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Verfahren, Maschine und Werkzeug zum Feinbearbeiten (Schaben) von
Zahnrädern Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einf Maschine mit Werkzeug zum
Feinbearbeiten, vorzugsweise Schaben von Zahnrädern. Das Verfahren ist außerdem
auch auf das Klonen, Läppen oder Pertigwalsen von Zahnrädern anwendbar.
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Es ist bekannt, daß die Plankenform gesohabter ZahnrZder unter anderem
von dem ErdStespiel abhängt, das während des Zahneingriffs beim Schaben herrscht.
Insbesondere ist dann eine gute Flankenform zu erwarten, wenn zu jedem Zeitpunkt
immer gleich viele Linksflanken wie Rechtsflanken im Eingriff sind.
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Wenn dies nicht der Fall iet, wenn also z. 3. in einer bestimmten
Eingriffestellung mehr Linksflanken als Rechtsflanken im Eingriff sind, ao ist die
Normalkraft pro Linkeflanke kleiner als die Normalkraft pro Rechtsflanke, was ZU
entsprechenden Erhebungen (Höckern) bzw. Vertiefungen (Gruben) auf den Flanken führt.
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Unter Annahme eines bestimmten Ächskreuzungswinkels-kann man durch
geeignete Auslegung des Schabrades, inabesondere seiner Zahndicke und/oder seines
Außendurchmessers erreichen, daß zu Jedem Zeitpunkt immer gleich viele Linksflanken
und Rechtsflanken im Eingriff sind.
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Ein derart ausgelegtes Schabrad hat jedoch den Nacnteil, daß es im
allgemeinen nur für das eine Werkrad geeignet ist, fUr welches es ausgelegt ist.
Außerdem weichen in der Praxis häufig die tatsächlichen Werkradabmessungen infolge
Toleranzen der Zahndicke, des Außendurchmessers oder Kopfkantenbruchs von denen
ab, die der rechnerischen. Schabrädauslegung zugrunde liegen. Dies führt dann ebenfalls
zu unbefriedigenden Flankenformen beim Schaben.
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Die Erfindung verneidet die beschriebenen Nachteile bekannter Schabeverfahrel.
Die Erfindung besteht darin, das das Werkzeug einen über seine Breite veränderlichen
Außendurchmesser hat und Werkzeug und Werkstück auf der Maschine so zueinander eingestellt
werden, daß der Jeweilige wirksame außen durchmesser den günstigsten Bearbeitungabedingungen
(Schabebedingungen) des Werkrades entspricht.
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In einer Ausfiihrungsform der Erfindung ist das Werkzeug auf der
Werkzeugspindel in an sich bekannter Weise mittels Scheiben verschiedener Dicke
axial einstellbar gelagert.
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In einer weiteren Außführungsform einer Schabmaschine mit einem die
Werkzeugspindel aufnehmenden und um die Maschinenmitte schwenkbar gelagerten Schabkopf
ist die Werkzeug spindel mit den Werkzeug im Schabkopf axial einstellbar gelagert.
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Statt einer axialen Verstellung des Werkzeuges bzw. der Werkseugspindel
kann nach der Erfindung auch eine Parallelverstellung der Werkstücklängsachse quer
zu ihrer Richtung vorgenommen werden. Diese Verstellung wird beispielsweise an einer
Schabemaschine mit einem in einer zur Maschinenmitte senkrechten Ebene hin- und
herbewegbaren Maschinentisch und einem auf dem Maschinentisch um die Werkstücklängsachse
drehbar gelagerten Werkstück vorgenommen. Gemäß der Erfindung ist die Lagerung des
Werkstückes in der genannten Ebene quer zur Werkatücklängsachse verschiebbar angeordnet.
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Die Wirkung aller genannten Ve~nstellbewegungen ist, dsß der Achskreuzungspunkt
jeweils an ue gewünschte Stelle der Schabespindel bzw. des Schabewerkzeuges gelegt
wird.
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Die Zeichnung stellt den Erfindungsgedanken anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
dar.
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Fig. 1 zeigt eine Werkzeug - Werkstück - paarung mit konischer Außenform
des Werkzeuges nach; der ErfindUng im Aufriß, und Fig. 2 jie gleiche Paarung im
Grundriß.
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Fig. 3 bis Fig. 8 zeigen Schaberäder mit verschieden gestalteter
Außenform in einem teilweisen Querschnitt.
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Fig. 9 stellt eine Einrichtung zum Befestigen einee Sohaberades in
axial verstellbarer Lage am Ende einer Schabespindel dar.
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Fig. 10 zeigt die schematische Anordnung einer Schaben maschine mit
quer verstellbarer Lagerung des Werkrades.
