DE19959836A1

DE19959836A1 - Method for producing crowned teeth with involute properties and shafts with such teeth

Info

Publication number: DE19959836A1
Application number: DE19959836A
Authority: DE
Inventors: Christian Petersen; Tom Tychsen
Original assignee: Danfoss Fluid Power AS
Current assignee: Danfoss Power Solutions ApS
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-21
Also published as: WO2001041961A1; AU1995801A

Abstract

The invention concerns a method for producing a crowned toothing (2) with involute properties on a shaft (1), a working area of a tool with a movement path being movable relative to the shaft (1), which has one component parallel to the rotational axis of the shaft (1) and a second component radial to the rotational axis. In this connection it is desired to make the shaft more stable. The movement path has a third component perpendicular to the two other components, the working area making a reciprocating movement across the axial length of a tooth (4) in the direction of the third component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen ei ner balligen Verzahnung mit Evolventeneigenschaften an einer Welle, bei dem ein Arbeitsbereich eines Werkzeugs mit einer Bewegungsbahn relativ zur Welle bewegt wird, die eine Komponente parallel zur Rotationsachse der Welle und eine zweite Komponente radial zur Rotati onsachse aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Welle mit einer balligen Verzahnung an mindestens einem Ende, die Evolventeneigenschaften aufweist und deren Zähne und Zahnzwischenräume relativ zur Rotationsachse geneigt sind.The invention relates to a method for producing egg a spherical toothing with involute properties a shaft where a working area of a tool is moved with a trajectory relative to the shaft, the one component parallel to the axis of rotation of the Shaft and a second component radial to the rotati has axis. The invention further relates to a Shaft with crowned teeth on at least one End that has involute properties and their Teeth and interdental spaces relative to the axis of rotation are inclined.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Welle sind aus DE 28 18 332 C2 bekannt. Ein bevorzugtes Anwen dungsgebiet für derartige Wellen sind hydraulische Ma schinen, bei denen ein Zahnrad in einem Zahnring orbi tiert und rotiert. Die Welle dient dann dazu, die Rota tionsbewegung des Zahnrades nach außen zu führen oder umgekehrt einen Antrieb von außen auf das Zahnrad zu übertragen, wenn die Maschine als Pumpe wirkt. Da das Zahnrad zu der übrigen Maschine exzentrisch gelagert ist, muß die Welle kardanisch mit dem Zahnrad verbunden sein. Hierzu dient die ballige Verzahnung, die eine Neigung der Welle zu dem Zahnrad zuläßt. Diese Neigung der Welle gegenüber dem Zahnrad wird im folgenden auch als "Neigungswinkel" bezeichnet.Such a method and such a wave are known from DE 28 18 332 C2. A preferred application The area of application for such shafts are hydraulic dimensions machines where a gear in a gear ring orbi rotates and rotates. The wave then serves the Rota tion movement of the gear to the outside or conversely, a drive from the outside towards the gear transmitted when the machine acts as a pump. Since that Eccentric gear to the rest of the machine the shaft must be gimbally connected to the gear his. For this purpose, the spherical toothing, the one Allows inclination of the shaft to the gear. This tendency the shaft opposite the gear is also below referred to as the "angle of inclination".

Die Verzahnung ist vielfach an einem Bereich der Welle angeordnet, der einen vergrößerten Durchmesser auf weist. Man möchte damit sicherstellen, daß auch an den axialen Enden der jeweiligen Verzahnung ein gewisser Mindestdurchmesser der Welle erhalten bleibt, weil sich die Belastbarkeit der Welle mit der dritten Potenz des Radius verändert. Andererseits ist die Lebensdauer der Verzahnung um so höher, je länger die einzelnen Zähne der Verzahnung sind. Je länger die Zähne sind, desto stärker wird der Durchmesser der Welle am axialen Ende der Zähne verringert. Hierbei war es bisher erforder lich, daß man die Zähne um den doppelten Neigungswinkel geneigt hat, um sicherzustellen, daß sich die Welle ge genüber dem Zahnrad entsprechend neigen konnte. Je stärker die Zähne und die Zahnzwischenräume, genauer gesagt, deren Böden, geneigt sind, desto mehr wird die Welle durch eine entsprechende Durchmesserverringerung geschwächt.The teeth are often on one area of the shaft arranged of an enlarged diameter has. You want to make sure that the axial ends of the respective toothing a certain The minimum diameter of the shaft is retained because of the resilience of the shaft with the third power of Radius changed. On the other hand, the lifespan of the Gearing the higher the longer the individual teeth the gearing are. The longer the teeth are, the more the diameter of the shaft becomes larger at the axial end of teeth decreased. This was previously required lich that the teeth by twice the angle of inclination has inclined to ensure that the shaft ge could tilt accordingly with respect to the gear. ever stronger the teeth and the interdental spaces, more precisely said, whose floors are inclined, the more the Shaft by a corresponding diameter reduction weakened.

