DE2818332C2

DE2818332C2 - Antriebswelle mit balligen Außenkeilzähnen und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE2818332C2
Application number: DE2818332A
Authority: DE
Inventors: Hugh L Hennepin Minn. McDermott
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1977-04-29
Filing date: 1978-04-26
Publication date: 1986-09-25
Also published as: AU515110B2; JPS6124135B2; US4132090A; IT1094981B; FR2389026B1; BR7802724A; DE2818332A1; PL206412A1; AU3544778A; JPS53136796A; AR213578A1; IT7822879A0; CA1091942A; FR2389026A1; GB1577411A

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebswelle mit balligen Außenkeilzähnen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antriebswelle.

Bekannte Antriebswellen werden mit einem Fräser wälzgefräst, dessen Zähne einen mit dem primären Eingriffwinkel Φε übereinstimmenden Eingriffswinkel haben.
Das mittels der Antriebswelle übertragbare Drehmoment hängt u. a. von der Keilzahnlänge und dem .Schaftdurchmesser der Antriebswelle ab. Eine Erhöhung der Drehmomentbelastbarkeit der Antriebswelle durch Vergrößern der Keilzahnlänge oder des Schaftdurchmessers wird durch die gegenseitige Abhängigkeit dieser beiden Faktoren begrenzt. Wenn bei wälzgefrästen Außenkeilzähnen die Zahnlänge vergrößert wird, nimmt die Schnittiefe in Richtung auf die Enden der Keilverzahnung zu. Der Schaftdurchmesser muß infolgedessen verringert werden. Andernfalls dringt der Wälzfräser in den dem Ende des Keilzahns benachbarten Schaft ein, und der Schaft wird geschwächt. Wenn umgekehrt der Schaftdurchmesser vergrößert wird, muß die Keilzahnlänge verringert werden, um die Schnittiefe an den Enden des Keilzahns zu verkleinern und dadurch ein Eindringen des Wälzfräsers in den Schaft zu verhindern. Neben der Drehmomentbelastbarkeit ist auch die Lebensdauer der Keilzähne in Betracht zu ziehen. Als grober Anhalt gilt, daß bei vorgegebenem Drehmoment die Lebensdauer der Keilzähne ungefähr proportional der Keilzahnlänge ist, oder daß bei vorgegebener Keilzahnlebensdauer das üben ragbare Drehmoment näherungsweise proportional der Keilzahnlänge ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, cine Antriebswelle mit balligen Außenkeilzähnen der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei vorgegebenem Schaftdurchmesser eine größere Keilzahnlängc oder bei vorgegebener Keilzahnlänge einen größeren Schaftdurchmesser hat. Es soll ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antriebswelle angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 3 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Bei der Antriebswelle nach der Erfindung ist die Schnittiefe des Wälzfräsers im Vergleich zu bekannten Antriebswellen klein, ohne daß dies eine unerwünschte Verringerung des Spiels zwischen den Außenkeilzähnen der Antriebswelle und den damit zusammenwirkenden Innenkeilzähnen des mit der Antriebswelle in Verbindung bringbaren Teils der Universalgelenkverbindung nach sich zieht. Infolgedessen werden eine relativ große Keilzahnlänge oder ein relativ großer Schaftdurchmesser erzielt, was seinerseits eine Steigerung der Drchmomentbelastbarkeit und/oder der Lebensdauer der Antriebswelle zur Folge hat. Die balligen Außenkeil/ähne weichen nicht wesentlich von einer echten Evolventenform ab. Die Hinterschneidung der Keilzähne im Bereich des Fußdurchmessers wird besonders klein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Uiitcransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeisiriele erläutert Es zeigt

Fig. i einen Axialschnitt einer Rotationskolbenmaschine mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Antriebswelle,

F i g. 2 in stark vergrößertem Maßstab eine schematische Darstellung der Keilzahnverbindung, die bei der Rotationskolbenmaschine nach Γ i g. 1 vorgesehen ist,

