische Verfahren und Vorrichtungen zum Fertigbearbeiten von im Abwälzverfahren vorgefrästen Zahnradzähnen sind in den Patentanmeldungen P 16 52 652.6 und P 15 52 771.6 beschrieben. Kurz gesagt weist diese Vorrichtung ein Paar Formen mit gleichen zahnformenden Umfangsprofilen auf, und die Formen werden in derselben Richtung um parallele Achsen gedreht. Ein im Abwälzverfahren vorgefrästes Werkstück wird auf einem drehbaren Träger zwischen den Formen angeordnet, die dann in Berührung mit dem Werkstück zusammengeführt werden. Die Formen und das Werkstück drehen sich dann zusammen im wesentlichen als Getriebe für eine kurze Zeitspanne, d. h. zwei oder drei Sekunden, was ausreicht, um die Zahnradzähne an dem Werkstück fertigzubearbeiten. Die Formen werden dann auseinandergeführt, und das Werkstück wird entfernt und durch ein neues ersetzt. Diese Vorrichtung hat sich als unerwartet wirksam beim Fertigbearbeiten von Zahnrädern und beim Herstellen von Zahnradzähnen mit der erforderlichen Abmessungsgenauigkeit erwiesen.

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Trotzdem hat sich herausgestellt, daß, wenn sie bei der Herstellung von großen Werkstücken angewandt wird, wenig Einwirkung auf die Korrektur der Lage des Teilkreises der Zahnradzähne hat, der bei in der Abwälzfräsmaschine hergestellten Teilen oft exzentrisch zur Werkstücksachse liegt.

Somit ist die Anwendung der oben beschriebenen Zahnradfertigbearbeitungsvorrichtung auf die Herstellung relativ kleiner Zahnräder beschränkt.

Es ist der Hauptzweck und das Ziel der Erfindung, verbesserte Zahnradrollverfahren und Vorrichtungen zum Formen von Zahnradzähnen auf entgültige Abmessungen an einem Werkstück zu schaffen und insbesondere einen Teilkreis an dem Werkstück herzustellen oder aufrechtzuerhalten, der im wesentlichen konzentrisch zur Werkstücksachse verläuft.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung _% eine Vorrichtung für diesen Zweck zu schaffen, die zuverlässig und billig ist, eine lange Betriebsdauer aufweist und in bestehende Maschinen mit einem Minimum an Änderungen eingebaut werden kann.

Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden dadurch erreicht, daß die Formen und das Werkstück durch zwangläufig wirkende Leitflächen angeordnet werden, die mit jeder der Formen und mit dem Werkstück verbunden sind, wobei die Leitflächen nur zum Steuern der endgültigen Lage der Formen wirksam sind. Vorzugsweise sind die Leitflächen als im wesentlichen zylindrische Flächen auf

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Elementen ausgebildet, die sich jeweils mit den Formen und dem Werkstück drehen. Vorzugsweise werden die Leitflächen unmittelbar angrenzend an die Formen und das Werkstück angeordnet, um Momentbelastungen an den Lagern und den zugehörigen Tragkonstruktion für das Werkstück und die Formen zu vermindern.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrdbung in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Oberansicht einer Zahnradrollvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten vertikalen Teilschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten horizontalen Teilschnitt entlang der Linie· 3-3 in Fig. 2 und

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, die jedoch eine Abwandlung der Erfindung zeigt.

Für die vorliegenden Zwecke wird die Erfindung in Verbindung mit einer Vorrichtung der Art beschrieben, wie sie in der oben genannten Patentanmeldung P 15 $2 771·6 gezeigt ist. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung auch bei anderen Vorrichtungen dieser allgemeinen Art verwendet werden kann. Kurz gesagt ist die in Fig. 1 dargestellte Zahnradrollvorrichtung von der Zuführart, bei der ein Werkstück gleichzeitig von einem Paar gegenüberliegenden gleichen Formen 20 und

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22 bearbeitet wird, die sich in derselben Richtung drehen. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung liegt die Achse der Form 20 fest, und die Achse der gegenüberliegenden Form 22 wird seitlich zwischen der gezeigten Rollstellung und einer zurückgezogenen Stellung verschoben, um das Entfernen des fertiggestellten Werkstücks und das Anordnen des nächsten zu rollenden Werkstücks zu ermöglichen. Die Form 22 ist auf eine Welle 24 aufgekeilt, die in Lagern 26 und 28 getragen wird, die — am Ende eines Kolbens befestigt sind, der mit einer von ™ einem Maschinenbett 32 getragenen hydraulischen Kraftbetätigungsvorrichtung 30 verbunden ist. Die gegenüberliegende Form 20 ist auf ähnliche Weise auf einer Welle 34 angeordnet, die in Lagern 36 und 38 getragen wird, die starr an dem Maschinenbett 32 befestigt sind. Die Formen 20 und 22 werden synchron in derselben Richtung durch einen üblichen Antriebsmechanismus getrieben, der Kupplungen 40 und 42, Teleskopwellen 44 und 46, sowie Kupplungen 48 und 50 einschließt, die mit der Ausgangswelle von Getriebekästen 52 bzw. 54 verbunden sind, die auf herkömmliche Weise von einem Motor 56 über einen Riemen 58 angetrieben werden. Die Innenbohrung 60 eines Werk- ä

