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Verfahren zur Herstelluna von Zahnrädern
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern
und/oder anderen verzahnten Teilen mit ballig ausgeführten Zahnflanken, bei dem
ein Gesenk durch abtragende Verfahren maßgenau nach einem Meisterrad mit in Zahnhöhenrichtung
ballig ausgebildeten Zähnen hergestellt wird und die Zahnräder und/oder anderen
verzahnten Teile in cern. Gesenk geschmiedet und/oder gepreßt werden.
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Zur Ausbildung eines möglichst guten Tragbildes bei Zahnrädern ist
es erforderlich, daß die Zahnflanken nicht nur in Zahnhchenrichtung, sondern auch
in Zahnlängsrichtung ballig ausgebildet sind. Derartige, in beiden Richtungen ballig
ausgeführte Zahnräder können bislang nur durch Schleifen oder spanabhebende Verzahnverfahren
hergestellt werden. Bei geschmiedeten und/oder gepreßten Zahnrädern ist die Herstellung
der idealen, in beiden Richtungen ballig ausgeführten Zahnflanken bisher nicht möglich
gewesen. Die Schwierigkeiten liegen vornehmlich in der Herstellung der zum Fertigen
der Gesenke nötigen Meisterräder. Man konnte die Meisterräder zwar in Zahnhöhenrichtung
ballig ausbilden und dabei die temperaturbedingte Schrumpfung der geschmiedeten
Werkstücke entsprechend vorkorrigieren. Dies war jedoch nicht möglich für
die
ballige Ausführung des Meisterrades in beiden Richtunofen, da diese Bearbeituna
zu einer unzulässigen Schwächung im Zahngrund infolge von Schleifspuren im Zahngrund
führen würde.
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Darum hat man sich bisher damit geholfen, daß man nach der Abbildung
eines geradflankigen Meisterrades im Gesenkblock in den Zahnflanken der Zähne diskrete
Bereiche herausarbeitete, die in etwa dem Tragbild entsprachen. Diese Bereiche erschienen
dann im geschmiedeten und/oder gepreßten Rad als eine genau umrissene Erhöhung,
auf der sich beim Laufen der Zahnräder das Tragbild einstellt. Dieses Verfahren
ist einerseits sehr aufwendig, da jede einzelne Zahnflanke im Gesenk besonders bearbeitet
werden muß und führt andererseits zu einer Verschlechterung der Verzahnungsqualität,
da die nicht exakt reproduzierbare Stärke der Erhöhung von Zahnflanke zu Zahnflanke
zwangsläufig größere Teilungs- und Rundlauffehler zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung von i Gesenk geschmiedeten und/oder gepreßten Zahnrädern und ähnlichen
verzahnten Teilen mit erhöhter Verzahnungsqualität zu schaffen, bei dem die Zahnräder
mit genau eingehaltener Balligkeit hergestellt werden können und die Form der Zahnflanken
nicht nur einen Notbehelf darstellt und ohne daß dazu aufwendige Maßnahmen erforderlich
sind.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung
dadurch gelöst, daß das Meisterrad.auch in Zahnlängsrichtung ballig ausgeführt wird,
wobei die Schrumpfung der Zahnräder beim Abkühlen nach dem Schmieden berücksichtigt
wird, daß die Zahnflanken des Gesenkes nach dem in beiden Richtungen ballig geformten
Meisterrad abtragend geformt werden und daß die Zahnköpfe des Gesenkes als im Querschnitt
glatte Rundungen mit tangentialem Einlauf in die Zahnflanken
gefertigt
werden. Die gemeinsame Anwendung dieser Verfahrensschritte ermöglicht die teilungsfehlerfreie
Herstellung exakt gleicher Zahnräder mit idealem Tragbild, wobei eine unzulässige
Schwächung der Zahnräder im Fußbereich vermieden ist. Die freie Wahl der Form der
Fußausrundung ist ohne negativen Einfluß auf das Laufverhalten der Zahnräder möglich,
da die Fußausrundung außerhalb des aktiven Profils liegt und somit an der Drehmomentübertragung
keinen Anteil hat.
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Die so mit optimaler, genau das gewünschte Tragbild ergebender Balligkeit
hergestellten Zahnräder haben eine größere Laufruhe bei übertragung großer und größter
Kräfte als die nach bekannten Verfahren hergestellten Räder, besitzen eine höhere
Zahnfuß- und Flankentragfahigkeit und können absolut reproduzierbar in großen Mengen
im Gesenk geschmiedet und/ oder gepreßt werden.
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Im einzelnen kann die Erfindung wie folgt vorteilhaft ausgestaltet
sein.
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Dadurch,daß die Form der Zahnköpfe des Gesenks, die beim Schmieden
die Fußausrundung der Zahnräder bilden, mit glatten Rundungen und mit tangentiãlem
Einlauf in die Zahnflanken durch eine entsprechende Formgebung der Zahngründe des
Meisterrades hergestellt wird, können von einem Meisterrad vollautomatisch ohne
Nacharbeit viele Gesenke hergestellt werden. Dabei werden die beim Balligschleifen
in Längsrichtung beschädigten Zahngründe des eisterrades nachgearbeitet.
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Es ist auch möglich, die Form der Zahnköpfe des Gesenkes mit glatten
Rundungen und mit tangentialem Einlauf in die Zahnflanken durch Formen nach einem
Meisterrad mit einem beim Schleifen beschädigten Zahngrund, der dadurch tiefer als
bis auf die Sollabmessungen ausgehöhlt ist und nachträgliche Bearbeitung des Zahnkopfes
der Gesenke herzustellen.
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Die Bearbeitung kann sowohl spanabhebend als auch abtragend erfolgen.
