DE602569C - Verfahren zur Herstellung des durch Abwaelzen erzeugten Gliedes eines Zahnradpaares, dessen zugehoeriges Glied ohne Abwaelzen geschnitten wird - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des durch Abwälzen erzeugten Gliedes eines Zahnradpaares, insbesondere eines Zahnradpaares mit abnehmender Zahnhöhe, dessen zugehöriges Glied ohne Abwälzen geschnitten wird. Im allgemeinen wird es sich also um ein Verfahren handeln, bei dem das größere Glied des Paares, das Rad, ohne Abwälzen geschnitten und das kleinere

ίο Glied, das Ritzel, durch Abwälzen erzeugt wird. Das Verfahren kommt insbesondere für die Herstellung von Kegel- und Hyperboloidrädern mit schiefen (nicht radialen) oder in Längsrichtung gekrümmten Zähnen in Betracht.

Die Herstellung eines Zahnradpaares in der Weise, daß nur für die Herstellung des Ritzels eine Abwälzung erzeugt wird, hat ihre Vorteile, die in den letzten Jahren verschiedentlicb praktisch auszuwerten versucht wurden. Ohne Abwälzung kann die Herstellung schneller und billiger und mit weniger komplizierten Maschinen erfolgen.

Trotz dieser Vorteile sind bisher auf die genannte Weise erzeugte Zahnräderpaare nicht in den Handel gekommen. Dies erklärt sich dadurch, daß bisher die genannten Vorteile nur dadurch erreicht werden konnten, daß man in anderer Beziehung erhebliche Nachteile in Kauf nehmen mußte.

Bei Zähnen, die an Höhe von außen nach innen abnehmen, wirken sich diese Nachteile besonders stark aus, d. h. also gerade bei derjenigen Zahnform, der vielfach z. B. aus Festigkeitsrücksichten der Vorzug zu geben, ist. Die Nachteile treten auch besonders bei der Anwendung der üblichen Werkzeuge in Erscheinung, d. h. nämlich bei Anwendung von Schneidstählen mit geraden Schneidkanten. Solchen ist aber fraglos gegenüber anderen Werkzeugen der Vorzug zu geben, weil sie einfacher sind und sich genauer herstellen lassen und schließlich auch wegen der geeigneten Zahnformen, die mit solchen Werkzeugen erzeugt werden können. Nach der geltenden Theorie ist das Ritzel (das mit Abwälzung zu erzeugende Glied) auf dem zugehörigen Rade abzuwälzen, damit die beiden Glieder genau zusammenarbeiten. Dementsprechend wurde bei den bisherigen Versuchen das Ritzel immer auf dem zugehörigen Rade abgewälzt. Werden Kegel- und Hyper-

boloidradpaare mit schiefen (nicht radialen) oderBogenzähnen mit von außen nach innen an Höhe abnehmenden Zähnen unter Anwendung eines Werkzeuges mit geraden Schneidkanten auf die bisher versuchte Weise erzeugt, so ergeben sich sehr ungünstige Eingriffsbedingungen, die einen sogenannten schiefen Eingriff, d. h. einen Eingriff verursachen, bei dem die Berührungslinie sich diagonal über die ίο miteinander in Eingriff befindlichen Zahnflanken erstreckt. Ein solcher Eingriff verursacht einen geräuschvollen Lauf und eine ungleichmäßige Verteilung des Zahndruckes. Dieser ungünstige Eingriff ist dadurch bedingt, daß die Flankenwinkel der Zähne von Rad und Ritzel nicht zusammenpassen.