Ein übliches Verfahren zum Herstellen einer derartigen balligen Verzahnung besteht im sogenannten Abwälzfrä sen. Hierbei wird die Welle um ihre Rotationsachse ge dreht. Ein Fräswerkzeug wird ebenfalls um eine Rotati onsachse gedreht und zwar derart, daß sich seine Schneidenanordnung bezogen auf die Welle achsparallel zur Welle bewegt. Beispielsweise kann die Schneidenan ordnung schraubenlinienförmig um das Fräswerkzeug her umgeführt sein. Das Fräswerkzeug selbst und damit auch die Schneidenanordnung wird in Axialrichtung relativ zur Welle verfahren und zwar über die axiale Länge der Verzahnung. Bei dieser Bewegung erfolgt gleichzeitig eine Hubbewegung des Fräswerkzeugs radial nach außen bis zur Mitte der Verzahnung und daran anschließend ei ne Hubbewegung radial nach innen bis zum axialen Ende der Verzahnung. In der Regel sind die Bewegungen so ko ordiniert, daß in der axialen Mitte der Verzahnung kei ne Spitze entsteht, sondern der Übergang etwas abgerun det ist.A common method of making one crowned toothing consists in the so-called hobbing sen. Here, the shaft is ge about its axis of rotation rotates. A milling tool is also a Rotati onsachse rotated in such a way that his Edge arrangement with respect to the shaft parallel to the axis moved to the wave. For example, the cutting edge order helically around the milling tool be redirected. The milling tool itself and therefore also the cutting arrangement becomes relative in the axial direction move to the shaft over the axial length of the Toothing. This movement takes place simultaneously a lifting movement of the milling tool radially outwards to the center of the toothing and then egg ne stroke movement radially inwards to the axial end the gearing. Usually the movements are so ko ordained that in the axial center of the toothing kei ne tip arises, but the transition is a bit blurred det.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Welle stabiler zu machen.The invention has for its object the shaft to make it more stable.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge nannten Art dadurch gelöst, daß die Bewegungsbahn eine dritte Komponente senkrecht zu den beiden anderen Kom ponenten aufweist, wobei der Arbeitsbereich über die axiale Länge eines Zahnes in Richtung der dritten Kom ponente einmal hin und einmal zurück bewegt wird.This task is ge in a process of the beginning named type solved in that the trajectory a third component perpendicular to the other two com components, the work area over the axial length of a tooth in the direction of the third com component is moved back and forth once.

Mit dieser Ausgestaltung erzeugt man eine Verzahnung, die bei ansonsten unveränderten Bedingungen den Durch messer der Welle weniger schwächt. Dies liegt daran, daß der Arbeitsbereich, beispielsweise die Schneidenan ordnung des Fräswerkzeugs an den axialen Enden der Ver zahnung nicht mehr so tief in die Welle eindringen muß. Die Schneidenanordnung wird im Grunde genommen nur noch bis zum ohnehin erforderlichen Nutgrund abgesenkt. Der restliche Raum, der für entsprechende Gegenzähne zur Verfügung stehen muß, wird dadurch erzeugt, daß sich die Zähne der Verzahnung an ihren axialen Enden stärker verjüngen. Der Arbeitsbereich wird also zusätzlich "seitlich" bewegt, d. h. in Umfangs- oder Tangential richtung. Verglichen mit einer herkömmlichen Verzah nung, bei der die Zahnquerschnitte im Grunde genommen über die gesamte axiale Länge gleich geblieben sind und die Zähne lediglich geneigt waren, ist es nun erfin dungsgemäß vorgesehen, daß sich die Zahnzwischenräume von der axialen Mitte der Verzahnung zu den axialen En den hin erweitern. Dementsprechend muß die Neigung der Zähne und die damit verbundene Absenkung des Grundes oder Bodens der Zahnzwischenräume nicht mehr unter ei nem so starken Winkel erfolgen wie bisher. Der Winkel kann praktisch halbiert werden. Man kann, wie bisher auch ein Fräswerkzeug als Werkzeug verwenden, wobei der Arbeitsbereich durch die Schneidenanordnung gebildet ist. Im Grunde ist aber auch jedes andere Werkzeug ver wendbar, dessen Arbeitsbereich durch Materialabtrag oder Umformung in der Lage ist, die gewünschte Form der Zähne und Zahnzwischenräume zu erzeugen.With this configuration, a toothing is generated, the the through with otherwise unchanged conditions knife of the wave weakens less. This is because that the work area, for example the cutting edges order of the milling tool at the axial ends of the ver teeth no longer have to penetrate as deep into the shaft. Basically, the cutting arrangement will only be lowered to the base of the groove that is required anyway. The remaining space, which is used for corresponding counter teeth Must be available is generated by the fact that the teeth of the toothing are stronger at their axial ends rejuvenate. So the work area becomes additional "moved sideways" d. H. in circumferential or tangential direction. Compared to a conventional tooth system at which the tooth cross sections basically have remained the same over the entire axial length and the teeth were only inclined, it is now invented provided according to that the interdental spaces from the axial center of the toothing to the axial En expand it. Accordingly, the inclination of the Teeth and the associated lowering of the bottom or bottom of the interdental spaces no longer under egg at such a strong angle as before. The angle can practically be halved. You can, as before also use a milling tool as a tool, the Working area formed by the cutting arrangement is. Basically, every other tool is ver reversible, its working area by material removal or is able to shape the desired shape To create teeth and interdental spaces.

