DE3618435A1 - Verfahren zur herstellung von an zwei koerpern vorgesehenen verzahnungen sowie nach dem verfahren hergestellte getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 und ein unter Anwendung dieses Ver­ fahrens hergestelltes Getriebe.

Das Herstellen von Verzahnungen, die zur wälzenden Übertragung von Kräften dienen, mittels spanabheben­ der Verfahren, z.B. durch Wälzfräsen oder Stoßen, ist bekannt. Diese und andere spanende Verfahren versagen jedoch vielfach, wenn kompliziertere Verzahnungen her­ gestellt werden sollen. Wenn beispielsweise ein gerad­ verzahntes Ritzel mit einer Planverzahnung kämmen soll, muß sich der einzelne Zahn des Planrades geo­ metriebedingt zum Drehmittelpunkt des Rades hin ver­ jüngen. Das geradverzahnte Ritzel kann dann nur durch Punktberührung eine Kraft auf das Planrad übertragen. Zur Minderung dieses Mangels wird in der Regel die Zahnbreite des Planrades so reduziert, daß ein so­ genanntes Kronenrad entsteht. Derartige Kronenräder lassen jedoch ebenfalls nur die Übertragung geringer Kräfte zu, weil nach wie vor eine Punktberührung des Ritzels mit dem Planrad herrscht. Eine weitergehende Kompensierung des beschriebenen Mangels ist bisher nur durch den Einsatz eines kegelverzahnten Ritzels mög­ lich, wobei jedoch stets eine aufwendige Justierung der gegenseitigen Wälzkreise von Ritzel und Planrad bei der Montage erforderlich ist.

Ein weiteres Beispiel für das Versagen der bekannten Herstellungsverfahren ist die Herstellung einer räum­ lich gekrümmten, vorzugsweise in sich geschlossenen Verzahnung, die mit einem geradverzahnten Ritzel in Linienberührung kämmen soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine Gegenverzahnung mit beliebiger Verzahnungs­ geometrie und unabhängig von der räumlichen Zuordnung der Wälzlinien von Verzahnung und Gegenverzahnung unter Einhaltung einer Linienberührung zwischen denselben hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens er­ zeugen die Mitnehmer des ersten Körpers bezüglich dieser Mitnehmer negativ geformte Gegenmitnehmer im anderen Körper, so daß sich eine Komplementarität zwischen den beiden Verzahnungen ergibt. Da die bei der Erzeugung der Gegenmitnehmer erfindungsgemäß hervorgerufene und entsprechend der gewünschten Übersetzung der beiden Verzahnungen definierte Wälzbewegung stattfindet, tau­ chen die Mitnehmer der Verzahnung am ersten Körper in den zweiten Körper ein und erzeugen mittels eines um­ formenden oder abtragenden Fertigungsverfahrens die Gegenmitnehmer, welche die Gegenverzahnung am zweiten Körper bilden. Dadurch wird es möglich, daß beim Kämmen der Verzahnung mit der erfindungsgemäß herge­ stellten Gegenverzahnung stets unabhängig von der übrigen Geometrie der Verzahnungen und der gegensei­ tigen Lage der Wälzkreise bzw. räumlichen Wälzlinien stets eine linienförmige Berührung zwischen Verzahnung und Gegenverzahnung eintritt.

Besonders vorteilhaft erweist sich die Anwendung eines punkt-strecken-gesteuerten oder bahn-gesteuerten ab­ wälzenden Funkenerosionsverfahrens nach Anspruch 2 zur Erzeugung der Gegenverzahnung, wobei der erste Körper mit seiner Verzahnung als eine Elektrode ver­ wendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nach dem sogenannten Planetär-Senkerodierverfahren aus­ führen, bei welchem eine Werkzeugelektrode gegenüber dem Werkstück eine weitgehend beliebig wählbare Rela­ tivbewegung in der Horizontalebene und in einer dazu senkrechten Vertikalebene oder auch unter einem da­ gegen wählbaren Winkel ausführt. Beim erfindungsge­ mäßen Verfahren ist es vielmehr erforderlich, zwischen dem die eine Elektrode bildenden Werkzeug und dem die andere Elektrode bildenden Werkstück eine genau gesteuerte Abwälzbewegung hervorzurufen, damit die gewünschten komplementären Gegenmitnehmer erzeugt werden.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, gemäß An­ spruch 3 ein abwälzendes Fließpreß- oder Prägepreß­ verfahren zur Herstellung der Gegenverzahnung anzu­ wenden.