Stücks W wird vom äußeren Ende einer Spindelanordnung 62 getragen, die von entsprechenden Lagern 64 in einer Revolverkopfanordnung 66 getragen wird, die periodisch zwischen der gezeigten Lage und einer vertikalen Lage ver-. schwenkt wird. Entsprechende Werkstückbehandlungs-, -zuführ- und -Übertragungsmechanismen 68 und 70 sind vorgesehen, um fertiggestellte Werkstücke von der Spindelanordnung 62 abzunehmen und sie durch unfertige Werkstücke in zeitlich abgestimmter Beziehung zu dem übrigen Teil der Vorrichtung zu ersetzen.

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Wenn die Spindelanordnung 62 in die beispielsweise in Fig. 2 dargestellte Rollage bewegt wird, wird das Ende einer Zusatzspindelanordnung 74 in das Ende der Hauptspindelanordnung 62 hineinbewegt, und das Werkstück wird sicher zwischen Schultern 76 bzw. 78 an den Haupt- bzw. ZusatzSpindelanordnungen festgeklemmt. Die Zusatzspindelano rdnung wird in einem Gehäuse 80 drehbar getragen, das zum axialen und seitlichen Bewegen des Werkstücks angebracht ist, wie es ausführlicher in der Patentanmeldung P 15 52 771.6 beschrieben ist. Wie es ebenfalls ausführlicher in dieser Patentanmeldung beschrieben ist, wird die Zusatzspindelanordnung 74 zumindest während der Anfangszeit des Eingriffes zwischen den Formen und dem Werkstück von einem Drehmechanismus 82 getrieben.

Im Betrieb der soweit beschriebenen Vorrichtung wird ein Werkstück mit im Abwälzverfahren vorgefrästen Zähnen an seinem Umfang auf die Spindelanordnung 62 aufgesetzt, die dait*i in die Lage gemäß Fig. 2 zum Eingriff mit der Zusatzspindelanordnung 74 gebracht wird. Das Werkstück wird dann gedreht, um eine Oberflächengeschwindigkeit hervorzurufen, die im wesentlichen gleich der Oberflächengeschwindigkeit der Formen 20 und 22 ist. Wenn sich die Formen und das Werkstück synchron drehen, wird die Form 22 gegen die Form 20 bewegt und gleichzeitig die Achse des Werkstückes W seitlich um die halbe Verschiebung der Achse der Form 22 verschoben. Die Formen 20 und 22 berühren dann gegenüberliegende Abschnitte des Werkstücks W gleichzeitig. Bei der fortgesetzten Zuführbewegung der Form 22 wird auch die seitliche Verschiebung des Werkstücks fortgesetzt, um die Achse des Werkstücks zu allen Zeiten zwischen den Achsen der Formen 20 und 22 zentriert

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zu halten. Nachdem die Formen die volle Eingriffstiefe mit dem Werkstück erreicht haben, wird den Teilen die Möglichkeit gegeben, für mehrere Umdrehungen fest stehen zu bleiben, um die Fertigbearbeitung der Zähne an dem Werkstück zu vollenden. Infolge des Rollvorganges werden die Zahnradzähne einzeln auf Endabmessungen in sehr engen Toleranzen gebracht, während gleichzeitig den Flanken der Zahnradzähne eine glatte Oberfläche gegeben wird.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die soweit beschriebene Vorrichtung nicht wirksam ist, um Exzentrizitäten des Teilkreises des Werkstücks zu korrigieren, insbesondere bei Zahnrädern mit einem Durchmesser von mehr als 75 mm. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Nachteil der bekannten Vorrichtungen ausgeschaltet durch Anordnen eines einzigartigen Systems von Leitflächen, die die Formen und die Werkstücke während der letzten Stufe des Rollvorganges wirksam steuern und zwangläufig anordnen.