Hierbei ist bevorzugt, daß das Werkzeug parallel zur zweiten Komponente in einer Hubbewegung geführt wird, deren Hub
It is preferred that the tool is guided parallel to the second component in a stroke movement, the stroke

a = 1.tan α
a = 1.tan α

ist, wobei 1 die axiale Länge der Verzahnung und α der Neigungswinkel der Welle ist. Verglichen mit herkömmli chen Verzahnungen ist der Hub a damit praktisch hal biert worden, denn bislang war dieser Hub proportional zu tan2α. Dementsprechend kann der Durchmesser der Wel le bei ansonsten unveränderten Bedingungen größer ge halten werden. is, where 1 is the axial length of the toothing and α the Angle of inclination of the shaft. Compared to conventional Chen toothings, the stroke a is practically hal been used because this stroke was previously proportional to tan2α. Accordingly, the diameter of the wel le larger under otherwise unchanged conditions will hold.

Vorzugsweise wird die Hubbewegung der zweiten Komponen ten gleichlaufend mit der hin- und hergehenden Bewegung der dritten Komponente ausgeführt. Damit spart man sich zusätzliche Bearbeitungsvorgänge und erzeugt gleichzei tig eine Übereinstimmung der maximalen Zahnhöhe mit der maximalen Zahnbreite.The lifting movement of the second components is preferred ten in sync with the reciprocating motion the third component. This saves you additional processing operations and generates at the same time a match of the maximum tooth height with the maximum tooth width.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Bewegung der dritten Komponente dadurch erzeugt, daß das Werk zeug verlagert wird. Mit der Verlagerung des Werkzeugs, das sich beim Bewegen entlang der axialen Länge der Zähne einmal hin und einmal herbewegen muß (bezogen auf die Tangential- oder Umfangsrichtung) kann man die ent sprechende Bewegung des Arbeitsbereichs, z. B. der Schneidenanordnung, relativ einfach bewirken. Aller dings ist dann eine Werkzeugmaschine erforderlich, die eine derartige dreiachsige Bewegung des Werkzeugs zu läßt.In a preferred embodiment, the movement the third component generated by the fact that the work stuff is moved. With the relocation of the tool, that move along the axial length of the Teeth must move back and forth once (based on the tangential or circumferential direction) you can ent speaking movement of the work area, e.g. B. the Cutting arrangement, relatively easy to effect. all However, a machine tool is then required such a three-axis movement of the tool leaves.

In einer alternativen Ausgestaltung wird die Bewegung der dritten Komponente dadurch erzeugt, daß der Ar beitsbereich entlang einer Schraubenlinie auf dem Werk zeug angeordnet ist und das Werkzeug und die Welle ge dreht werden, wobei ein Proportionalitätsfaktor zwi schen den Drehzahlen von Werkzeug und Welle während der Bewegung der ersten Komponente verändert wird. Beim herkömmlichen Abwälzfräsen hatten die Drehzahlen von Welle und Fräswerkzeug ein festes Verhältnis zueinan der, so daß die Schneidenanordnung des Fräswerkzeugs immer genau achsparallel zur Welle arbeiten konnte. Wenn man nun die Drehzahl des Fräswerkzeugs etwas er höht, dann eilt die Schneidenanordnung vor. Wenn man die Drehzahl des Fräswerkzeugs absenkt, dann hinkt die Schneidenanordnung hinter ihrer Sollposition zurück. Bei dieser Vorgehensweise ist es erforderlich, daß man jeden Zahn oder anders ausgedrückt, jeden Zahnzwischen raum, praktisch zweimal fräst, wobei man bei einem Durchgang die Drehzahl des Fräswerkzeugs zu den axialen Enden der Verzahnung hin erhöht und sie zur Mitte zu rücknimmt und beim zweiten Durchgang die Drehzahl des Fräswerkzeugs an den axialen Enden absenkt und bis zur axialen Mitte erhöht, um die gegenüberliegenden Flanken der Verzahnung zu erzeugen. Eine derartige Drehzahl steuerung ist vielfach einfacher als die Bewegung des Fräswerkzeugs in Richtung einer dritten Achse. Eine entsprechende Betrachtung gilt auch, wenn man anstelle des Fräswerkzeugs ein anderes Werkzeugs verwendet.In an alternative embodiment, the movement the third component generated by the Ar working area along a helix on the factory is arranged and the tool and the shaft ge are rotated, with a proportionality factor between between the speeds of the tool and shaft during the Movement of the first component is changed. At the conventional hobbing machines had the speeds of Shaft and milling tool have a fixed relationship to each other the so that the cutting edge arrangement of the milling tool could always work exactly axially parallel to the shaft. If you look at the speed of the milling tool then the cutting edge arrangement hurries forward. If lowers the speed of the milling tool, then limps Cutting edge arrangement behind its target position. With this procedure it is necessary that one every tooth or in other words, every tooth between space, practically milling twice, with one Pass the speed of the milling tool to the axial Ends of the toothing increased and towards the center decreases and in the second run the speed of the Milling tool lowered at the axial ends and up to axial center raised to the opposite flanks to generate the gearing. Such a speed control is much easier than moving the Milling tool in the direction of a third axis. A Corresponding considerations also apply if you are instead another tool is used for the milling tool.

Bevorzugterweise räumt man vor dem Führen des Arbeits bereichs entlang der Bewegungsbahn eine Nut als Zahn zwischenraum. Dies kann zu einer Entlastung des Werk zeugs beitragen, insbesondere bei größeren Verzahnun gen.It is preferable to clear out before starting work a groove as a tooth along the movement path between space. This can relieve the strain on the plant contribute, especially with larger gears gene.