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 4 auf die Verwendung eines geradverzahnten Ritzels als ersten Körper für die Her­ stellung eines Planrades als zweiten Körper anwenden. Bei der Anwendung von Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik stellen sich insbesondere bei der Herstellung einer mit einem geradverzahnten Ritzel kämmenden Planverzahnung große Schwierigkeiten ein, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres überwunden werden können. Hierdurch wird eine Planver­ zahnung hergestellt, bei der es auf die gegenseitige Lage der Wälzkreise des Ritzels und der Gegenverzahnung nicht ankommt, so daß keine besondere Justierung er­ forderlich ist.

Die bei der Herstellung der Gegenverzahnung auszufüh­ rende relative Wälzbewegung kann in weiterer Ausge­ staltung der Erfindung aber auch längs einer räumlichen Wälzkurve durchgeführt werden, so daß an beliebig ge­ formten Körpern Gegenverzahnungen mit einer jeweils frei wählbaren Geometrie hergestellt werden können, die stets linienhaft mit der erzeugenden Verzahnung kämmen. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, an einem zylindrischen zweiten Körper eine die Zylinder­ achse umfassende und in sich geschlossene Gegenver­ zahnung mit beliebigen gekrümmten und geraden Ab­ schnitten herzustellen, wobei stets die linienhafte Berührung mit der erzeugenden Verzahnung erhalten bleibt.

Besonders zweckmäßig ist hier auch wiederum eine Aus­ führungsart, bei der als erster Körper ein geradver­ zahntes Ritzel verwendet wird. Dadurch wird auch bei dieser Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfah­ rens der gegenseitige linienförmige Eingriff von der gegenseitigen Lage der Wälzlinien unabhängig.

Die Erfindung erstreckt sich gemäß Anspruch 7 auch auf alle Getriebe, bei denen eine Gegenverzahnung unter An­ wendung einer beliebigen Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens hergestellt ist.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schrägansicht eines geradverzahnten Ritzels als ersten Körper und eines Planrades als zweiten Körper,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigten Teile, wobei die beiden Wälz­ kreise gegenüber Fig. 1 versetzt sind,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten Teile,

Fig. 4 ein geradverzahntes Ritzel als ersten Körper und ein nach innen geneigtes Kegelrad als zweiten Körper,

Fig. 5 ein geradverzahntes Ritzel als ersten Körper und einen zylindrischen Körper als zweiten Körper, an welchem eine Gegenverzahnung mit räumlich gekrümmter Wälzlinie hergestellt wurde,

Fig. 6 eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 5 mit anders geformten Mitnehmern und Gegenmit­ nehmern und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer den Fig. 5 und 6 ähnlichen Ausführungsform mit kompli­ ziert geformter Wälzlinie der Gegenverzah­ nung.