Aus diesem Grunde mußten bisher zur Vermeidung eines solchen Eingriffes die Räder mit außen und innen gleich hohen Zähnen oder mit balligen Zahnflanken geschnitten werden. Kegel- und Hyperboloidräder mit außen und innen gleich hohen Zähnen haben aber den Nachteil, daß die Zähne am inneren Ende verhältnismäßig schwach sind, weil die schwachen Zahnenden im Verhältnis zu ihrer Stärke sehr hoch sind. Es kann also auf diese Weise ein brauchbarer Zahneingriff nur dadurch erreicht werden, daß ein anderer Nachteil in Kauf genommen wird, nämlich ein Nachteil bezüglich der Zahnfestigkeit. Die Verwendung von kugelförmigen oder balligen Werkzeugen ist beschränkt auf die Herstellung von in Längsrichtung gekrümmten Zähnen. Außerdem müssen die Werkzeuge Schneidkanten mit Kreisbogenprofil haben, das genau zur Drehachse des Stahles zentrisch ist. Infolgedessen hat auch dieses Verfahren ein zufriedenstellendes Ergebnis nicht gezeitigt, da es einen zufriedenstellenden Eingriff nur auf Kosten der Einfachheit der Herstellung zu erreichen vermag.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird ein einwandfreier Eingriff gewährleistet., ohne daß sich in anderer Beziehung irgendwelche Nachteile ergeben. Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß es nichtauf Werkzeugeinitgeraden Schneidkanten oder auf die Herstellung von Zähnen mit abnehmender Zahnhöhe beschränkt ist. Der Erfindung gemäß wird das durch Abwälzen zu erzeugende Glied auf einem Rade abgewälzt, das von dem zugehörigen Rade abweicht. Es kommen verschiedene Abweichungen als geeignet in Betracht. Besonders geeignet ist die Abweichung im Durchmesser oder in der Anordnung in bezug auf das abzuwälzende Rad.

Die Zeichnungen erläutern das erfindungsgemäße Verfahren an Hand eines Ausführungsbeispiels, bei dem als Werkzeug ein Messerkopf mit geraden Schneidkanten zur Herstellung von in Längsrichtung gekrümmten Zähnen verwendet wird.

Abb. ι und 2 veranschaulichen die Herstellung des ohne Abwälzung zu erzeugenden Kegel- oder Hyperboloidrades.

Abb. 3 erläutert die Schwierigkeit beim Schneiden von Zahnräderpaaren der genannten Art mit abnehmender Zahnhöhe.

Abb. 4 und 5 zeigen das Abwälzverfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung eines * Hyperboloidritzels,

Abb. 6 und 7 das gleiche Verfahren zur Herstellung eines Kegelritzels.

Abb. 8 veranschaulicht, wie das zur Abwälzung geeignete Rad gewählt werden kann. Bei der Herstellung des ohne Abwälzung zu schneidenden Rades G (Abb. 1 und 2) sind die Schneidkanten 11 und 12 des Messerkopfes· 10 zu seiner Achse 13 gemäß dem Flankenwinkel der zu schneidenden Zähne geneigt. Die Achse 13 des Messerkopfes ist gegen die Achse 14 des Werkstückes derart geneigt, daß Zähne T mit nach außen zunehmender Zahnhöhe entstehen. Der Messerkopf wird in der üblichen Weise axial vorgeschoben, so daß — da nicht abgewälzt wird — die entstehenden Zahnflanken genau mit den Schneidkanten des Messerkopfes zusammenpassen.

Bisher war man der Ansicht, daß das Ritzel (das mit Abwälzung zu schneidende Glied) auf dem (durch das Werkzeug dargestellten) zugehörigen Rad abzuwälzen ist. Das so erzeugte Ritzel gibt aber bei diesem Verfahren einen schiefen Eingriff bei Zähnen mit abnehmender Zahnhöhe. Dies erklärt sich folgendermaßen :

Das Werkzeug zur Herstellung des Rades muß gegen die Radachse so geneigt werden, daß die Kopffläche des Werkzeuges, am Zahn- too lückengrund entlang arbeitet, während das Werkzeug zur Herstellung des Ritzels einen Zahn des Rades darstellen und gegen die Achse des Ritzels geneigt sein muß, so daß seine Kopffläche die Kopffläche des Rades darstellt. Kopffläche und Fußfläche der Radzähne sind aber gegeneinander geneigt, weil die Zähne an Höhe von außen nach innen abnehmen. Aus diesem Grunde passen die Flankenwinkel von Rad und Ritzel längs der zusammenarbeitenden Zahnflanken nicht zueinander, vielmehr werden hierdurch die Bedingungen des schiefen Eingriffes geschaffen. Dies erklärt sich folgendermaßen:

Wie aus Abb. 1 ersichtlich, müssen Werkzeug und Werkstück immer so in bezug aufeinander angeordnet werden, daß die Kopffläche der Schneidklingen mit der Fußfläche der Zahnlücke zusammenfällt. Es muß also das Werkzeug zur Herstellung des Rades gegen die Radachse so geneigt werden, daß die Kopffläche der Schneidklinge am Zahn-

lückengrund entlang arbeitet. Das Werkzeug zur Herstellung des Ritzels muß aber nun einen Zahn des Rades darstellen und gegen die Achse des Ritzels so geneigt werden, daß seine Kopffläche die Zahnkopffläche des Rades darstellt. Die Achse des Messerkopfes ist somit in beiden Fällen, d. h. sowohl bei der Herstellung des Rades als auch der des Ritzels, senkrecht zum Zahnlückengrund anzuordnen. Infolgedessen steht die Berührungslinie der Schneidklinge des Messerkopfes rechtwinklig auf der Fußfläche. Die Berührungslinie der Schneidklinge ist daher in die Abb. 3 (mit der Fußfläche 50 des Rades und der Fußfläche 51 des Ritzels) als Gerade 19 einzutragen, rechtwinklig zur Radfußfläche 50. Beim Schneiden des Ritzels liegt die Achse des Ritzelmesserkbpfes ebenfalls rechtwinklig zur Ritzelfußfläche und dementsprechend die Berührungslinie 20 zwischen Ritzelmesserkopf und Ritzelzahn rechtwinklig zur Ritzelfußfläche 51. Daraus ergibt sich, daß, obgleich die beiden Messerköpfe für Rad und Ritzel denselben Flankenwinkel haben, die Zahnflanken von Rad und Ritzel nur im Schnittpunkt ο der beiden Geraden 19 und 20 genau zusammenpassen. Verschiebt man die beiden Geraden 19 und 20 in Zahnlängsrichtung gegeneinander, so wandert der Berührungspunkt zwischen den Zahnflanken nach oben bzw. nach unten. Es wird sich also die Eingriffslinie z. B. vom oberen Teil des äußeren Zahnendes etwa diagonal über die Zahn flanke nach dem unteren Teil des inneren Zahnendes erstrecken. Eine solche Eingriffslinie ist typisch für den sogenannten schiefen Eingriff. Die durch die beiden Geraden 19 und 20 in Abb. 3 veranschaulichte Abweichung wird um so größer, je größer der Schrauben winkel der Zähne ist, d. h. je größer die Neigung der Zähne gegen die Radiale ist. Ebenso wächst diese Abweichung mit der Zunahme des Winkels zwischen Teilkegel und Fußkegel.

Diese Abweichung wird gleich Null, der • sogenannte schiefe Eingriff verschwindet, wenn die Berührungslinie zwischen Messerkopf und Werkstück senkrecht zur Teilkegelerzeugenden 18 liegt, wie es der Fall ist bei Zähnen mit gleichbleibender Zahnhöhe. In diesem Fall verläuft die Eingriffslinie nicht diagonal über die Zahnflanken, sondern sie fällt mit der Teilkegelerzeugenden 18 (Abb. 3) zusammen.

Wird nun der Erfindung gemäß das Ritzel bei seiner Herstellung nicht auf dem zugehörigen Rade G, sondern auf einem von diesem abweichenden Rade abgewälzt, so erhalten die Ritzelzähne natürlich Profile, die sich von den Profilen unterscheiden, die sich beim Abwälzen auf dem zugehörigen Rade ergeben.