Die Aufgabe wird auch durch eine Welle der eingangs ge nannten Art dadurch gelöst, daß sich der Boden der Zahnzwischenräume zu den axialen Enden hin erweitert und der Winkel der Bodenkurve dem Neigungswinkel ent spricht.The task is also ge by a wave of the beginning named kind in that the bottom of the Interdental spaces extended towards the axial ends and the angle of the bottom curve corresponds to the angle of inclination speaks.

Wie oben im Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt, kann man auf diese Weise erreichen, daß die Böden der Zahnzwischenräume nicht mehr so tief in das Material der Welle geführt werden müssen und dementsprechend den Durchmesser der Welle weniger stark schwächen.As stated above in connection with the procedure, can be achieved in this way that the floors of the Interdental spaces no longer so deep in the material the wave must be led and accordingly Weaken the diameter of the shaft less.

Hierbei ist bevorzugt, daß bei einer ersten Schnittli nie in der axialen Mitte und einer zweiten Schnittlinie im Bereich eines axialen Endes der Verzahnung ein ra dialer Abstand zwischen den beiden Schnittlinien an je dem Zahnboden höchstens genauso groß ist wie an jeder Zahnspitze. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, daß sich die Zahnzwischenräume von der axialen Mitte der Verzahnung aus vergrößern und zwar mit dem Winkel, den die Böden der Zahnzwischenräume mit der Rotati onsachse der Welle einschließen.It is preferred that in a first cut never in the axial center and a second cutting line a ra in the area of an axial end of the toothing dialer distance between the two cutting lines each the floor of the tooth is at most the same size as on everyone Tooth tip. With this configuration it is possible that the interdental spaces are from the axial center enlarge the toothing with the angle, the floors of the interdental spaces with the Rotati Include the on axis of the shaft.

Vorzugsweise fällt der Zahnboden von der axialen Mitte aus in einer geraden Linie radial nach innen ab und die Zahnflanken sind durch eine Kurve definiert, deren Krümmung an den axialen Enden stärker als in der axia len Mitte ist. Idealerweise kann man bei der Welle da von ausgehen, daß der Zahnboden von der axialen Mitte aus in einer geraden Linie radial nach innen abfällt. In der Praxis war dies bislang allerdings nicht mög lich, weil der Neigungswinkel α immer mit gewissen To leranzen behaftet war, die von den übrigen Bauteilen einer Maschine, in der die Welle Verwendung fand, be stimmt war. Wenn man nun die Zahnflanken leicht krümmt und zwar der Gestalt, daß die Krümmung an den axialen Enden der Verzahnung stärker als in der axialen Mitte ist, dann kann man für diese Toleranzen Platz schaffen, ohne die Bodenkurve des Zahnzwischenraumes stärker ab senken zu müssen. Dies erhöht weiter die Festigkeit der Welle.The tooth base preferably falls from the axial center off in a straight line radially inwards and the Tooth flanks are defined by a curve, the Curvature at the axial ends stronger than in the axia len is in the middle. Ideally you can go there with the wave assume that the tooth bottom from the axial center radially inwards in a straight line. In practice, however, this has not been possible until now Lich, because the angle of inclination α always with certain To was affected by the other components a machine in which the shaft was used, be was true. If you now slightly bend the tooth flanks namely the shape that the curvature at the axial The ends of the toothing are stronger than in the axial center then you can make room for these tolerances, without the bottom curve of the interdental space to have to lower. This further increases the strength of the Wave.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich nung näher beschrieben. Hierin zeigen:The invention is preferred below on the basis of one th embodiment in connection with the drawing described in more detail. Show here:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Welle mit balligen Verzahnungen an beiden axialen En den, Fig. 1 is a perspective view of a shaft with convex teeth on the two axial En,

Fig. 2 die Welle eingesetzt in ein Zahnrad, Fig. 2, the shaft inserted into a gear,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein axiales Ende, Fig. 3 shows a longitudinal section through an axial end,

Fig. 4 Schnittansichten A-A und B-B nach Fig. 5, Fig. 4 are sectional views AA and BB of Fig. 5,

Fig. 5 eine Gegenüberstellung einer herkömmlichen Verzahnung mit einer neuen Verzahnung und Fig. 5 is a comparison of a conventional tooth system with a new toothing and

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Fräsvor gangs. Fig. 6 is a schematic representation of a Fräsvor gear.