In allen Figuren sind gleiche oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Ritzel 10 mit gerader Verzahnung 12 als erster Körper verwendet, das sich um die Achse 14 gemäß dem Pfeil 16 dreht. Als zweiter Körper wird ein Planrad 18 ver­ wendet, dessen Achse 20 gegen die Achse 14 des Ritzels 10 unter einem Winkel von 90° geneigt ist. Bei der Herstellung durch ein funkenerosives Verfahren bei­ spielsweise wird das Ritzel 10 als eine Elektrode und das Planrad 18 als andere Elektrode verwendet und das Ritzel 10 und das Planrad 18 werden in einer genau ge­ steuerten Bewegung derart aufeinander abgewälzt, daß sich das Planrad 18 gemäß dem Pfeil 22 um die Achse 20 dreht und die von der Verzahnung 12 gebildeten zahnförmigen Mitnehmer 24 in die zunächst in nicht gezeigter Weise noch ebene Oberfläche des Planrades 18 eintauchen und die zur Verzahnung 12 komplementäre Gegenverzahnung 26 herstellen, die aus linienförmig mit den Mitnehmern 24 kämmenden Gegenmitnehmern 28 besteht. Zur Erzielung der Linienberührung ist es dabei nach der Herstellung der Gegenverzahnung 26 gleichgültig, wie die axiale Lage des Ritzels 10 bezüglich der Gegenverzahnung 26 gewählt wird. Insbesondere kommt es nicht auf eine besondere Justierung des Ritzels bezüglich des Plan­ rades an, um eine einwandfreie linienförmige Kraft­ übertragung zu erzielen.

In den Fig. 2 und 3 ist gezeigt, wie das Ritzel 10 bezüglich der Gegenverzahnung 26 gemäß dem Doppel­ pfeil 30 verschoben werden kann, wobei der schematisch eingezeichnete Wälzkreis 32 nahe dem inneren Ende der Zahnbreite der Gegenmitnehmer 28 liegen kann oder wahl­ weise in näher zum äußeren Bereich der Zahnbreite ver­ schobene Lagen 32′ oder 32′′ gebracht werden kann.

Um den Unterschied zwischen den herkömmlichen Her­ stellungsverfahren und dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren noch deutlicher zu zeigen, ist in der schemati­ schen Fig. 2 statt der fertigen Gegenverzahnung 26 ein Zahn 34 eingezeichnet, wie er durch ein herkömm­ liches Verfahren erzeugt wird und der sich vom Außen­ umfang 36 des Planrades 18 zum Mittelpunkt 38 des­ selben hin gleichmäßig verjüngt. Mit einem derartigen Zahn 24 kann die gerade Verzahnung 12 des Ritzels 10 stets nur eine punktförmige Berührung haben. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden dagegen am Planrad 18 Gegenmitnehmer 28 mit weitgehend abweichender Geo­ metrie erzeugt, von denen in Fig. 2 zur Erläuterung nur einer dargestellt ist. Infolge dieser Herstellung greift die Verzahnung 12 des Ritzels 10 zur Kraftüber­ tragung unabhängig von der Lage des Ritzels 10 längs seiner Achse 14 stets linienförmig in die Gegenver­ zahnung 28 ein.

Die auf dem Planrad 18 durch das erfindungsgemäße Ver­ fahren erzeugte Gegenverzahnung 26 kann andrerseits durch die Wahl der axialen Lage des Ritzels 10 bei der Herstellung hinsichtlich ihrer Zahnfußfestigkeit und des Überdeckungsgrades positiv beeinflußt werden.

Die gegenseitige Lage der beiden Achsen 14 und 20 muß selbstverständlich nicht 90° betragen, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt. Die beiden Achsen können sich sowohl schneiden als auch windschief zueinander lie­ gen und der Winkel zwischen den Achsen kann auch von 90° abweichen, beispielsweise, wie in Fig. 4 gezeigt, größer als 90° sein. Dadurch entsteht eine nach innen geneigte Kegelverzahnung 26′ mit Gegenmitnehmern 28′.