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Fig. 11 stellt im Aufriß ein schrflgverzahntes, außen konisches Schaberad
in Stirnansicht und die Lage der beiden Eingriffsgeraden ftlr Rechts-und LinkBflanke
dar.
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ig. 12 zeigt im Grundriß ein konisches Schaberad nach Fig. 11 mit
der Lage der Eingriffslinien, deren Endpunkte auf verschiedenen Durchmessern des
Schaberades liegen.
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Fig. 15 zeigt ein stufenförmig abgesetztes Schaberad, bei welchem
der in Fig. 12 dargestellte Mangel beseitigt wird.
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Fig. 14 zeigt, wie der geschilderte Mangel durch Eorrektur des Achskreuzungswinkels
beseitigt werden kann.
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Das Schaberad 20 in Fig. 1 mit seiner Achse 21 ist unter einem bestimmten
Achskreuzungswinkel gamma (Fig. 2) mit dem Werkrad 23 und dessen Achse 24 gepaart.
Die Achskreusungslinie 25 schneidet die Achsen 21 und 24 in den Achskreusungspunkten
26 bzw. 27. Schabrad 20 und Werkrad 23 bilden in bekannter Weise ein Schraubenräderpaar
mit punktförmiger Begehrung zwischen ihren Flanken. Die Zahndicke des Schaberades
20 ist völlig normal, d. h. Über die Zahnbreite konstant, oder leicht ballig. Dagegen
ist der Außendurchmesser Über die Breite des Schaberades veränderlich. Das Schabrad
20 hat einen
über seine Breite linear veränderlichen Außendurchmesser,
es ist also außen kegelförmig. Möglich sind auch andere Formen, wie beispielsweise
in Fig. 3 bis 8 gezeigt.
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Zum Schaben der ganzen Zahnbreite des Werkrades 23 wird das Werkrad
oder das Scb.abrad wahrend der Bearbeitung in bekannter Weise jeweils parallel zur
Werkradacbse vorgescnoben, wobei der Achskreuzungspunkt 26 seine Lage auf der Schaberadachse
21 nicht verändert.
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Wegen der punktförmigen Flankenberührung liegt der wirksame Durchmesser
28 des Schabrades 20-in der Stirnebene 29, die den Achskreuzungspunkt 26 enthält
(Stirnebene = Ebene senkrecht zur Achse 21). Das Schabrad ist in seiner Stellung
20 so gezeichnet, daß seine Mitte mit dem Achskreuzungspunkt 26 zusammenfällt. Es
kann nun sein, daß der günstigste Durch messer, der zum Schabei des Rades 23 erforderlich
ist, in seiner Größe nicht gleich 28 sondern 28' ist, sei es wegen der Toleranzen
des Werkrades 23, sei es, weil das Scha'urad ursprünglich für ein anderes Werkrad
ausgelegt war. Den wirksamen Durchmesser 28' erreicht man nun mit einem erfillaun
gemäßen Schabrad in einfacher Weise, indem man das Schabrad
in die
gestrichelt geseichnete Stellung 20' (Fig. 2) einstellt, in der also die Schabradmitte
nicht mehr mit dem Achskreuzungspunkt 26 zusammenfällt.
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Das in Bezug auf den Achskreuzungspunkt 26 außermittige Einstellen
des Schabrades auf der Schabspindel kann auf gängigen Schabmaschinen gemäß Fig.
9 durch Wahl verschieden dicker Sätze 30 und 31 von Zwischenringen in einfacher
Weise verwirklicht werden. Es ist Jedoch erfindungsgemäß möglich und zweckmäßig,
Schabmaschinen so auszufÜhren, daß das Einstellen ohne Aus- und Umspannen des Schabrades
erfolgen kann, sei es, daß die Schabradspindel in Richtung ihrer Längsachse 21 verstellt
werden kann, oder daß der ganze Schabkopf in dieser Richtung verstellt weSen kann.
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Fig. 10 zeigt schematisch eine Schabmaschine mit einer Einrichtung
zum Querverstellen des drehbar gelagerten Werkrades 50. Der WerkstÜcktisch 52 ist
auf dem Bett 53 mittels einer Fhhrung 54 in Richtung des Doppelpfeils hin- und herbeweglich
gelagert. Auf dem WerkstÜcktisch ist ein Querschlitten 55 mittels einer im rechten
Winkel zur Führung 54 angeordneten QuerfUhrung 56 und einer Schraubspindel 57 verstellbar
gelagert. Der Querschlitten trägt zwei Lager 58 und 59,
in denen
das Werkrad 50 um seine Achse 51 drehbar gelagert ist. Das Werkrad 50 steht mit
dem S'chabrad 60 im Eingriff.
