DE2508842C2 - Zahnradförmiges Rollwerkzeug zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zahnradförmiges Rollwerkzeug zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern, mit Zahnflanken die vom Zahnkopf bis zum Zahnfuß reichende Nuten mit dazwischenliegenden Stegen aufweisen, zur Bildung aküver und nichtaktiver Zonen, wobei jeder nichtaktiven Zone auf der Zahnflanke eines Zahnes eine aktive Zone auf der Zahnflanke des nächsten Zahnes folgt.

Bei einem bekannten Rollwerkzeug dieser Art sind die aktiven und nichtaktiven Zonen in den Zahnflanken ausschließlich durch das Formen von Nuten in den Zahnflanken gebildet, wobei zwischen den Nuten Stege stehen bleiben, welche die aktiven Zonen bilden. Aufgrund des Versatzes bzw. der Staffelung von Stegen und Nuten an aufeinanderfolgenden Zähnen können die zwischen Werkstück und Werkzeug wirkenden Kräfte auf etwa ein Fünftel bis ein Drittel herabgesetzt werden (DE-OS 18 02 228, DE-Zt: »Werkstatt und Betrieb« 103 [1970] 7, S. 507 — 515). Das Einarbeiten von Nuten in die Zahnflanken eines zahnradförmigen Rollwerkzeuges ist aufwendig und kostspielig. Auch befriedigt die Qualität der mit dem bekannten zahnradförmigen Rollwerkzeug erzielbaren Oberfläche nicht in allen Fällen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zahnradförmiges Rollwerkzeug der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das einfacher herstellbar ist und zu einer gleichmäßigeren Oberflächenqualität der Zahnflanken der Werkstücke führt, wobei der Vorteil beibehalten ist, daß die zwischen Werkstück und Werkzeug wirkenden Kräfte verringert sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem zahnradförmigen Rollwerkzeug der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, daß jeweils auf eine genutete Zahnflanke an einem Zahn eine glatte, nichtgenutete Zahnflanke am

nächsten Zahn folgt.

Mit der »folgenden« Zahnflanke ist dabei die in gleiche Umfangsrichtung weisende Zahnflanke am nächsten Zahn gemeint

Bei dem Rollwerkzeug nach der Erfindung ist im wesentlichen nur die Hälfte der Zahnflanken des Werkzeuges genutet, und die verbleibenden Zahnflanken sind glatt ausgebildet Dies verringert die Gesamtherstellkosten für das Werkzeug wesentlich,
ίο Durch das Einwirken der genuteten Zahnflanken auf die Werkstückzahnflanken werden parallele Nuten in der entsprechenden Werkstückzahnflanke erzeugt Diese Nuten sind durch Stege getrennt Bei erneutem Kontakt der so genuteten Werkstückzahnflanke kommt diese mit einer glatten Werkzeugzahnflanke in Eingriff, welche daher ausschließlich das Material der stehengebliebenen Stege verdrängt, so daß es zu einer Glättung der Werkstückzahnflanke kommt Sind die Stege und Nuten des Rollwerkzeuges gleich breit, so ist die von den genuteten Zahnflanken des Rollwerkzeuges geleistete Arbeit genauso groß wie die von den glatten Zahnflanken geleistete Arbeit. Auf diese Weise wird eine sehr gleichmäßige Oberflächenqualität erzeugt.

Die Praxis hat gezeigt, daß es nicht von Nachteil ist, wenn zunächst eine glatte Zahnflanke des Rollwerkzeuges mit dem Werksiückzahn in Kontakt kommt. In diesem Fall erfolgt praktisch keine Materialverdrängung, welcne erst mit dem Einwirken der Stege an den genuteten Zahnflanken des Rollwerkzeuges beginnt.
JO Es ist augenscheinlich, daß die Ausbildung gemäß der Erfindung mit den glatten Werkzeugzahnflanken eine vollständige Glättung der Stege sicherstellt, welche bei der vorherigen Bearbeitung mit einer genuteten Zahnflanke stehengeblieben sind. Dies konnte mit dem bekannten Rollwerkzeug nur bei genau aufeinander abgestimmter Deckungsstellung zwischen Stegen und Nuten aufeinanderfolgender Zahnflanken gewährleistet werden. Gerade auch hierin liegt eine wesentliche Vereinfachung des Rollwerkzeuges gemäß der Erfindung gegenüber dem bekannten Rollwerkzeug.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Teils eines zahnradförmigen Rollwerkzeuges und eines Teils eines Werkstückzahnrades, die miteinander in Eingriff stehen,

F i g. 2 einen in eine Ebene abgewickelten Schnitt am Wälzzylinder des Rollwerkzeuges, wobei Stege an aufeinanderfolgenden Zähnen einer Schraubenlinie folgend versetzt angeordnet sind,

F i g. 3 einen F i g. 2 ähnlichen Schnitt mit gestaffelten Stegen und Nuten,

F i g. 4 einen Γ i g. 2 und 3 ähnlichen Schnitt mit einer abgewandelten Anordnung der Stege und Nuten, und

F i g. 5 eine vereinfachte Darstellung einer weiteren Anordnungsweise der Stege und Nuten.