In einer gegenwärtig bevorzugten Form der Erfindung,' wie sie besonders in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Leitflä chen auf zylindrischen Elementen 84 und 86 vorgesehen, die von den Wellen 24 bzw. 34 getragen werden, und auf einem zylindrischen Leitelement 88, das von der Spindelanordnung 62 getragen wird. Die Elemente 84 und 86 sind vorzugsweise eng auf die Wellen 24 und 34 in unmittelbarer Nähe der Formen 20 bzw. 22 aufgepaßt. Umfangsflächen 90 und 92 der Führungselemente 84 und 86 sind sorgfältig so bearbeitet, daß sie fast genau konzentrisch zu den Achsen der zugehörigen Wellen 24 und 34 liegen, und sie sind genau auf dem Teilkreis der Formen 22 und 20 angeordnet.

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Um bei Bedarf einen Austausch zu ermöglichen, ist das Leitelement 88 auf der Spindelanordnung mit engem Laufsitz angeordnet und ebenfalls sorgfältig bearbeitet, um eine Umfangsleitfläche 94 vorzusehen, die im wesentlichen genau konzentrisch zur Achse der Spindelanordnung 62 verläuft und auf dem beabsichtigten Teilkreis des Werkstücks W liegt.

Wenn die Leitelemente 84 und 88 eingebaut sind, wird die Maschine wie oben beschrieben betrieben. Die Leitelemente beeinflussen die Rollwirkung nicht, bis sich die Formen auf volle Tiefenstellung einander nähern. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich dann die Leitflächen 90 und 92 in fester rollender Berührung mit der Leitfläche 94, und sie werden in dieser Lage durch den im wesentlichen vollständigen Rolldruck gehalten. Daher werden die Formen 20 und 22 so belastet, daß sie das Werkstück an einem Teilkreis berühren, der im wesentlichen genau konzentrisch zur Werkstücksachse liegt. _t Wenn der Teilkreis des Werkstückes exzentrisch verläuft, wird die Exzentrizität im wesentlichen entfernt durch Verlagern des Metalles der einzelnen Zahnradzähne.

Die genaue Art der Korrektur ist eine Funktion der Exzentrizität des Teilkreises an dem im Abwälzverfahren gefrästen Teil und des Ausmaßes, in dem der Teilkreisdurchmesser an dem gefrästen Teil den Teilkreis am fertigen Teil übersteigt.

Normalerweise ist der Teilkreis an dem im Abwälzverfahren gefrästen Teil beträchtlich überbemaßt, d. h. um o, 025 mm. Die gefrästen Teile erhalten die Uberbemaßung

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in diesem Ausmaß, um sicherzustellen, daß genügend Metall während des Fertigbearbeitungsvorganges verdrängt wird, um alle Oberflächenungenauigkeiten zu entfernen und die genaue Zahnflankengestalt herzustellen.

In der größeren Zahl der Fälle ist die Mitte des Teilkreises an dem im Abwälzverfahren gefrästen Teil versetzt oder exzentrisch zur Mitte der Bohrung des Teils, und zwar um weniger als o,125 mm. In diesen Fällen, d.h. wenn die Exzentrizität gleich oder geringer ist als die Hälfte des Unterschiedes zwischen dem Teilkreisdurchmesser des im Abwälzverfahren gefrästen Teils und dem Teilkreisdurchmesser des fertigen Werkstücks, erzeugt der Rollvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung ein fertiggestelltes Teil, bei dem der Teilkreis den genauen Durchmesser hat und konzentrisch zur Bohrungsachse des Teiles innerhalb sehr enger Grenzen verläuft, üblicherweise innerhalb 0,038 mm.

Die maximale Zahnkorrektur wird in dem Bereich des Teiles bewirkt, in dem der Teilkreis des im Abwälzverfahren gefrästen Teiles radial gegenüber dem Teilkreis des fertigen Werkstücks nach außen versetzt ist, und eine minimale Metallverdrängung und Korrektur erfolgt an einer Stelle diametral gegenüber der erwähnten.

Versuche haben gezeigt, daß die Exzentrizität des Teilkreises in einem im Abwälzverfahren gefrästen Teil mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung um wesentlich mehr als 50 % verringert werden kann. Üblicherweise wird die Exzentrizität auf ein Λ "^ nicht mehr als o,038 mm herabgesetzt, was gut

innerhalb der bei der Herstellung von Präzisionszahnrädern erforderlichen Toleranzen liegt.

Eine Abwandlung der Erfindung zum Ermöglichen des Rollens von Zahnrädern mit einem Teilkreis der etwas größer oder etwas kleiner als normal ist, ist in Fig. 4 gezeigt. Zu diesem Zweck ist ein Leitelement 96, das mit dem Werkstück verbunden ist, mit einer schrägen Führungsfläche 98 versehen, und Leitelemente 100 und 102, die mit den Formen verbunden sind, haben eine etwas gewölbte Leitfläche 104 bzw. 106.