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Dieses ist um seine Achse 61 drehbar in dem nicht gezeichneten Schabkopf
gelagert. Der Schabkopf ist um eine auf der Zeichenebene lotrechte Achse schwenkbar
im Maschinenrahmen gelagert, so daß die Achse 61 des Schabrades mit der Werkradachse
51 den Kreuzungswinkel gamma bildet. In der gezeichneten Stellung des Werkrades
50 bildet sich die Achstreusungslinie als Punkt 62 ab. Die Schnittpunkte der Achskreuzungslinie
mit der äußeren HÜllfläche des Werkzeuges liegen auf einem Kreise mit dem Außendurchmesser
"d1". Dies ist der wirksame Außendurchmesser des Werkzeugrades in der gezeichneten
Stellung des Werkrades 50.
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Durch Drehen der Schraubspindel 57 kann das Werkstück um einen Betrag
"8" quer zur Werkstückachse 51 verstellt werden, so daß die Werkstückachse die neue
Lage 51' einnimmt. Es ergibt sich eine neue Lage 62' der Achskreuzungslinie, welche
das Werkzeug in einem Kreise mit dem wirksamen Außendurchmesser wd2" schneidet.
Durch Verstellen der Lage des Werkrades 50 gegenÜber dem unverstellbaren Schabrad
60 kann also der Achskreuzungspunkt 62 bzw. 62' an die gewQnschtenStellen der feststehenden
Schabspindel gelegt werden.
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Weitere Ausfffhrungsfowmen der Erfindung bestehen darin, daß die
vorstehend besch-riebenen und teilweise dargestellten Verstellbewegungen des Schabrades,
der Schabspindel, oder des Werkrades während des Bearbeitungsvorganges automatisch
steuerbar sind, beispielsweise in Abhängigkeit von der Zustellbewegung. Dadurch
kann erreicht werden, daß auch bei sich ändernder Zahndicke des Werkrades stets
der günstigste wirksame Durchmesser eingestellt bleibt.
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Die vorstehende pauschal geschilderte Einstellung des Schabrades
oder des Werkrades auf den gÜnstigsten wirksamen Außendurchmesser des Schabrades
bedarf in gewissen Fällen noch einer Präzisierung. Zu diesem Zweck sind die Eingriffsverhältnisse
in Fig. 11 bis 14 etwas deutlicher dargestellt.
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Die beiden Eingriffslinien 32 und 33 (Fig. 11) für Links- und Rechtsflanken
bilden die geometrischen Orte aller BerEhrungslinien zwischen Schabrad und Werkrad.
Das außen kegelige Schabrad ist durch den größten Kopfkreis 28.1 und den kleinsten
Kopfkreis 28.2, das Werkrad durch den Kopfkreis 23.0 dargestellt. Die beiden Eingrifislinien
liegen bei einem schrägverzahnten Schabrad nicht in der Zeichenebene, sondern kreuzen
die Schabradachse unter einem gewissen Winkel ungleich 900, der vom Schrägungswinkel
der Sohabradzähne abhängt.
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Nur bei einem geradverzahnten Schabrad kreuzen die Eingriffs linien
die Schabradachse senkrecht.
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Bei einem Schabrad 20 nach Fig. 12 mit linear mit der Zahnbreite
veränderlichem Äußendurchmesser liegen die Endpunkte 34 und 35 der beiden Eingriffslinien
32, 33 auf verschiedenen Durchmessern 36 bzw. 37 des Schabrades. Es wären also die
wirksamen Durchmesser für das Schaben von Links-und Rechtsflanken verschieden und
es könnten sich unterschiedlich gestaltete Flankenformen am Werkrad ergeben. Dies
kann nach der Erfindung beispielsweise dadurch vermieden werden, daß man den Außendurchmesser
gemäß Fig. 8 und 13 in zwei Abschnitten über die Schabradbreite veränderlich macht,
wodurch man gleich große Außendurchmesser 36' und 37' erhalten kann.
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Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung unterschiedlich geschabter
Rechts- und Linksflanken besteht darin, daß dar theoretische Achskreuzungswinkel
gamma um einen bestimmten sehr kleinen Betrag LS gamma korrigiert wird (Fig. 14)
und zwar so, daß die Eingriffslinien 32' und 33' vor bzw. hinter der Achskreuzungslinie
25 vorbeigehen und ihre Endpunkte 34' und 35' auf dem gleichen Durchmesser 38 liegen.
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Durch Anpassung des Achskreuzungswinkels kann auch gewollt ein unterschiedlicher
wirksamer Durchmesser für Links-und Rechtsflanken eingestellt werden, z. B. dann,
wenn bei der Vorbearbeitung des Werkrades die Kopfkantenkrüche an Links- und Rechtsflanken
unterschiedlich ausgefallen sind.