F i g. 1 zeigt einen Teil eines Werkstückzahnrades 10 mit Zähnen 12, die mit Zähnen 14 eines zahnradförmigen Rollwerkzeuges 16 kämmen. Zur Durchführung des Zahnradrollvorganges wird bei bestehendem Zahneingriff entweder das Zahnrad oder das Werkzeug in Drehung angetrieben, und Zahnrad und Werkzeug &5 werden gegeneinander zugestellt, beispielsweise durch Verstellen des Werkzeuges 16 nach oben in eine Stellung, in der es gegenüber dem Zahnrad einen vorbestimmten Achsabstand hat. Bei diesem Achsab-

15

stand wird das Zahnrad auf richtiges Maß gerollt und dessen Zähne auf vorbestimmte Abmessungen fertigbearbeitet.

In F i g. 2 ist eine Folge von Zähnen zu erkennen, die mit Ti, Γ2, TZ, Γ4,... T9 bezeichnet sind. Jeder Zahn weist an einer Seite eine glatte, nicht unterbrochene Zahnflanke und an der anderen Seue eine genutete Zahnflanke auf. Weiterhin ist zu erkennen, daß an einem Zahnradzahn, der in die Zahnlücke zwischen den Werkzeugzähnen Ti und T2 eindringt, an entgegengesetzten Seiten die genuteten Flanken der Werkzeugzähne zur Anlage kommen. Andererseits greifen an entgegengesetzten Seiten eines Zahnradzahnes, der in Zahneingriff mit den Zähnen T2 und T3 des Werkzeuges eintriu, glatte Flächen oder Flanken an.

Dadurch, daß aufeinanderfolgende Zähne des Werkzeuges 16 an entgegengesetzten Seiten zurückgesetzt sind und durch die Wahl einer geeigneten Zähnezahl wird sichergestellt, daß an jedem Zahn des Werkzahnrades während aufeinanderfolgender Durchgänge durch die Eingriffszone abwechselnd ein Paar glatte Flanken und ein Paar genutete Flanken zur Wirkung kommen.

Gemäß F i g. 2 weist der Zahn T1 Stegflächen L 1 und Nutenflächen G 1 auf. Unter der Annahme, daß sich das Werkzeug so dreht, daß aufeinanderfolgende Zähne Ti, T2 etc. in der von einem Pfeil angegebenen Umfangsrichtung wandern, geht den in dieser Richtung weisenden Zahnflanken mit dem Steg L 1 und der Nut G 1 der Zahn TZ voraus, welcher der nächste Zahn ist, der eine in die gleiche Richtung weisende Stegfläche L 3 und Nut G 3 aufweist. In ähnlicher Weise ist der Zahn T5 der nächste vorausgehende Werkzeugzahn, der eine vorkragende Stegfläche L 5 und eine Nut G 5 hat. Die Zähne Tl und Γ9 sind ebenfalls mit in die genannte Richtung weisenden Stegflächen L 7 bzw. L 9 und Nuten G 7 bzw. G 9 ausgebildet. Es ist weiterhin erkennbar, daß bei der genannten Zahnfolge —Ti, TZ, 75, Tl und 79 —, die Stege seitlich zu den Zähnen um gleichmäßige Beträge versetzt sind, die einen Steg L 9 am Zahn 79 in Umfangsrichtung in Deckung mit einem Steg L 1 am Zahn TX bringen. Dadurch ist eine Steigung oder Schraubenlinie erhalten, die durch eine Linie 20 dargestellt ist und an der die Stegflächen rings um den Außenumfang des Werkzeuges angeordnet sind. Ähnliche Überlegungen führen zu einer ähnlichen Steigung oder Schraubenlinie, dargestellt durch eine Linie 22, für die entsprechenden, in die entgegengesetzte Umfangsrichtung weisend™ Stegflächen an den Zähnen 72, 74, T6, TS usw. Bei dieser speziellen Anordnung bilden acht Zähne eine Reihe, bei der die Stege und Nuten in Längsrichtung der Zähne um einen der zusammengesetzten Breite von Steg und Nut gleichen Betrag versetzt sind.