Fig. 1 zeigt eine Welle 1 mit Verzahnungen 2 an beiden axialen Enden. Zwischen den beiden Verzahnungen 2 ist ein Schaft 3 vorgesehen. Die Verzahnungen 2 weisen Zäh ne 4 und Zahnzwischenräume 5 auf. Die Verzahnungen 2 haben eine ballige Form, d. h. ihr Durchmesser ist in der axialen Mitte einer jeden Verzahnung 2 größer als an den axialen Enden der Verzahnung. Die Verzahnungen 2 entsprechen im wesentlichen einer Evolventenverzahnung, d. h. ein Abrollen dieser Verzahnung in einer nicht nä her dargestellten Innenverzahnung eines Zahnrades 6 ist möglich, wie es beispielsweise in hydraulischen Maschi nen vorkommt, in denen ein Zahnrad in einem Zahnring rotiert und orbitiert. Eine derartige Anordnung ist ausschnittsweise in Fig. 2 dargestellt. Die Welle 1 muß in der Lage sein, eine Rotationsbewegung vom Zahnrad 6 auf eine Achse 7 zu übertragen, die mit der Rotati onsachse des Zahnrades 6 eine Exzentrizität e ein schließt. Dementsprechend ist die Welle 1 um einen Win kel α geneigt, wobei dieser Winkel im folgenden als "Neigungswinkel" bezeichnet wird. Fig. 1 shows a shaft 1 with teeth 2 at both axial ends. A shaft 3 is provided between the two toothings 2 . The teeth 2 have teeth 4 and interdental spaces 5 . The toothings 2 have a spherical shape, ie their diameter is larger in the axial center of each toothing 2 than at the axial ends of the toothing. The teeth 2 correspond essentially to an involute toothing, ie a rolling of this toothing in an internal toothing of a gear 6 , not shown, is possible, as occurs, for example, in hydraulic machines in which a gear rotates and orbits in a toothed ring. Such an arrangement is shown in detail in FIG. 2. The shaft 1 must be able to transmit a rotational movement from the gear 6 on an axis 7 , which includes an eccentricity e with the rotation axis of the gear 6 . Accordingly, the shaft 1 is inclined by a win angle α, this angle hereinafter being referred to as the "inclination angle".

Um diese Neigung zu ermöglichen, ist es erforderlich, daß die Zähne 4 der Verzahnungen 2 die bereits be schriebene ballige Form aufweisen. Diese Form wurde bislang so erzeugt, daß man einen Wellenrohling verwen det, der im Bereich seiner axialen Enden mit einer ent sprechenden Durchmesservergrößerung versehen war. Wie in Fig. 6 schematisch dargestellt, wurde diese Welle 1 dann um ihre Rotationsachse 8 gedreht. Gleichzeitig wurde ein Fräswerkzeug 9 um seine Rotationsachse 10 ge dreht. Das Fräswerkzeug 9 weist eine Schneidenanordnung 11 auf, die schraubenlinienförmig um das Fräswerkzeug 9 herumgeführt ist. In vielen Fällen ist das Fräswerkzeug auch noch um einen Winkel geneigt, der dem Steigungs winkel der Schraubenlinie entspricht. Die Darstellung der Fig. 6 ist also insoweit nur schematisch zu verste hen. Wenn nun das Fräswerkzeug 9 mit einer Drehzahl ge dreht wird, die an die der Welle 1 angepaßt ist, dann wird, wenn das Fräswerkzeug in Richtung eines Doppel pfeiles 12 bewegt wird, eine Evolventenverzahnung er zeugt. Der Doppelpfeil 12 gibt die Richtung einer er sten Komponente einer Bewegungsbahn des Fräswerkzeugs 9 gegenüber der Welle 1 wieder. Diese Bewegungsbahn hat eine zweite Komponente, die in der Darstellung nach Fig. 6 senkrecht zur Zeichenebene gerichtet ist, also radial zur Welle 1. Hierbei erfolgt eine radiale Aus wärtsbewegung bis zur axialen Mitte des Zahnes. Danach wird das Fräswerkzeug 9 wieder radial einwärts bewegt.In order to enable this inclination, it is necessary that the teeth 4 of the toothings 2 have the spherical shape already described. This shape has so far been generated so that one uses a shaft blank, which was provided in the region of its axial ends with a corresponding increase in diameter. As shown schematically in FIG. 6, this shaft 1 was then rotated about its axis of rotation 8 . At the same time, a milling tool 9 was rotated about its axis of rotation 10 . The milling tool 9 has a cutting edge arrangement 11 which is guided in a helical pattern around the milling tool 9 . In many cases, the milling tool is also inclined at an angle that corresponds to the pitch angle of the helix. The representation of FIG. 6 is therefore only schematically understood to that extent. If the milling tool 9 is now rotating at a speed which is adapted to that of the shaft 1 , then if the milling tool is moved in the direction of a double arrow 12 , an involute toothing will produce it. The double arrow 12 indicates the direction of a component of a movement path of the milling tool 9 with respect to the shaft 1 . This movement path has a second component, which in the illustration according to FIG. 6 is directed perpendicular to the plane of the drawing, that is to say radially to the shaft 1 . Here, a radial outward movement takes place up to the axial center of the tooth. The milling tool 9 is then moved radially inward again.

Bislang war es erforderlich, daß diese Aus- und Ein wärtsbewegung einen Winkel 2α einschlossen, um den Nei gungswinkel α sicherzustellen. Dementsprechend tief ist die Schneidenanordnung 11 in die Welle 1 eingedrungen und hat ihren Durchmesser geschwächt. So far, it was necessary that this outward and inward movement included an angle 2α to ensure the inclination angle α. Accordingly, the cutting arrangement 11 has penetrated into the shaft 1 and has weakened its diameter.

In Orbit-Maschinen, in denen sich das eine Ende der Welle im Verhältnis zum anderen in einer exzentrischen Bahn bewegt, kann die Verzahnung, die das Moment über trägt, nicht eine übliche Wellenverzahnung sein, son dern sie muß eine Form haben, die im Grunde genommen konisch ist. Da die aktuelle Größe der Exzentrizität von Toleranzen abhängt und daher nicht konstant ist, auch nicht in den verschiedenen Positionen der Maschi ne, muß diese konische Form von einem schwachen Bogen überlagert werden, um zu vermeiden, daß die äußersten Kanten der Verzahnung belastet werden. Dies würde die Lebensdauer zu stark herabsetzen.In orbit machines that have one end of the Wave relative to the other in an eccentric Path moves, the gearing that the moment over bears, not be a usual shaft toothing, son because it must have a shape that is basically is conical. Because the current size of the eccentricity depends on tolerances and is therefore not constant, not even in the different positions of the machine ne, this conical shape must have a weak arch be overlaid to avoid the outermost Edges of the toothing are loaded. This would be the Reduce service life too much.