Dabei kann ohne großen Aufwand je nach den Anforderungen an die Abscherfestigkeit
der Zähne die Form des
Zanncrundes frei gewählt werden, wobei für
die verschiedenen Zahngrundformen mit dem gleichen Meisttrrad gearbeitet werden
kann.
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Zur Durchführung des Verfahrens hat sich ein Gesenk als geeignet erwiesen,
bei dem die die Zahngründe des Zahnrades bildenden Köpfe im Querschnitt als Klothoidenabschnitte,
deren Krümmung proportional der Kurvenlänge ist, ausgebildet sind, wobei die Klothoiden
mit den beiden senkrecht verlaufenden, am stärksten gekrümmten Stellen spiegelbildlich
zusammengesetzt sind. Diese Form für die Fußausrundung der Zahnräder bringt eine
gute Zahnfußtragfähigkeit.
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Die Balligkeit der Zahnflanken in Längsrichtung des Gesenkes ist nicht
auf die einfache Kreisbogenform beschränkt, sondern kann eine von einer beliebig
gekrümmten Kurve gebildete Form besitzen.
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Geu definiert und einfach herzustellen ist eine Balligkeit der Zahnflanken
in Zahnlängsrichtung, die von mehreren geraden, stumpfwinklig zueinander stehenden
Flächen gebildet ist.
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Dem Präzisionsgeserkschmieden sind besonders gerad- und schrägverzahnte
Kegelräder zugängig, da sie eine leichte Entformbarkeit aus der Schmiedegravur sicherstellen.
Desweiteren trifft dies auf solche Zylinderräder zu, deren äußere Gestalt kegelförmig
ist. Mit Vorteil wird für die Herstellung von Zahnrädern mit zylindrischer Wälzfläche
ein Gesenk eingesetzt, dessen Verzahnung eine Profilverschiebung aufweist, die von
der einen zur andern Stirnseite stetig und monoton geändert ist. Die mit diesem
Gesenk hergestellten Zahnräder, die trotz der zylindrischen Wälzfläche in der äußeren
Gestalt Kegelrädern ähnlich sind, erhalten durch das erfindungsgemäße Gesenk die
genau definierte, gleichmäßige Balligkeit, die zusammen mit der exakten Teilung
und den diesen Rädern eige-
nen, günstigen Eingriffsverhältnissen
eine hohe Belastbarkeit und geräuscharmen Lauf bringen.
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In den Zeichnungen ist beispielhaft jeweils ein Schnitt durch einen
Zahn dargestellt und zwar zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch ein bekanntes, geschmiedetes
Zahnrad herkömmlicher Ausführung, Fig. 2 einen Schnitt durch ein nach der Erfindung
hergestelltes Zahnrad, Fig. 3 einen Schnitt durch ein nach der Erfindung hergestelltes
Zahnrad mit anderer Zahnflankenform.
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Nach Figur 1 wurden bei den bisher im Gesenk geschmiedeten und/oder
gepreßten Zahnrädern 1 die beiden Zahnflanken 2 eines Zahns 3 mit diskreten Erhöhungen
4 versehen, auf denen sich dann das Tragbild beim Laufen einstellen mußte.
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Die Erhöhungen 4 sind hierbei stark vergrößert dargestellt und machen
in Wirklichkeit nur wenige hundertstel illieter aus.
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In Figur 2 ist ein Schnitt durch den Zahn 5 eines Zahnrades 6 nach
der Erfindung dargestellt, wobei die Zahnflanken 7 in Längsrichtung des Zahnes 5
nach einer beliebig gekrümmten Kurve ballig ausgebildet sind. Die Ausbildung dieser
Balligkeit hänct von dem gewünschten Tragbild 8 ab, dessen Form im allgemeinen wegen
der zusätzlich in Zahnhöhenrichtung vorhandenen Balligkeit der Zahnflanke die Form
einer liegenden Ellipse annimmt. Lage, Größe und Form dieses Tragbildes können durch
die Art und Weise der Balligkeit in Zahnlängs- und in Zahnhöhenrichtung beeinflußt
und damit festgelegt werden.
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Bei der Zahnform nach Figur 3 wird die Zahnflanke 9 in Zahnlängsrichtung
von drei geraden, stumpfwinklig zueinanderstehenden Flächen 10, 11, 12 gebildet.
Hierbei stellt sich
die mittlere Fläche 11 als erhabener Bereich
ein, so daß sich auf dieser Fläche das Tragbild ergibt.
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Selbstverständlich sind auch noch andere Ausführungsformen innerhalb
des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung denkbar; z.B. brauchen die Zahnflanken
eines jeden Zahnes nicht symmetrisch zueinander zu liegen, sondern es ist auch ohne
weiteres möglich, allen Zahnflanken der gleichen Zahnseite (konzentrisch gesehen)
eine bestimmte Balligkeit zu geben und den Zahnflanken der anderen Zahnseite eine
andere Balligkeit etwa dergestalt, daß die Verbindungslinie der beiden höchsten
Punkte der Kurven windschief zur Zahnradachse 13 liegt. Auch ist es ohne weiteres
möglich, die Balligkeit in Zahnlängsrichtung in Abhängigkeit von der Zahnhöhe kontinuierlich
zu verändern.
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Alle diese Formeln lassen sich ohne weiteres durch an sich bekannte
Abbilcjngen eines Meisterrades ir Gesenkblock herstellen, wobei das CMeisterrad
die entsprechend dem gewünschten Tragbild und unter Berücksichtigung der Schwindung
erfor-Bereiche Balligkeit in Zahnlangsrichtun besitzt und beim Abbilden auf das
Gesenk überträgt.