Bei dem Rollwerkzeug nach F i g. 2 sind an aufeinanderfolgenden Zähnen mit in gleicher Richtung weisenden Stegen die Stege an einem Zahn unmittelbar den Nuten am benachbarten Zahn gegenüberliegend angeordnet. Alternativ können die Stege an einer Folge von Zähnen, deren Stege in die gleiche Richtung weisen, gegeneinander so versetzt sein, daß die Stege eines Zahnes mit den Nuten des übernächsten Zahnes in Umfangsrichtung miteinander in Deckung stehen.

Eine derartige Ausbildung ist in Fig.3 durch eine Folge von Zähnen 710, TU, T12 ... 7Ί5 dargestellt. Unter der Annahme, daß bei Drehung der Zähne in der mit einem Pfeil bezeichneten Richtung wandern, weist der Zahn 710 an seiner in dieser Richtung weisenden Seite Nuten G10 und Stege L 10 auf. Der diesem als nächster vorausgehende Zahn mit in der gleichen Richtung weisenden Nuten und Stegen ist der Zahn T12. Es ist zu erkennen, daß die Nuten G12 mit den Stegen L 10 und die Stege L 12 mit den Nuten G 10 in

Umfangsrichtung in Deckung stenen. Dieselbe Überlegung gilt für die der Drehrichtung entgegengesetzten Stege und Nuten. Die in entgegengesetzte Richtung weisenden Stege L 13 stehen daher in Umfangsrichtung in Deckung mit den Nuten GlI und G15 an den

ίο übernächsten Zähnen, d. h. an den nächsten benachbarten Zähnen, die in die entgegengesetzte Richtung weisende genutete Flanken aufweisen. F i g. 3 zeigt somit eine Ausbildungsform, bei der die Stege und Nuten an aufeinanderfolgenden Zähnen mit in gleicher Richtung weisenden genuteten Flanken gestaffelt angeordnet sind.

Am wirksamsten ist es, wenn die Gesamtzahl 2N der Zahnflanken eines Werkzeuges in N glatte oder nicht

N
unterbrochene Flanken, — in eine Richtung weisende

N
genutete Flanken und — in die Gegenrichtung weisende

genutete Flanken aufgeteilt ist. Damit dies theoretisch exakt möglich ist, muß die Zähnezahl des Wollwerkzeuges gerade sein. Bei ungerader Zähnezahl des Werkzeuges muß die Zahl der in eine Richtung weisenden genuteten Flanken um 1 größer sein als die Zahl der genuteten Flanken, die entgegengesetzt gerichtet sind. Dies beeinflußt die Ergebnisse nicht wesentlich, daß die Zähnezahl des Werkzeuges normalerweise verhältnismäßig groß ist und beispielsweise 62 beträgt.

Es ist zur Vereinfachung der Herstellung wie zur Erzielung einer gleichmäßigen Oberflächenqualität der Werkstückzähne von Vorteil, die genuteten und vollen Flanken nach einem regelmäßigen Muster anzuordnen. Die in Fig.2 und 3 dargestellten Ausbildungsformen sind daher bevorzugt, bei denen benachbarte Zähne jeweils einander zugewandt glatte bzw. genutete Zahnflanken aufweisen. Wie deutlich aus F i g. 2 und 3 hervorgeht, bedeutet diese Anordnung, daß an einem Werkstückzahn, der in die Lücke zwischen benachbarten Werkzeugzähnen eindringt, an entgegengesetzten Seiten entweder ein Paar genutete Werkzeugzahnflanken oder ein Paar glatte Werkzeugzahnflankerc angreift.

Ein für die Bearbeitung eines Werkstückes mit 27 Zähnen übliches Werkzeug ist mit 62 Zähnen versehen. Bei fortlaufender Numerierung der Werkzeugzähne ergibt sich, daß ein bestimmter Zahn, der in den Werkzeugzahn Nr. 1 an dessen Rückflanke eingreift, als nächstes zum Zahneingriff zwischen den Werkzeugzähnen Nr. 27 und Nr. 28 und danach zwischen den Werkzeugzähnen Nr. 54 und Nr. 55, Nr. 19 und Nr. 20, Nr. 46 und Nr. 47, etc. kommt. Nach 62 Durchläufen kommt es erneut zum Zahneingriff des Werkstückzahnes zwischen den Werkzeugzähnen Nr. 62 und Nr. 1.