Bislang wurde, wie oben beschrieben, diese Form dadurch erreicht, daß eine Abwälzfräsmaschine, die die Evolven tenverzahnung erzeugt, mit zunehmendem Abstand von der axialen Mitte des Kopfes weiter radial in das Werkstück hinein bewegt wird. Diese Bewegung folgt einer Kurve, welche als "Bodenkurve" bezeichnet wird. Dadurch werden zwei Dinge erreicht. Für die Zahnflanken bedeutet dies eine Profilverschiebung, die die gewünschte Form der Zahnflanken erzeugt. Für den Zahnboden bedeutet es, daß auch hier Material entfernt wird. Um die gewünschte Profilverschiebung zu erzielen, muß das Werkzeug bezo gen auf den Boden doppelt soweit in die Welle eindrin gen als wünschenswert. Der Grund hierfür liegt in der Werkzeuggeometrie. Die Evolvente der Verzahnung wird von einem Werkzeug mit geraden Zahnflanken erzeugt, die beispielsweise einen Winkel von 30° im Verhältnis zur Mittellinie haben. Wenn das Werkzeug in die Welle hin ein bewegt wird, wird die Bewegung in Flankenrichtung gleich sin 30° = 0,5 mal der radialen Bewegung sein. Dies bedeutet anders ausgedrückt, daß doppelt so viel Material wie notwendig vom Boden entfernt wird. Da die Verdrehungsfestigkeit der Welle vom Widerstandsmoment bestimmt wird, das eine Funktion des kleinsten Radius zu dritten Potenz ist, bedeutet dieses Entfernen von Material eine sehr starke Herabsetzung der Stärke der Welle, was sich negativ auf die Lebensdauer auswirkt. Das Verhältnis kann durch eine Erhöhung des Flankenwin kels des Werkzeugs ein wenig verbessert werden, jedoch nicht viel, da der Radius der Zahnspitze des Werkzeugs dann immer kleiner und letztendlich zu kurz wird.So far, as described above, this form has been achieved a hobbing machine that the Evolven teeth created with increasing distance from the axial center of the head further radially into the workpiece is moved into it. This movement follows a curve which is referred to as the "ground curve". This will accomplished two things. This means for the tooth flanks a profile shift that the desired shape of the Tooth flanks generated. For the dental floor, it means that material is also removed here. To the one you want To achieve profile shift, the tool must into the shaft twice as far into the shaft conditions as desirable. The reason for this is that Tool geometry. The involute of the gearing will generated by a tool with straight tooth flanks that for example an angle of 30 ° in relation to Have centerline. When the tool goes into the shaft one is moved, the movement is in the flank direction be equal to 30 ° = 0.5 times the radial movement. In other words, that means twice as much Material is removed from the floor as necessary. Since the Twist resistance of the shaft from the section modulus it is determined that a function of the smallest radius to third power, this means removing Material a very strong reduction in the strength of the Wave, which has a negative effect on the service life. The ratio can be increased by increasing the flank win kels of the tool can be improved a little, however not much since the radius of the tooth tip of the tool then getting smaller and ultimately becoming too short.

Um diese Durchmesserschwächung zu verringern, ist nun vorgesehen, daß man das Fräswerkzeug bei der Bewegung in Richtung des Doppelpfeiles 12 nicht nur radial aus wärts und radial einwärts bewegt, sondern gleichzeitig noch in Richtung eines Doppelpfeiles 13, also tangenti al zur Welle 1. Hierdurch werden die Zahnzwischenräume 5 zu ihren axialen Enden hin erweitert. Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, kann man damit die Hubbewegung auf ei nen Wert a beschränken, wobei a abhängt von der axialen Länge 1 der Verzahnung und dem Angriffswinkel α und be schrieben werden kann als
In order to reduce this weakening in diameter, it is now provided that the milling tool is not only moved radially outwards and radially inwards during the movement in the direction of the double arrow 12 , but at the same time in the direction of a double arrow 13 , i.e. tangenti al to the shaft 1 . As a result, the interdental spaces 5 are widened towards their axial ends. As can be seen from Fig. 3, one can thus limit the stroke movement to egg nen value a, where a depends on the axial length 1 of the toothing and the angle of attack α and can be written as