Auch bei dieser Ausführungsform kann das Ritzel 10 im Sinne einer totalen Achsabstandsunempfindlichkeit axial hin- und hergeschoben werden, so daß keinerlei Justagen bei der Montage der Zahnräder erforderlich sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 wird ebenfalls wieder ein Ritzel 10 mit gerader Verzahnung 12 als erster Körper verwendet, während ein zylindrischer Körper 40, der sich um eine zur Ritzelachse 14 senk­ rechte Achse 20 gemäß dem Pfeil 42 dreht, als zweiter Körper verwendet wird. Zur Erzeugung einer die Achse 20 umfassenden, in sich geschlossenen und räumlich ge­ krümmten Gegenverzahnung 44 mittels der Verzahnung 12 wird jedoch bei dieser Ausführungsform während der synchronen Abwälzbewegung zwischen den beiden Körpern der zweite Körper 40 gemäß dem Doppelpfeil 46 in ge­ nau gesteuerter Weise hin- und herbewegt. Durch diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Geometrie der geschlossenen räumlich gekrümmten Gegenverzahnung 44 in weiten Grenzen frei wählbar, wobei stets unabhängig von der axialen Lage des Ritzels 10 eine linienförmige Berührung zwischen den beiden Verzahnungen erzielt wird.

Fig. 6 veranschaulicht die gleiche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wie Fig. 5, jedoch weist hier die Verzahnung 12′ des Ritzels 10′ geometrisch andere, nämlich im Profil etwa halbkreisförmige Mit­ nehmer 24′ auf, so daß die in sich geschlossene, die Drehachse 20 umfassende Gegenverzahnung 44 entspre­ chend geformte Gegenmitnehmer 28′ erhält.

Fig. 7 zeigt rein schematisch eine einen Zylinder­ körper umfassende und einer nicht gezeigten Gegenver­ zahnung entsprechende komplizierte Wälzlinie 44′′ an einem zylindrischen zweiten Körper 40 im Zusammen­ wirken mit dem Wälzkreis 10′′ eines nicht gezeigten geradverzahnten Ritzels. Wie aus dieser Figur ersicht­ lich, kann die räumlich gekrümmte Wälzlinie 44′′ völlig beliebig in Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers 40′′ und abwechselnd parallel zu dessen Drehachse 20 gewählt werden, was lediglich von der Steuerung der gegenseitigen Abwälzbewegung des Ritzels und des zylindrischen Körpers 40′′ abhängt und das vorteilhafte Ergebnis des Verfahrens nicht nachteilig beeinflußt. Dadurch können bestimmte Zuordnungen der Dreh- und Axialbewegungen des zweiten Körpers völlig frei ge­ wählt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen einer Gegenverzahnung an einem zweiten Körper, die einer aus Mitnehmern be­ stehenden Verzahnung an einem ersten Körper zuge­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mit­ nehmer (24, 24′) mittels Umformen oder Abtragen am zweiten Körper (18, 40, 40′, 40′′) komplementär zu den Mitnehmern geformte Gegenmitnehmer (28, 28′) erzeugen und daß zum Herstellen der Gegenmitneh­ mer (28, 28′) eine synchrone, exakt den gewünschten Übersetzungsverhältnissen entsprechende relative Wälzbewegung zwischen den beiden Körpern (10, 10′; 18, 40, 40′, 40′′) hervorgerufen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenmitnehmer (28, 28′) mittels eines punkt-strecken-gesteuerten oder bahn-gesteuerten abwälzenden Funkenerosionsverfahrens mit Hilfe des ersten Körpers (10, 10′) als Elektrode hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenmitnehmer (28, 28′) mittels eines ab­ wälzenden Fließpreß- oder Prägepreßverfahrens her­ gestellt werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Körper ein geradverzahntes Ritzel (10, 10′) verwendet wird und daß als zweiter Körper ein Planrad (18) hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die relative Wälzbewegung längs einer räumlichen Wälzkurve (44′′) durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Körper ein geradverzahntes Ritzel (10, 10′) verwendet wird.

7. Getriebe mit einem eine Verzahnung tragenden ersten Körper und einem eine Gegenverzahnung tragenden zweiten Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenverzahnung (26, 26′, 44, 44′) des zweiten Körpers (18, 40, 40′, 40′′) mit Hilfe der Verzahnung (12, 12′) des ersten Kör­ pers (10, 10′) durch das Verfahren nach einem der An­ sprüche 1 bis 6 hergestellt ist.