Das mittlere Leitelement 96 ist zwischen eir.em Paar Muttern 108 und 110 angeordnet, um die Möglichkeit zu 'ban, das Leitelement 96 in jede axiale Einstellage zu ν ,,»hieben. Es wird verständlich sein, daß, wenn das Lei''.-i >ment 96 gemäß Fig. 4 nach links bewegt wird, das Werks: ick W mit einem relativ kleineren Teilkreisdurchmesser ; ollt wird, während eine Bewegung des Leitelementes 96 ~λ entgegengesetzter Richtung den TeilKreisdurchmesser - fertigen Teiles vergrößern wird. Abgesehen von der uistellbarkeit ist die Arbeitsweise der Ausführungsfora? gemäß Fig. 4 dieselbe wie die der Fig. 3.

Ein besonderer Vorteil beider Ausführungsformer' iar Erfindung ist der Schutz der das Werkstück trage* -'en Spindelanordnungen 62 und 74 gegen starke Rollbela jngen. Die Lastverteilung ist tatsächlich im wesentlj .,,.τι dieselbe wie in der Vorrichtung, wenn sie ohne d ~Itelemente betrieben wird, d. h. die Rollbelastung ien von den Wellen 24 und 34 und der zugehörigen i_? starren Tragkonstruktion absorbiert. Außerde: ; Biegemomente infolge der dichten Nebeneinander ; der Leitelemente mit den Formen und dem Werkstüc ndert.

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BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

./Vorrichtung zum Formen von Zahnradzähnen an einem -^ Werkstück, mit Mitteln zum Tragen des Werkstücks zur Drehung ua eine vorherbestimmte Achse, Mitteln zum Tragen einer Form zur Drehung um eine Achse, die im wesentlichen parallel zur Achse des Werkstücks verläuft, wobei die Form ein zahnformendes Umfangsprofil hat, und Mitteln zum relativen Bewegen des Werkstücks und der Form, um die Form mit dem Werkstück in Formberührung unter Druck zu bringen, gekennzeichnet durch Mittel, die eine erste mit dem Werkstück verbundene Leitflächenkonstruktion bilden, und Mitteln, die eine zweite mit der Form verbundene Leitflächenkonstruktion bilden, wobei die zweite Leitflächenkonstruktion die erste Leitflächenkonstruktion berühren kann, wenn die Formen das Werkstück an dem beabsichtigten Teilkreis des Werkstücks berühren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitflächenkonstruktion aus einem ersten Leitelement besteht, das mit dem Werkstück drehbar ist und eine Leitfläche aufweist, die dem beabsichtigten Teilkreis der Zahnradzähne an dem Werkstück entspricht, und daß die zweite Leitflächenkonstruktion ein zweites Leitelement aufweist, das ait der Form drehbar ist, wobei die zweiten Leitelemente Leitflächen aufweisen, die dem Teilkreis des Zahnradprofils an der Form entsprechen.

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Verfahren zum Formen von Zahnradzähnen an einem Werkstück mit dem Schritt des Drehens des Werkstücks in der Nähe einer drehbaren Form mit einem zahnformenden Umfangsprofil, gekennzeichnet durch das Anordnen von ersten und zweiten zylindrischen Anschlagflächen im wesentlichen am Teilkreis der Zahnradzähne an dem Werkstück und des Zahnradprofils an der Form, des Bewegens der Form in Berührung mit dem Werkstück unter Druck, bis die zweite Fläche sich in rollender Berührung mit der ersten Fläche befindet, und des Drehens der Form Über wenigstens eine Umdrehung während die Flächen unter Druck in Berührung miteinander gehalten werden.

Verfahren zum Verändern der Zahnradzähne am Umfang eines Werkstücks mit einer Durchgangsbohrung, um den Teilkreis der Zahnradzähne im wesentlichen konzentrisch zur Achse der Bohrung zu machen, mit dem Schritt des Drehens deS Werkstücks in der Nähe einer drehbaren Form, gekennzeichnet durch das Anordnen von ersten und zweiten Anschlagflächen, die im wesentlichen am Teilkreis der Zahnradzähne auf dem Werkstück bzw. am Teilkreis des zahnradformenden Profils auf der Form angeordnet sind, des Bewegens der Form in Berührung mit dem Werkstück unter Druck, bis die zweite Fläche sich in rollender Berührung mit der ersten Fläche befindet und des Drehens der Form über wenigstens eine Umdrehung, während die Flächen unter Druck in Berührung miteinander gehalten werden.

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