a = 1 × tan αa = 1 × tan α

Die Bewegung in Richtung des Doppelpfeiles 13 kann er setzt werden durch eine Drehzahlsteuerung des Fräswerk zeugs 9. Wenn man beispielsweise im Bereich eines axia len Endes die Drehzahl des Fräswerkzeugs 9 gegenüber der Drehzahl der Welle 1 erhöht, dann eilt die Schnei denanordnung 11 vor, führt also zu einer Verbreiterung der Zahnlücke 5 an diesem axialen Ende der Verzahnung. Beim Weg zur axialen Mitte hin wird die Drehzahl des Fräswerkzeugs 9 wieder abgesenkt. In der axialen Mitte stimmt sie dann mit der Drehzahl der Welle 1 überein (oder hat den ursprünglich gewählten Proportionalitäts faktor dazu). Mit zunehmender Annäherung an das andere axiale Ende wird die Drehzahl des Fräswerkzeugs 9 wie der erhöht. Damit kann man eine Zahnflanke erzeugen. Die andere Zahnflanke wird durch eine entsprechende um gekehrte Bewegung des Fräswerkzeugs 9 erzeugt, wobei in diesem Fall die Drehzahl an den axialen Enden entspre chend abgesenkt werden muß.The movement in the direction of the double arrow 13 can be set by speed control of the milling tool 9 . If, for example, in the area of an axial end, the speed of the milling tool 9 increases compared to the speed of the shaft 1 , then the cutting arrangement 11 hurries forward, thus leading to a widening of the tooth space 5 at this axial end of the toothing. On the way to the axial center, the speed of the milling tool 9 is reduced again. In the axial center it then coincides with the speed of shaft 1 (or has the proportionality factor originally selected). With increasing approach to the other axial end, the speed of the milling tool 9 is increased again. With this you can create a tooth flank. The other tooth flank is generated by a corresponding reversed movement of the milling tool 9 , in which case the speed at the axial ends must be reduced accordingly.

Mit dieser Vorgehensweise vermeidet man also, daß mehr Material als nötig entfernt wird. Es ist lediglich er forderlich, der Werkzeugbewegung eine dritte Komponente mitzugeben. Ein Teil der Bewegung entfernt das Material vom Boden. Dieser ist daher bloß eine gerade Linie mit einem geraden Winkel zur Mittellinie, der gleich dem Neigungswinkel α ist. Wenn 1 der axiale Abstand von der axialen Mitte der Verzahnung 2 ist und a die Tiefe der "Nut" oder des Zahnzwischenraumes, dann ergibt sich die obige Formel. Wenn der Flankenwinkel des Werkzeugs β ist, wird dieser Betrag sin (β) × dem vollen oder ge wünschten Beitrag.With this procedure you avoid that more material is removed than necessary. It is only necessary to give the tool movement a third component. Part of the movement removes the material from the floor. This is therefore just a straight line with a straight angle to the center line that is equal to the angle of inclination α. If 1 is the axial distance from the axial center of the toothing 2 and a is the depth of the "groove" or the space between the teeth, then the above formula results. If the flank angle of the tool is β, this amount becomes sin (β) × the full or desired contribution.

Normalerweise ist β = 30° und der Beitrag wird daher 0,5. Der Rest (1-sin (β)) wird durch eine Rotation des Werkstücks um die eigene Achse entfernt. Dies ent spricht im Prinzip einer Schrägverzahnung mit einem Winkel α × (1-sin(β)). Im Verhältnis zu einer Schräg verzahnung muß aber an beiden Seiten eine Abschrägung vorhanden sein. Gemessen als Bogenmaß eines Zylinders, dessen Durchmesser den Grundkreis der Evolvente ist, muß die Welle um a × tan (α) × (1-sin(β)) gedreht wer den. Usually β = 30 ° and the contribution is therefore 0.5. The rest (1-sin (β)) is made by rotation the workpiece around its own axis. This ent speaks in principle with a helical gearing Angle α × (1-sin (β)). In relation to an oblique gearing must bevelled on both sides to be available. Measured as the radian of a cylinder, whose diameter is the base circle of the involute, the shaft must be rotated by a × tan (α) × (1-sin (β)) the.

Allerdings wird der Neigungswinkel α in Wirklichkeit nicht konstant sein, sondern sich mit den Toleranzen und Positionen des Motors, in dem die Welle sitzt, än dern. Um dies zu berücksichtigen, wird α mit einem To leranzzuschlag berechnet. Dies gibt Platz für einen größeren Winkel.However, the angle of inclination α actually becomes not be constant, but deal with the tolerances and positions of the motor in which the shaft is seated countries. To take this into account, α is marked with a To Tolerance surcharge calculated. There is room for one larger angle.

Die kleinen Variationen, die aufgrund verschiedener To leranzsummen in den Motorstellungen bei α berücksich tigt werden müssen, werden dadurch kompensiert, daß die Zahnflanke in der Längsrichtung einen schwachen Bogen erhält. Dieser Bogen sollte an den Enden der Zahnflan ken die stärkste Krümmung aufweisen, so daß der Kontakt hauptsächlich an der halben Entfernung der Zahnflanke von der axialen Mitte des Kopfes erfolgen. Eine typi sche derartige Kurve ist eine Ellipse. Mit dieser zu sätzlichen Krümmung der Zahnflanken ist es möglich, den Boden des Zahnzwischenraumes tatsächlich als Gerade auszubilden mit der Neigung α.The small variations, which are due to different To Consider the sum of tolerances in the motor positions at α must be compensated for by the fact that the Tooth flank in the longitudinal direction a weak arc receives. This arch should be on the ends of the tooth flange ken have the strongest curvature, so that the contact mainly at half the distance from the tooth flank done from the axial center of the head. A typi Such a curve is an ellipse. With this too additional curvature of the tooth flanks it is possible to Bottom of the tooth space actually as a straight line to train with the inclination α.