Das Vorstehende kann als eine Beschreibung der idealen Verhältnisse betrachtet werden. Aus der Ausschaltung einer beliebigen Anzahl genuteter Flanken lassen sich jedoch Vorteile ziehen, insofern als die Kosten für die Ausbildung derartiger Flanken ebenfalls in Wegfall kommen.

Andere Anordnungsweisen für Zähne mit vollen und genuteten Flanken sind selbstverständlich möglich.

Fig.4 zeigt eine Abwicklung eines Teiles eines Werkzeuges, bei dem jeder zweite Werkzeugzahn glatte oder nicht unterbrochene Zahnflanken und die übrigen Werkzeugzähne an beiden Seiten genutete

35

40

50

55

60

65

Flanken aufweisen. Somit wird jeder Werkstückzahn an entgegengesetzten Seiten von einer -vollen und von einer genuteten Flanke jeweils eines Werkzeugzahnes bearbeitet. Durch entsprechende Wahl der Zähnezahl läßt sich erreichen, daß bei jedem 'Werkstückzahn an ί derselben Seite abwechselnd eine glatte und eine genutete Werkzeugzahnflanke zur Wirkung kommt.

Bei ungerader Werkzeug-Zähnezahl können zwei aufeinanderfolgende Werkzeugzähne mit glatten Zahn-Hanken ausgeführt sein. II)

Eine andere Ausbildungsform ist in Fig.5 gezeigt, wonach ein Werkzeug 30 in Segmente 31,32,33 und 34 unterteilt ist. Alle Werkzeugzähne in jedem zweiten Segment können mit glatten Zahnflanken, alle Werkzeugzähne in den verbleibenden Segmenten mit genuteten Zahnfianken ausgeführt sein, im allgemeinen ist eine geradzahlige Anzahl von Segmenten von Vorteil, so daß wenigstens etwa die Hälfte sämtlicher Zahnflanken der Werkzeugzähne glatt und die andere Hälfte genutet ausgeführt sind. Es ist nicht notwendig, 2« daß die Zähnezahl in jedem Segment genau gleich ist; und in den Fällen, wo ein Segment ein oder mehrere Zähne zusätzlich aufweist, enthält dieses Segment vorzugsweise Zähne mit glatten Flanken.

Im Grenzfall ist die Anzahl der Segmente etwa gleich der Hälfte der Werkzeug-Zähnezahl. In diesem Fall schließen sich an eine Folge von zwei Zähnen mit glatten Flanken zwei Zähne mit genuteten Flanken an, etc.

Das bei einem einzelnen Durchgang durch einen genuteten Zahn erzeugte Metallfließen ist so gering, daß selbst vor der Korrektur durch das Bearbeiten mit den glatten Werkzeugflanken, das jeder Bearbeitung mit einem genuteten Zahn folgt, die Abweichung der Zahnradzahnflanke von einer einwandfrei glatten und gleichmäßigen Flanke von Zahnende zu Zahnende nur durch eine extrem genaue Untersuchung feststellbar wäre. Nach Durchführung des FeHigbeafbeiUingsvorganges, der normalerweise mit einer beträchtlichen Verweilzeit endet, während der die Drehung ohne weitere Zustellung fortgesetzt wird, liegt die Qualität der Flanken Zahnradzähne deutlich innerhalb der für Genauigkeitszahnräder handelsüblichen Toleranz.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zahnradförmiges Rollwerkzeug zum Feinbearbeiten der Zahnflanken von Zahnrädern, mit Zahnflanken, die vom Zahnkopf bis zum Zahnfuß reichende Nuten mit dazwischen liegenden Stegen aufweisen, zur Bildung aktiver und nichtaktiver Zonen, wobei jeder nichtaktiven Zone auf der Zahnflanke eines Zahnes eine aktive Zone auf der Zahnflanke des nächsten Zahnes folgt, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf eine genutete Zahnflanke an einem Zahn eine glatte, nichtgenutete Zahnflanke am nächsten Zahn folgt.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Werkzeugzahn (Tl bis Γ9: TiO bis Γ15; Γ20 bis Γ27) an einer Zahnflanke Nuten (G 1 bis G 9; G 10 bis G 15; G?0 bis G27) aufweist und an der anderen Zahnflanke glatt und nicht unterbrochen ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Zahnflanken jedes Paares aufeinanderfolgender Werkzeugzähne (Ti und 72, T2 und T3 usw.; TiO und ΠΙ, Γ1-1 und Γ12 usw.) entweder genutet oder glatt und nicht unterbrochen sind.

4. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Werkzeugzähne (Tl bis Γ9; 7ΊΙ0 bis Γ15) abwechselnd beidseitig glatt und beidseitig genutet sind.