Durch geeignete Wahl der Abweichung des Rades, auf dem abgewälzt wird, von dem zugehörigen Rade, lassen sich die Profile der Ritzelzähne so korrigieren, daß sie mit dem zugehörigen Rade ohne schiefen Eingriff, also mit einem Eingriff zusammenarbeiten, bei dem die Eingriffslinie mit der Teilkegelerzeugenden 18 nach Abb. 3 zusammenfällt.

Die Abb. 4 und 5 veranschaulichen das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Hyperboloidritzels H, das mit einem ohne Abwälzung geschnittenen Rad G zusammenarbeiten soll. Das Ritzel H wird auf einem Rad G' mit der Achse 22 abgewälzt, das verschieden von dem zugehörigen Rad ist. Z. B. ist der Kegelradius des Rades G' verschieden von demjenigen des zugehörigen Rades G, so daß die Achse 22 des Rades G' gegen die Achse 14 des zugehörigen Rades G versetzt ist. Ferner wird gewöhnlich die Achse 25 des Ritzels von der Achse 22 des für die Abwälzung dienenden Rades G' um einen Abstand y abgerückt;, der verschieden von dem Abstand λ: zwischen der Ritzelachse und der Achse 14 des zugehörigen Rades G ist. Der Abstand χ entspricht also dem. Achsenabstand zwischen Rad und Ritzel des fertigen Zahnradpaares. Vorzugsweise wird die Achse des Ritzels gegen die Achse 22 des zur Abwälzung dienenden Rades G" während der Abwälzbewegung geneigt, und· zwar um denselben Winkel, um den die Ritzelachse 25 gegen die Achse 14 des zugehörigen Rades G geneigt ist, wenn Rad und Ritzel zusammenarbeiten. Bei dem in den Abb. 4 und S gezeigten Beispiel beträgt dieser Winkel 90 °.

Das Werkzeug 23 (mit geraden Schneidkanten 2.6 und 27) zum Schneiden des Ritzels stellt das gedachte Abwälzrad G' dar und ist 1°° mit seiner Achse 24 gegen die Ritzelachse derart geneigt, daß sich Zähne mit nach innen abnehmender Zahnhöhe ergeben.

Zur Erzeugung der Zahnflanken des Ritzels H wird das Werkzeug 23 um seine Achse 24 gedreht. Gleichzeitig wird eine relative Abwälzbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Ritzelwerkstück H erzeugt, und zwar so, als ob das Werkstück auf dem Rad G' abwälzt. Diese Bewegung no kann geteilt, d. h. das Werkzeug 23 um die Achse 22 des gedachten Abwälzrades G' geschwenkt und das Werkstück H um seine Achse gedreht oder die ganze Wälzbewegung dem Werkstück erteilt werden, indem das Werkstück ortsfest, gehalten und nur um seine Achse gedreht und gleichzeitig um die Achse 22 des gedachten Abwälzrades G' geschwenkt wird. Schließlich kann auch die ganze Wälzbewegung dem Werkzeug erteilt werden.

Bei der Herstellung eines Kegelritzels B (Abb. 6 und 7) unterscheidet sich das Rad G",

auf dem abgewälzt wird, von dem Rad G, mit dem das Ritzel B zusammengehört, z. B. in' der Weise, daß die Achse 30 des Rades G" die Ritzelachse 32 in einem Punkt schneidet, der mit der Ritzelspitze 33 nicht zusammenfällt. Zweckmäßig wird das zur Abwälzung dienende Rad G" so gewählt, daß seine Achse 30 gegen die Ritzelachse 32 um denselben Winkel geneigt ist, um den die Ritzelachse 32 gegen die Achse 31 des zugehörigen Rades G beim Zusammenlaufen mit diesem geneigt ist. Dieser Winkel beträgt bei dem in Abb. 7 gezeigten Beispiel 90⁰.