Um das Herstellen der Zahnzwischenräume 5 zu erleich tern, kann man auch vor dem Herstellen der Zahnflanken eine Nut räumen, die dann die Basis für den Zahnzwi schenraum 5 bildet.In order to facilitate the manufacture of the interdental spaces 5 , one can also clear a groove before the manufacture of the tooth flanks, which then forms the basis for the interdental space 5 .

Die auf diese Weise erzeugte Form der Verzahnung läßt sich anhand der Fig. 4 und 5 darstellen, wobei zur bes seren Erläuterung eine Gegenüberstellung von herkömm lich hergestellten Verzahnungen und neuen Verzahnungen erfolgt. The shape of the toothing produced in this way can be illustrated with the aid of FIGS . 4 and 5, with a comparison of conventionally produced toothings and new toothings taking place for a better explanation.

In den Fig. 4 und 5 zeigt die Teilansicht a jeweils ei ne herkömmliche Verzahnung und die Teilansicht b die nach dem neuen Verfahren hergestellte Verzahnung. In Fig. 4 ist die äußere Linie A-A die Begrenzungslinie der Zähne 4 und Zahnzwischenräume 5 in der axialen Mit te 14 der Verzahnungen 2, während die innere Linie B-B die Begrenzung der Verzahnung im Bereich eines axialen Endes wiedergibt. Dementsprechend ist die äußere Linie die Schnittlinie A-A nach Fig. 5, während die innere Linie die Schnittlinie B-B nach Fig. 5 ist.In Figs. 4 and 5, the partial view of a respective egg ne conventional gearing and the partial view showing the teeth b produced by the new process. In Fig. 4, the outer line AA is the boundary line of the teeth 4 and interdental spaces 5 in the axial with te 14 of the teeth 2 , while the inner line BB represents the limitation of the teeth in the region of an axial end. Accordingly, the outer line is the section line AA according to FIG. 5, while the inner line is the section line BB according to FIG. 5.

Man kann zunächst erkennen, daß in Fig. 5a der Grund der Zahnzwischenräume durch eine gerade Nut gebildet wird. Die Schneidenanordnung 11 des Fräswerkzeugs 9 ist also hier geradlinig durchgefahren. Die Zahnquerschnit te bleiben also über die axiale Länge der Verzahnung 2 gleich. Sie sind lediglich um den entsprechenden Nei gungswinkel geneigt. Dementsprechend verändert sich der Abstand zwischen den Linien A-A (axiale Mitte) und B-B (Endbereich) deutlich zwischen Zahnspitze und Nutgrund 15, d. h. y < x, genauer gesagt ist y = 2x.It can first be seen that in Fig. 5a the bottom of the interdental spaces is formed by a straight groove. The cutting arrangement 11 of the milling tool 9 is thus passed straight through here. The Zahnquerschnit te thus remain the same over the axial length of the teeth 2 . They are only inclined by the corresponding inclination angle. Accordingly, the distance between the lines AA (axial center) and BB (end region) changes significantly between the tooth tip and the groove base 15 , ie y <x, more precisely y = 2x.

Bei den Zähnen 4, die nach dem neuen Verfahren herge stellt worden sind, sieht die Sache anders aus. Dort ist der Abstand x der beiden Linien A-A und B-B im Be reich der Zahnspitzen immer mindestens so groß wie der entsprechende Abstand y im Bereich des Grundes des Zahnzwischenraums 5, d. h. x ≧ y, im Idealfall wird x = y.With the teeth 4 , which have been produced by the new method, things look different. There, the distance x between the two lines AA and BB in the area of the tooth tips is always at least as large as the corresponding distance y in the area of the bottom of the tooth space 5 , ie x ≧ y, ideally x = y.

Claims

1. A method for producing a spherical toothing with involute properties on a shaft, in which a working area of a tool is moved with a movement path relative to the shaft, which has a component parallel to the axis of rotation of the shaft and a second component radially to the axis of rotation, characterized in that the movement path has a third component perpendicular to the other two components, the working area being moved once and back once over the axial length of a tooth in the direction of the third component.

2. The method according to claim 1, characterized in that the tool is guided parallel to the second component in a stroke movement, the stroke
a = 1 × tan α
is, where 1 is the axial length of the toothing and α is the angle of inclination of the shaft.

3. The method according to claim 2, characterized in that that the stroke movement of the second components is the same continuously with the back and forth movement of the third component is executed.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized that the movement of the third compo nente is generated by leaving the tool is gert.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized that the movement of the third compo nente is generated by the fact that the work area along a helix on the tool is arranged and the tool and the shaft rotated with a proportionality factor between the speeds of the tool and shaft during the Movement of the first component is changed.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized that one before performing work area along the trajectory as a groove Clear the interdental space.

7. Shaft with crowned teeth on at least one end that has involute properties and their teeth and interdental spaces relative to Axis of rotation are inclined, characterized net that the bottom of the interdental spaces the axial ends extended and the angle of the Ground curves correspond to the angle of inclination (α).

8. Shaft according to claim 7, characterized in that at a first cutting line (AA) in the axial center ( 14 ) and a second cutting line (B) in the region of an axial end of the toothing ( 2 ) at a radial distance between the two cutting lines each tooth bottom ( 5 ) is at most the same size as on each tooth tip ( 4 ).

9. Shaft according to claim 7 or 8, characterized in that the tooth bottom ( 5 ) from the axial center in a straight line falls radially inwards and the tooth flanks are defined by a curve, the curvature of which is stronger at the axial ends than is in the axial center.