F i g. 3 eine schematische Darstellung, die das Wälzfräsen einer Gruppe von balligen Außenkeilzähnen erkennen läßt,

F i g. 4a einen Teilquerschnitt durch einen balligen Keilzahn, der in bekannter Weise gefertigt ist,

Fig.4b einen Teilquerschnitt durch einen balligen Keiizahn, der in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet ist,

F i g. 5 einen Teilschnitt durch einen balligen Keilzahn entlang einer zur Keilzahnflanke senkrechten Ebene in größcrem Maßstab als in F i g. 2 jedoch kleinerem Maßstab als in F i g. 3, und

F i g. 6 einen Querschnitt eines Wälzfräserzahnes, der verschiedene vorliegend eine Rolle spielende geometrische liigenschaften erkennen läßt.

F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt einer hydraulischen Rotationskolbenkraftmaschine oder Pumpe für welche sich die im folgenden näher erläuterte Antriebswelle besonders eignet. Maschinen dieser Art sind an sich bekannt (US-PS 35 72 983 und US-PS 38 62 814). Der im folgenden verwendete Begriff »Maschine« soll Kraftmaschinen und Pumpen umfassen.

Die hydraulische Maschine 11 besteht aus mehreren Abschnitten, die, beispielsweise mit Hilfe einer Reihe von (nicht dargestellten) Bolzen, zusammengehalten sind und zu denen ein Wellengehäuse 13, eine Verschleißplatte 15, ein parallel- und innenachsiger Rädersatz 17, eine Zwischenplatte 19 und ein Schiebergehäuse 21 gehören.

Der Rädersatz 17 ist in bekannter Weise ausgebildet. Er umfaßt einen innenverzahnten Zahnring 23 mit einer Mehrzahl von Innenzähnen, die bei der vorliegenden Ausführungsform von mehreren zylindrischen Bauteilen 25 gebildet werden, die in bekannter Weise in halbzylindrischen Ausnehmungen des Zahnringes 23 sitzen. In dem Zahnring 23 sitzt exzentrisch mit Bezug auf den Zahnring ein außenverzahntes Zahnrad 27, dessen Zähnezahl typischerweise um eins kleiner als die Anzahl der zylindrischen Zähne 25 ist. Das außenverzahnte Zahnrad 27 kann mit Bezug auf den innenverzahnten Zahnring 23 eine kreisende und rotierende Bewegung ausführen, im Verlaufe deren eine Mehrzahl von sich vergrößernden und verkleinernden Kammern 29 gebildet wird.

Entsprechend Fig. 1 weist die Maschine 11 eine Antriebs-Abtriebswelle 31 auf, die innerhalb des Wellengehäuses 13 sitzt und dort mit Hilfe von Lagern 33 und 35 drehbar abgesützt ist. Die Welle 31 ist mit einer Gruppe von geraden Evolventeninnenkeilzähnen 37 versehen, mit denen eine Gruppe von balligen Evolventenaußenkcilzähncn 39 in Eingriff steht, die am einen Ende einer Haupi;intriebswclle41 ausgebildet sind. Am gegenüberliegenden Ende der Hauptantriebswelle 41 befindet sich eine weitere Gruppe von balligen Evolventenaußenkeilzähnen 43, die mit einer Gruppe von geraden Evolventeninnenkeilzähnen 45 in Eingriff stehen, die am Innenumfang des außenverzahnten Zahnrades 27 angeordnet sind. Weil bei der vorliegenden Ausführungsform der innenverzahnte Zahnring 23 sieben zylindrische Innenzähne 25 aufweist, führen sieben Kreisbewegungen des außenverzahnten Zahnrades 27 zu einer vollständigen Umdrehung des Zahnrads 27 und damit zu einer vollständigen Umdrehung der Hauptantriebswelle 41 und der Antriebs-Abtriebswelle 31.

Gleichfalls in Eingriff mit den Innenkeilzähnen 45 steht eine Gruppe von Keilzähnen 47, die am einen Ende einer Schieberantriebswelle 49 ausgebildet sind, die an ihrem gegenüberliegenden Ende eine weitere Gruppe von Außenkeilzähnen 51 trägt. Die Außenkeilzähne 51 stehen mit einer Gruppe von Innenkeilzähnen 53 in Eingriff, die am Innenumfang eines Schiebers 55 ausgebildet sind. Der Schieber 55 sitzt drehbar innerhalb des Schiebergehäuses 21. Die Schieberantriebswelle 49 steht über die Keilverzahnungen sowohl mit dem außenverzahnten Zahnrad 27 als auch mit dem Schieber 55 in Eingriff, um in bekannter Weise für einen zweckentsprechenden Schiebertakt zu sorgen.

Das Schiebergehäuse 21 ist mit einem Fluidanschluß 57 versehen, dci' liiii einer den ringförmigen Schieber 55 umgebenden Ringkammer 59 in Verbindung steht. Fluid wird von der Ringkammer 59 über mehrere Schieberdurchlässe 61 zu dem Rädersatz 17 geleitet oder von diesem kommend aufgenommen. Der Schieber 55 bildet ferner eine Mehrzahl von Schieberdurchlässen 63. Gelangt unter hohem Druck stehendes Fluid vom Fluidanschluß 57 über die Schieberdurchlässe 61 zu den sich vergrößernden Kammern des Rädersatzes 17, wird von den sich verkleinernden Kammern kommendes, unter niedrigem Druck stehendes, abströmendes Fluid über die Schieberdurchlässe 63 einer Fluidkammer 65 zugeleitet, die mit einem zweiten (nicht gezeigten) Fluidan-Schluß in Verbindung steht. Die Arbeitsrichtung der Maschine 11 kann in bekannter Weise umgekehrt werden, indem unter hohem Druck stehendes Fluid in den zweiten (nicht veranschaulichten) Fluidanschluß eingeleitet wird, der mit der Fluidkammer 65 und den Schieberdurchlässen 63 in Verbindung steht. Unter niedrigem Druck stehendes, abströmendes Fluid gelangt dann von den sich verkleinernden Kammern über die Schieberdurchlässe 61 in die Ringkammer 59; es tritt über den Fluidanschluß 57 aus.

F i g. 2 zeigt eine etwas schematische Darstellung der Antriebsverbindung, die bei der Maschine 11 nach Fig. 1 verwendet wird, um Drehmoment von dem außenverzahnten Zahnrad 27 auf die Abtriebswelle 31 zu übertragen. Der Begriff »Antriebsverbindung« soll vorliegend die Hauptantriebswelle 41, beide Gruppen von balligen Evolventenaußenkeilzähnen 39 und 43 sowie die damit in Eingriff stehenden Gruppen von geraden Evolventeninnenkeilzähnen 37 und 45 umfassen. Die Gruppe der Innenkeilzähne 37 (und die Abtriebswelle

31) bilden eine Achse 71, während die Innenkeilzähne 45 (und das außenverzahnte Zahnrad 27) eine Achse 73 bilden. Die Achse 71 und 73 verlaufen im wesentlichen parallel; sie haben jedoch in Querrichtung einen gegenseitigen Abstand, der die Exzentrizität E der Antriebsverbindung (und der Maschine 11) darstellt. Die Gruppe der balligen Außenkeilzähne 43 bildet eine Mittelebene CP\, die durch die »Spitze« jedes Keilzahnes hindurchgeht. In ähnlicher Weise bilden die balligen Außenkeilzähne 39 eine durch die Spitze jedes Keilzahns dieser Gruppe hindurchgehende Mittelebene CPi. Der Abstand zwischen den Mittelebenen CPi und CP? wird als die axiale Länge L der Antriebsverbindung bezeichnet, deren Bedeutung im folgenden näher erläutert ist.

Wie gleichfalls aus F i g. 2 hervorgeht, weist die Hauptantriebswelle 41 einen Schaftteil (mit einem Schaftdurchmesser Ds) auf, der zwischen den beiden Gruppen von Außenkeilzähnen 39 und 43 sitzt. Die Antriebswelle 41 bildet eine Wellenachse 75, die zusammen mit der Achse 73 der Innenkeilzähne 45 einen Winkel A bildet, der als »Laufwinkel« bezeichnet wird. Die Wellenachse 75 bildet mit der Achse 71 der Innenkeilzähne 37 den gleichen Laufwinkel A, weil die Achsen 71 und 73 parallel zueinander verlaufen. Aus Fig. 2 und der vorstehenden Beschreibung folgt;

aresin E/L

(1)

Die Erfindung ist vorliegend in Verbindung mit einer Antriebswelle erläutert, die an beiden Enden eine Gruppe von balligen Außenkeilzähnen trägt. Sie ist jedoch auch bei einer Antriebswelle anwendbar, die am einen Ende mit einer Gruppe von balligen Keiizähnen ausgestattet ist, während am gegenüberliegenden Ende eine andere Form von Universalgelenk vorgesehen ist. In diesem Falle wird die Exzentrizität E der Antriebsverbindung in gleicher Weise bestimmt; die axiale Länge L wird von der Mittelebene der balligen Keilzahngruppe zum geometrischen Gelenkpunkt des Universalgelenks gemessen. Weil die Kombination aus geraden Innenkeilzähnen und balligen Außenkeilzähne eine bestimmte Art von Universalgelenk darstellt, soll der vorliegend verwendete Begriff »Universalgelenk« auch die Kombination von geraden Innenkeilzähnen und balligen Außenkeilzähnen einschließen.

Typischerweise wird eine Antriebswelle wie die Hauptantriebswelle 41, die an beiden Enden eine Gruppe von balligen evolventen Außenkeilzähnen trägt, aus einem stangenförmigen Rohling gefertigt. Der Rohling wird zunächst auf geeignete Länge geschnitten; sodann werden der Schaft mit dem Durchmesser D$ und die Enden maschinell bearbeitet. Im Anschluß daran erfolgt das Wälzfräsen der balligen Außenkeilzähne entweder durch Kopfwälzfräsen oder Semikopfwälzfräsen. Es versteht sich, daß insoweit auch andere Verfahrensschritte angewendet werden können.

Entsprechend den F i g. 2 und 5 hat jeder der balligen Keilzähne 39 sowie der balligen Keilzähne 43 eine axiale Zahnlänge T. Nimmt man an, daß sämtliche balligen Außenkeilzähne 39 und 43 symmetrisch mit Bezug auf die Mittelebenen CP2 bzw. CPi liegen, beträgt der Abstand von der Mittelebene zum Ende jedes Keilzahns 772. Aus dem senkrecht zur Keilzahnflanke liegenden Schnitt der F i g. 5 ist zu erkennen, daß in jedem beliebigen axialen Abstand Yvon der Mittelebene entlang der Längsabmessung des Keilzahns wenigstens ein minimales Spiel X zwischen dem Außenkeilzahn und dem benachbarten Innenkeilzahn vorhanden sein muß. Der Axialabstand Y und das Keilzahnspiel X sind miteinander und mit dem Laufwinkel A durch die folgende Gleichung verknüpft:

= Ytan/t

(2)

Wie oben ausgeführt wurde, ist das Spiel X notwendig, um eine störende Beeinflussung zwischen jedem der balligen Außenkeilzähne und dem benachbarten Innenkeilzahn zu verhindern, wenn die Antriebsverbindung entsprechend Fig.2 mit dem Laufwinkel A arbeitet Wie am besten aus F i g. 2 hervorgeht, ist, wenn das Spiel X entsprechend der obigen Gleichung (2) sehr genau eingehalten wird, eine Hälfte jeder Keilzahnflanke im wesentlichen parallel zu der Keilzahnflanke des benachbarten Innenkeilzahns ausgerichtet. In diesem Fall bildet die andere Hälfte der Flanke des Außenkeilzahns mit der Flanke des benachbarten Innenkeilzahns einen eingeschlossenen Winkel 2A (d. h. einen Winkel, der dem zweifachendes Laufwinkels A entsprich!).

Fig.4a zeigt einen Querschnitt durch einen in bekannter Weise hergestellten Keilzahn in einem Axialabstand Y von der Mittelebene. In ähnlicher Weise ist in F i g. 4b ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Keilzahn im gleichen Axialabstand Y wie in Fig.4a dargestellt. In beiden Fällen ist das gleiche Spiel Xaufrechterhalten; wie im einzelnen jedoch unten erläutert ist, ist die Schnittiefe Z (oder die radiiil einwärts gerichtete Bewegung des Wälzfräsers in Richtung auf die Achse der Welle 41) vermindert. Diese Abmessung Z ist in Fig.3 schematisch dargestellt. Dabei ist der rotierende Wälzfräser H in zwei Stellungen veranschaulicht, und zwar unmittelbar bevor er die bulligen Außenkeilzähne 43 zu schneiden beginnt, und dann wieder unmittelbar nachdem das Schneiden der Keilzähne 43 beendet ist. Aus F i g. 3 ist zu entnehmen, daß die Drehachse 77 des Wälzfräsers H eine Bahn beschreibt, die zusammen mit einer ersten Bezugslinie RLi einen Wölbungswinkel CA bildet. Der Wölbungswinkel CA ist in F i g. 3 als der eingeschlossene Winkel zwischen der Bezugslinie RL\ und der Bahn dargestellt, welche die Drehachse 77 beschreibt. Er ergibt sich ferner als der eingeschlossene Winkel zwischen einer zweiten Bezugslinie RL2 (die parallel zu der Bezugslinie RL\ verläuft) und der Keilzahnspitze. Es versteht sich, daß die zuletzt genannte Beziehung genau nur im Falle eines Keil/.ahns gilt, der im Kopfwälzfräsverfahren hergestellt ist. Bei einem nicht kopfwälzgefrästen Keilzahn wird der Wölbungswinkel stattdessen durch den eingeschlossenen Winkel zwischen der Wurzel des Keilzahns und einer anderen Bezugslinie bestimmt, die parallel zu der Bczugslinie RL2 verläuft. Der Wölbungswinkel CA kann auch durch den axialen Abstands Yvon der Mittelcbene CP\ und die Schnittiefe Z (die radiale Einwärisbewegung der Drehachse 77 mit Bezug auf die Bezugslinie RL\) entsprechend der folgenden Gleichung ausgedrückt werden:

CA = arctan Z/Y

Entsprechend F i g. 4a war es bisher allgemein üblich, eine Gruppe von balligen Außenkeilzähnen, die einen primären Eingriffswinkel #5 haben sollen, unter Verwendung eines Wälzfräsers zu fräsen, bei dem die Fräserzähne gleichfalls einen Eingriffswinkel <£s haben. Das führt dazu, daß es zur Erzielung des erforderlichen Spiels X in jedem beliebigen Axialabtand Y notwendig ist, einen Wölbungswinkel vorzusehen, der zu der geeigneten Schnittiefe Zpa (bekannte Schnittiefe) entsprechend der folgenden Gleichung führt:

Z« =■

60 Entsprechend Fig.4b ist es ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine Gruppe von balligen Außenkeilzähnen mit einem primären Eingriffswinkel Φ$ unter Verwendung eines Wälzfräsers zu fräsen, bei dem die Schneidzähne einen Eingriffswinkel Φα haben, wobei Φη größer als 0s ist. Das Ausmaß der Differenz zwischen Φα und Φα. das für die vorliegenden Zwecke notwendig ist, ergibt sich aus der nachstehen-

den Erläuterung. Dies führt dazu, daß es zur Erzielung des notwendigen Spiels X" in jedem beliebigen Axialabstand Y erforderlich wird, mit einem Wölbungswinkel CA zu arbeiten, der die geeignete Schnittiefe Z_/Wy(erfindungsgemäße Schnittiefe) entsprechend der nachstehenden Gleichung zur Folge hat:

(5)

Bei einem Vergleich der Gleichungen (4) und (5) sowie der F i g. 4a und 4b zeigt sich, daß die Steigerung des Eingriffswinkels des Wälzfräsers von Φs auf Φη den Wert des Sinus vergrößert; für ein vorgegebenes Spiel X wird die Schnittiefe Z^v kleiner als die bekannte Schnittiefe Z/m-

Betrachtet man die F i g. 3 in Verbindung mit der F i g. 4b, zeigt es sich, daß es bei Anwendung des vorliegend offenbarten steigenden und fallenden Wälzfräsverfahrens möglich wird, bei vorgegebenem Schaftdurchmesser Dv die Keilzahnlänge T zu vergrößern oder umgekehrt bei einer vorgegebenen Keilzahnlänge 7~den Schaftdurchmesser Ds größer zu machen.

Die erzielbaren Vorteile seien anhand des folgenden Beispiels näher erläutert.

Beispiel

= aresin E/L

0)

A = aresin

A = 2,866°

2,54
50,80

Unter Anwendung der Gleichung (2) wird das erforilerliohe Spiel Λ wie folgt errechnet:

Λ = ) lan A

A = b,35 mm lan 2,866'

Λ = 0,318 mm

Hei diesem Hcispicl halten die balligen Keilzähne einen primären Kingriffswinkel Ά von 30 Grad. Daher crjjibi vieh die Schnittiefe an den Enden des Keilzahns einsprechend dem bekannten Vorgehen wie folgt:

sin φ_χ

_ 0,318 mm
'^/M sin 30° '

Z_n = 0,635 mm.

(4)

50

(2)

55

65

Unter Anwendung des vorliegend offenbarten Vorgehens wurde ein Wälzfräser mit einem Eingriffswinkel <?/i der Fräserzähne von 37 Grad gewählt. Daraus ergibt sich eine Schnittiefe Z/Nv wie folgt:

(5)

10

/M	sin Φα '
ZlNV	_ 0,318 mm
Z/NV	sin 37° '
= 0,528 mm.

Bei einer für eine kommerzielle Anwendung bestimmten Ausführungsform hatte die Hauptantriebswelle 41 die folgenden Abmessungen:

L = 50,SO mm
E = 2,54 mm
T = 12,70 mm

Der Einfachheit halber werden die erforderlichen Berechnungen mit Bezug auf eine Ebene durchgeführt, die ungefähr am Ende des Keilzahns liegt, wo gilt, Y=T/ 2 = 6,35 mm. Unter Verwendung der Gleichung (1) wird der Laufwinkel .4 wie folgt bestimmt:

Bei diesem Ausführungsbeispiel wäre es möglich gewesen, den Schaftdurchmesser Ds um einen Betrag zu vergrößern, der dem zweifachen der Verkleinerung der Schnittiefe Zentspricht, d. h.

Vergrößerung von D.s = 2(Zpa—Zinv) (6) Vergrößerung von Ds = 2 (0,635-0,528) mm Vergrößerung von Ds = 0,213 mm

Stattdessen wäre es unter Verwendung des vorliegend erläuterten Vorgehens auch möglich gewesen, die Keilzahnlänge T zu vergrößern. Diese Vergrößerung kann bestimmt werden, indem von der Schnittiefe Z/m = 0,635 mm ausgegangen und ein neuer Axialabstand Yinv bis zum Ende des Keilzahns entsprechend der folgenden Gleichung errechnet wird, die eine Kombination der Gleichungen (2), (4) und (5) darstellt:

_ YlNV

45

PA	sin Φι	7	mm)	mm.
sin Φη
tan Λ	PA		mm)
*YlNV ~*	sin 37°	(0,635
*YlNV*		0,05	7,643 mm oder
YlNV ⁼	0,6018	(0,635	15,286
*TlNV ⁼*		0,05

(7)

Die Vergrößerung der Keilzahnlänge (und damit die Drehmomentbelastbarkeit bei vorgegebener Keiizahnlebensdauer) betrug etwas mehr als 20%.

Beim Wälzfräsen eines Keilzahns mit einem primären Eingriffswinkel ^s von 30 Grad haben die Zähne des Fräsers vorzugsweise einen Eingriffswinkel Φη zwischen ungefähr 33 Grad und ungefähr 45 Grad. Aus den oben verwendeten Gleichungen ergibt sich, daß der Nutzen aus der Anwendung des erläuterten Verfahrens (beispielsweise Vergrößerung der Zahnlänge) durch einen Verhältnisfaktor F ausgedrückt werden kann wobei:

sin <P_H
sin 0_S

(8)

Die Anwendung der Gleichung (8) auf das vorstehende Beispiel führt zu einer Vergrößerung der Keilzahnlänge (oder der Drehmomentbelastbarkeit) um einen

9

Faktor von
sin 37°

sin 30°

= 1,20.

Innerhalb eines bevorzugten Bereiches von Φη nimmt daher für jeden gegebenen Wert von ^s die Verbesserung der Drehmomentbelastbarkeit mit steigendem Φη zu.

Beim Experimentieren mit dem vorliegend erläuterten Wälzfräsverfahren und beim Vergleichen dieses Verfahrens mit dem bekannten Vorgehen wurde ein weiterer Vorteil beobachtet. Durch Vergrößerung des Eingriffswinkels des Wälzfräsers und Verkleinerung der Schnittiefe wird der Betrag der Hinterschneidung, zu der es normalerweise benachbart dem Fußdurchmesser in Richtung auf den Enden der Keilzähne kommt, wesentlich herabgesetzt. Durch Minimierung der Hinterschneidung wird die Festigkeit der einzelnen Keilzähne vergrößert; damit nimmt auch die Drehmomentbelastbarkeit jedes Keilzahns zu. Der Rundungsradius wird gleichfalls vergrößert, wodurch die Beanspruchungskonzentration abnimmt.

F i g. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Schneidzahn des vorliegend verwendeten Wälzfräsers. Dabei ist eine Teilkreislinie PL des Wälzfräsers dargestellt. Der Wälzfräser H wird mit Bezug auf die Achse 75 der Hauptantriebswelle 41 derart angeordnet, daß die Teilkreislinie PL des Fräsers und die Achse 75 einen bis zu der Teilkreislinie gehenden Durchmesser Dpi. (als Teilkreisdurchmesser des Wälzfräsers bezeichnet) bilden. Bekanntlich wird die Teilkreislinie des Wälzfräsers als die eine Grundlage zur Berechnung der Wälzfräsergeometrie benutzt. Die Teilkreislinie des Wälzfräsers bleibt fest; der Wälzfräser bewegt sich gegenüber der Teilkreislinie, beispielsweise wenn die Schneidzähne von der in ausgezogenen Linien dargestellten Stellung in die Stellung übergehen, die gestrichelt eingezeichnet ist (d. h., wenn sich der Schneidzahn radial einwärts in Richtung auf die Wellenachse 75 um einen Betrag bewegt, der gleich der Schnittiefe Zist). In Fig. 6 ist ferner der Eingriffswinkel 0hdes Wälzfräserzahnes dargestellt.

Bei Anwendung des vorliegend beschriebenen Verfahrens wird die Evolventenform der Keilzähne nicht wesentlich geändert. Weil die erzeugte Evolventenform eine Funktion des Durchmessers des Grundkreises ist, der durch das vorliegende Verfahren nicht geändert wird, ist es möglich, eine Keilzahnform herzustellen, die identisch mit der auf bekannte Weise erhaltenen Zahnform ist, möglicherweise mit Ausnahme einer kleinen Abweichung von der echten Evolventenform am Fuß.

Während das vorliegende Verfahren anhand der theoretischen Bahn beschrieben wurde, die die Achse 77 des Wälzfräsers H beschreibt, versteht es sich, daß die Achse dieser Bahn nicht über die volle Länge des Keilzahns genau folgt. Beispielsweise weicht im Bereich der Mittelebene die von der Wälzfräserachse 77 beschriebene Bahn von der theoretischen Bahn ab, um die scharfe Spitze zu vermeiden, die in F i g. 3 im Bereich der Mittelebene CP] gezeigt ist. Die Wälzfräserachse folgt in der Nähe der Mittelebene vielmehr einer Bahn, die bewirkt, daß der Außenkeilzahn nicht spitz zuläuft, sondern etwas abgerundet ist. Dadurch wird ein ruhigerer Betrieb gewährleistet. Die Art dieser Abweichung von der theoretischen Bahn der Wälzfräserachse versteht sich für den Fachmann ohne weiteres.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antriebswelle mit mindestens einer Gruppe von axial verlaufenden, balligen Außenkeilzähnen zum Übertragen von Drehmoment zwischen mindestens einer Gruppe von geraden Innenkeilzähnen und einem mit der Antriebswelle in Verbindung bringbaren Teil einer Universalgelenkverbindung, wobei die Gruppe der geraden Innenkeilzähne und der Universalgelenkverbindungsteil eine Exzentrizität £ haben, die Gruppe der balligen Außenkeilzähne eine im wesentlichen senkrecht zu der Achse der Welle ausgerichtete Mittelebene aufweist, die Welle eine axiale Länge L zwischen der Mittelebene und dem Gelenkpunkt der Universalgelenkverbindung hat und einen Laufwinkel A = aresin E/L bildet, jeder der Außenkeilzähne einen primären Eingriffswinkel 0s hat und ausreichend ballig gemacht ist, um für ein Spiel X zwischen dem Außenkeilzahn und dem benachbarten Innenkeilzahn in jedem vorgegebenen axialen Abstand Y von der Mittelebene zu sorgen, und das Spiel X und der Abstand Y durch die Gleichung X= V tan A miteinander verknüpft sind, wobei zum Wälzfräsen der Außenkeilzähne ein mit Schneidzähnen versehener Wälzfräser gedreht und gleichzeitig damit der Wälzfräser in Längsrichtung der Außenkeilzähne derart vorgeschoben wird, daß die Achse des Wälzfräsers einer von einer variablen Größe Z bestimmten Bahn folgt, wobei Z die radial einwärts gerichtete Bewegung der Wälzfräserachse von einer Bezugslinie in Richtung auf die Achse der Welle ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidzähne des zum Fräsen der Außenkeilzähne (39, 43) benutzten Wälzfräsers (H) einen Eingriffswinkel Φη haben, der größer als der Eingriffswinkel ^a der Außenkeilzähne ist, und daß beim Fräsen der Außenkeilzähne die Größe Zder radial einwärts gerichteten Bewegung der Wälzfräserachse (77) so eingestellt wird, daß sie der Gleichung

Z =

K tan Λ
sin Φ_Η

entspricht.

2. Antriebswelle nach Anspruch 1 mit einer weiteren Gruppe von balligen Außenkeilzähnen, die mit einer den Universalgelenkverbindungsteil bildenden weiteren Gruppe von geraden Innenkeilzähnen in Eingriff bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Gruppe der Außenkeilzähne (39 bzw. 43) mittels eines Wälzfräsers (H) gefräst ist, dessen Schneidzähne einen Eingriffswinkel Φη haben, der größer als der Eingriffswinkel ^s der Zähne der zweiten Außenkeilzahngruppe ist, und dessen Achse (77) während des Vorschubs in Richtung der Außenkeilzähne zu einer radialen Einwärtsbewegung Z entsprechend der Gleichung

Z =

Y tan A
sin Φ_Η

veranlaßt wird.

3. Verfahren zur Herstellung der Antriebswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkeilzähne (39, 43) der Antriebswelle (41) mit einem Wälzfräsereingriffswinkel Φη gefräst werden, der ungefähr 3 bis 15° größer als der primä

re Keilzahneingriffswinkel φ,-ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem primären Keilzahneingriffswinkel #s von ungefähr 30° die Außenkeilzähne (39, 42) mit einem Wälzfräsereingriffswinkel Φη von ungefähr 37° gefräst werden.