Die Achse 40 des Messerkopfes 37 (mit graden Schneidkanten 38 und 39) ist gegen die Achse 32 des Ritzelwerkstückes geneigt, so da-ß sich Zähne mit nach innen abnehmender Zahnhöhe ergeben und das Werkzeug die Zahnflanken des zur Abwälzung dienenden Rades G" darstellt (vgl. Abb. 7). Der Messerkopf 2,7 wird um seine Achse 40 gedreht. Gleichzeitig wird eine relative Abwälzbewegung zwischen Messerkopf und Ritzelwerkstück B erzeugt in einer Weise, als ob das Ritzelwerkstück auf dem Rad G" abgerollt wird. Genau wie bei der Herstellung von Hyperboloidrädern kann auch hier die Wälzbewegung auf Werkstück und Werkzeug verteilt oder die ganze Wälzbewegung dem Werkzeug oder dem Ritzel erteilt werden.

Bei der Wahl des zur Abwälzung dienenden Rades hat man natürlich innerhalb gewisser Grenzen volle Freiheit und kann so bei der jeweiligen Herstellung den verschiedenen Bedingungen Rechnung tragen. So z. B. kann das Kegelritzelwerkstück B nicht nur so angeordnet werden, daß eine Kegelspitze gegen die Achse.30 des zur Abwälzung dienenden Rades G", sondern gegen die Achse desselben auch die Ritzelachse versetzt ist.

Die Wahl der zur Abwälzung dienenden Räder G' bzw. G" für Hyperboloid- und Kegelritzel kann auf mathematischem Wege bestimmt werden. Viel einfacher läßt sich die Wahl auf experimentellem Wege durchführen. Es wird zunächst ein Werkzeug C (Abb. 8) zur Erzeugung der Ritzelzahnflanken mit gewünschter Längskrümmung gewählt. Das Werkzeug wird dann so in bezug auf das Ritzelwerkstück D angeordnet, als ob es eine Zahnflanke des zugehörigen Rades G ist, d. h. eine Zahnflanke darstellt, die so liegt, daß ein mittlerer Berührungspunkt auf ihr einen entsprechenden Punkt der zugehörigen Zahnflanke des Ritzels berührt. Anstatt jedoch das Werkzeug C mit dem Ritzelwerkstück D in bezug aufeinander um die Achse 14 des zugehörigen Rades zu walzen, wird um eine Achse gewälzt, die gegen die Achse 14 des zugehörigen Rades versetzt ist und der Achse eines Rades 47 entspricht, auf dem das Ritzel D abgewälzt wird. Die Achse des zur Abwälzung dienenden Rades kann auf einer Geraden 48 angenommen werden, die die Achse 14 mit dem mittleren Berührungspunkt ο verbindet, und zwar z. B. in den Punkten 45 oder 46 in der Nähe der Achse 14. Das Werkzeug C stellt dann eine Zahnseite eines Rades 47 dar, dessen Zahnflanken die Zahnflanken des Ritzels D berühren, wenn "dieses in einem Übersetzungsverhältnis gedreht wird, das etwas von dem Übersetzungsverhältnis zwischen Ritzel und zugehörigem Rade G abweicht. Die Abwälzung des Werkzeuges C oder des Werkstückes D um die Achse des Rades 47 ist größer als die Drehung des zugehörigen Rades, und zwar im umgekehrten Verhältnis der Abstände der Achse 45 oder 46 und der Achse 14 von der Zahnnormalen. N im mittleren BerühiTingspurik± o.

Nach der Abwälzung läßt man das Ritzel mit dem zugehörigen Kad zusammen laufen. Dabei wird sichtbar, ob die Annahme der Achse 45 oder 46 richtig war, und wenn nicht, in welcher Richtung zu korrigieren ist. Falls eine Korrektur notwendig wird, kann diese in einfacher Weise durch Nachschneiden des Ritzels bewirkt werden: Wenn es erwünscht ist, die Zahnprofile des Ritzels derart nachzuarbeiten, daß die Fläche der Profilberührung vermindert wird, dann können die Achsen 45 oder 46 weiter auf den Linien 49 oder 49' parallel zu der Zahnnormalen JV verschoben werden. Im allgemeinen wird jedoch die Achse des zur Abwälzung dienenden Rades 47 auf der Geraden 48 liegen.

Die Länge des Zahneingriffes zwischen Ritzel und Rad kann im wesentlichen in derselben Weise beeinflußt werden, wie beim Schneiden von Schrauben-, Kegel- und Hyperboloidrädern, indem die Ritzelzahnflanken verschiedenen Rädern zugeordnet werden. So z. B. kann die konvexe Seite der Ritzelzähne mit einem Werkzeug geschnitten werden, dessen Radius, gemessen in bezug auf die eine Seite der Schneidkante, kleiner ist als der Radius der Schneidkante des Stahles, der die entsprechenden Zahnflanken des Rades schneidet. Dabei wird die Achse des zur Erzeugung dienenden Rades z. B. so angeordnet, no daß sie durch den Punkt 45 (Abb. 8) geht. Die konkaven Seiten der Ritzelzähne können dann mit einem Werkzeug geschnitten werden, dessen Radius in bezug auf die äußeren Schneidkanten größer ist als bei dem Werkzeug zum Schneiden der zugehörigen Zahnflanken des Rades. Die Achse des zur Abwälzung dienenden Rades wird für diese Zahnflankenseite nach dem Punkt 46 verlegt. Durch ein solches Verfahren läßt sich der Zahneingriff zwischen Rad und Ritzel in der gewünschten Weise beeinflussen.

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   χ. Verfahren zur Herstellung des durch Abwälzen erzeugten Gliedes eines Zahnradpaares, insbesondere eines Zahnradpaares mit abnehmender Zahnhöhe, dessen zugehöriges Glied ohne Abwälzen geschnitten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Abwälzen zu erzeugende

   to Glied auf einem Rade abgewälzt wird, das von dem zugehörigen Rade, insbesondere im Durchmesser oder in seiner Anordnung in bezug auf das abzuwälzende Rad, abweicht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellung der beiden Zahnflanken eines Zahnes das Abwälzen auf unter sich verschiedenen oder verschieden angeordneten Rädern erfolgt.
3. 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 für die Herstellung von Rädern mit Schräg- (Schrauben-) Zähnen.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Anwendung eines Messerkopfes.
5. 5. Verfahren nach. Anspruchs oder 4 zur Herstellung von Kegelrädern, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwälzbewegung um eine Achse (30) erfolgt, welche die Werkstückachse (32) in einem Punkt schneidet, der von der Werkstückkegel spitze (33) abgerückt ist (Abb. 6, 7).
6. 6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 zur Herstellung von Schrägrädern mit sich kreuzenden Achsen, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsenabstand (y) der Wälzachse (22) von der Achse (25) des Ritzels (H) anders ist als der Achsenabstand (x) des zugehörigen Rades (G) (Abb. 4, S)- .
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5· oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (22 bzw. 30), um welche die Abwälzbewegung erfolgt, gegen die Werkstückachse (25 bzw. 32) um denselben Winkel geneigt ist wie diese gegen die Achse (14 bzw. 31) des zugehörigen Rades (Abb. S und 7).
8. 8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden der konkaven Zahnflanken ein Werkzeug verwendet wird, dessen Schneidbahn einen größeren Radius als beim Werkzeug zum Schneiden der zugehörigen (konvexen) Zahnflanken des zugehörigen Rades hat, während das Schneiden der konvexen Zahnflanken mit einem Werzeug erfolgt, dessen Schneidbahn kleineren Radius hat als bei dem Werkzeug zum Schneiden der zugehörigen (konkaven) Zahnflanken des zugehörigen Rades.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (45), um welche die Abwälzung bei der Erzeugung der konvexen Zahnflanken erfolgt, und die Achse (46), um welche die Abwälzung bei der Herstellung der konkaven Zahnflanken erfolgt, verschiedenen Abstand von der Werkstückachse (14) haben (Abb. 7 und 8).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen