DE976266C

DE976266C - Verfahren und Vorrichtung zum Fertigstellen eines Stirnzahnrades

Info

Publication number: DE976266C
Application number: DEA16441A
Authority: DE
Inventors: Jakob Niederhauser; Carl Widmer
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1952-08-20
Filing date: 1952-08-29
Publication date: 1963-05-30
Also published as: FR1083381A

Description

Um bei Zahnrädern die besonders an deren Stirnseiten auftretende Ermüdung der Zähne und die Geräuschbildung möglichst zu vermeiden, ist es bekanntlich vorteilhaft, die Belastung der Zähne eines Räderpaares von seiner Mittelebene aus nach den Stirnebenen hin abnehmen zu lassen derart, daß die Zähne in der Nähe der Stirnebenen beträchtlich weniger tragen als im Bereich der Mittelebene. Um dies zu erreichen, werden die Zähne oft gegen die Stirnseiten der Räder hin verjüngt, d. h., sie werden in der Nähe der Stirnebenen dünner gemacht als gegen die Mittelebene hin. Diese Verjüngung der Zähne erfolgt, nachdem die Verzahnung in üblicher Weise geschnitten worden ist, entweder von Hand oder maschinell auf besonderen Werkzeugmaschinen. Es sind insbesondere auch Zahnräder mit besonderen Zahnformen bekannt, welche gegen Biegungsbeanspruchungen widerstandsfähiger sind als die üblichen Zahnformen. Bei diesen werden die Zähne so gefräst, daß ihre Scheitelflächen, in der Richtung der Breite des Zahnes gerechnet, konvex, z. B. ellipsenförmig, oder auch first- oder winkelförmig sind. Die konvexe Fläche wird dabei so gelegt, daß die Zahnhöhe an einer zwischen den Enden des Zahnes liegenden Stelle, vorzugsweise in dessen Mitte, am größten wird. Wird dabei auch die Bodenfläche jeder Zahnlücke in der Breitenrichtung konkav gemacht, so nimmt die Zahnhöhe von der Mitte des Zahnes aus nach den Zahnenden hin beträchtlich ab; sie kann sogar an den Enden praktisch gleich Null oder auf alle Fälle sehr gering sein im Verhältnis zur Höhe in der Mitte des Zahnes. Jede zusätzliche Nacharbeit oder besondere Formgebung

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der Zähne verlängert und verteuert aber die Herstellung der Zahnräder.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Fertigstellen eines Stirnzahnrades und ist dadurch gekennzeichnet, daß der nach Abschluß der spanabhebenden Bearbeitung zylindrische Zahnkranz durch ständig anhaltende oder nur während der Betriebszeit des Zahnrades andauernden Krafteinwirkung derart ballig verformt wird, d. h. nach ίο außen gewölbt wird, so daß die Zähne in der Mittelebene des Zahnkranzes am stärksten und nach den Stirnebenen zu abnehmend belastet sind. Die Krafteinwirkung kann erfindungsgemäß auf Spannungen aus S chrumpf vorgängen oder künstlich erzeugten Temperaturdifferenzen beruhen oder durch Spannvorrichtungen erzeugt werden.

Bei den bisher bekanntgewordenen Zahnrädern werden besondere Zahnformen durch entsprechende Bearbeitung der Zähne erzielt, während beim beschriebenen Zahnrad die gewünschten Durchmesserverhältnisse durch Verformung eines ursprünglich zylindrischen Zahnkranzes mittels einfacher und billiger Mittel herbeigeführt wird. Die Zahnhöhen und auch die Dicken der Zähne bleiben sich dabei gleich.

In den Zeichnungen sind in den Fig. 1 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Stirnzahnrades dargestellt. In allen Figuren sind, soweit möglich, für gleiche Teile gleiche Hinweisziffern verwendet.

Die Fig. 1 zeigt ein aus dem Zahnkranz 1 und dem Radkörper 2 bestehendes Zahnrad, das auf die Welle 3 aufgesetzt ist. Der über den Zahnköpfen gemessene Außendurchmesser c des Zahnkranzes ist im Bereich der Mittelebene des Rades, die durch den Strich α angedeutet ist, größer als der Durchmesser d in der Nähe der beiden Stirnebenen b, b. Der verzahnte Teil des Zahnrades weist also eine Tonnenform auf, was zur Folge hat, daß die Zähne im Bereich der Mittelebene mehr belastet werden als an ihren Enden in der Nähe der Stirnebenen. Die Größenordnung der Verformung des Zahnkranzes liegt zwischen 0,02 und 0,1 mm, und sie ist bei Evolventenverzahnung zulässig.
Bei der Herstellung des beschriebenen Zahnrades wird so verfahren, daß der Zahnkranz 1 für sich in üblicher Weise hergestellt wird, nämlich mit zylindrischer Bohrung und mit ebensolcher Verzahnung. Der Radkörper 2 wird hingegen so geformt, daß sein Durchmesser im Bereich der Mittelebene größer ist als die Bohrung des Zahnkranzes, und daß er eine leicht nach außen gewölbte Außenfläche hat. Beim Aufschrumpfen wird daher der Zahnkranz 1 infolge des größeren Schrumpfes im Bereich der Mittelebene mehr aufgeweitet als an den beiden Stirnenden, wodurch auch er die gewünschte leichte Wölbung nach außen erhält. Die an den Stirnseiten des Zahnrades gegen dessen Drehachse hin verformten Zähne tragen also in ihrer Mittelzone stärker als an ihren Enden. Das Schrumpfmaß kann beim Aufschrumpfen des Zahnkranzes auf den Radkörper übrigens so gewählt werden, daß die Schrumpfspannung gegen die Stirnseiten des Radkörpers hin geringer ist als in der Mitte, derart, daß hohe Kantenpressungen vermieden werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes mit einem Zahnkranz 1, der auf einen leichteren Radkörper 2 aufgeschrumpft ist. Mit 3 ist wieder die Welle bezeichnet. Der Radkörper 2 ist an seinem Außenumfang weniger breit als der Zahnkranz 1, so daß dieser beiderseits gleichmäßig über jenen vorsteht. Beim Auf schrumpfen wird also der Mittelteil des Zahnkranzes 1 mehr in radialer Richtung nach außen gedrückt als die überhängenden Teile desselben an seinen Stirnseiten. Dadurch wird der ursprünglich zylindrische Zahnkranz beim Aufschrumpfen nachträglich so verformt, daß die Zähne in der Mitte stärker tragen als an den Enden. Damit an den Stirnseiten des Radkörpers 2 keine zu hohen Kantenpressungen entstehen, wird er beidseitig bei 4 lippenförmig gebildet. Diese Lippen können auch benutzt werden, um den Zahnkranz an den Radkörper anzuschweißen.

In Fig. 3 ist ein Zahnrad gezeigt, dessen ursprünglich zylindrischer Zahnkranz 1 nachträglich durch das Aufsetzen von S chrumpf ringen 5 auf dessen beiden axialen Enden verformt wurde. Wiederum sind die Zähne so gegen die Drehachse des Rades hin durchgebogen, daß sie in der Mitte stärker tragen als an den Enden.

Die Fig. 4 zeigt ein Radpaar mit einfacher Schrägverzahnung, dessen kleines Rad 6 als Radkörper mit einem mit diesem in einem Stück gefertigten Zahnkranz ausgebildet ist. Das Rad ist ursprünglich zylindrisch; es wird aber nachträglich durch Schrumpfringe 5 so verformt, daß der Außendurchmesser des Zahnkranzes in seinem Mittelteil größer ist als derjenige an den Zahnenden. Um dies zu ermöglichen, ist der Radkörper beidseitig mit Hohlkehlen 7 versehen, so daß nur der Mittelteil der Zähne unterstützt ist. Die beiderseits der Zähne aufgesetzten Schrumpf ringe 5 verformen die Stirnenden des Rades über den Hohl- 10s kehlen 7 gegen die Drehachse der Welle 3 hin. Die Schrumpfringe 5 sind so ausgebildet, daß sie sowohl die nachträgliche Verformung des Radkörpers 6 mit Zahnkranz bewirken als auch in an sich bekannter Weise dem Ausgleich des von der Schrägverzahnung verursachten Axialschubs dienen. Zu diesem Zweck ist ihr Außendurchmesser größer gehalten als der Außendurchmesser des Zahnkranzes, so daß sie über die Zahnköpfe hervorragen. Ferner ist der axiale Abstand der Innenflächen der beiden Schrumpfringe in geringem Maße größer als die Breite des Zahnkranzes 1 des großen Rades, welcher an seinen Stirnenden Aulaufflächen aufweist, die in gleicher Weise kegelförmig ausgebildet sind wie die Innenflächen der Schrumpfringe. Die kegelförmige Ausbildung der Innenflächen der beiden Schrumpfringe S und der Anlaufflächen des Zahnkranzes 1 bewirkt eine gute Schmierung derselben durch Ölkeile, die sich zwischen den aufeinander abrollenden und gleitenden Flächen bilden.

Bei großen Getrieben, die mit einem ölförder- und Kühlsystem ausgerüstet sind, kann die leichte Wölbung des Zahnkranzes nach außen auch im Betrieb dadurch bewirkt werden, daß dieser durch Wärme in verschiedener Weise beeinflußt wird. Nach Fig. 4 ist der Zahnkranz 1 des großen Rades mit Stirnenden versehen, die so ausgebildet sind, daß sie im Betrieb mit Hilfe einer Kühlvorrichtung gekühlt werden können, derart, daß der ursprüng-Hch zylindrische Zahnkranz nachträglich in der gewünschten Art und Weise verformt wird. Der Radkörper 2 ist mit ölfangrinnen 9 versehen, denen durch Rohre 10, die Teile einer im übrigen nicht gezeigten Kühlvorrichtung sind, gekühltes öl gleichmäßig am ganzen Radumfang zugeführt wird. Durch öffnungen im Radkörper gelangt das öl in Hohlkehlen 8 des Zahnkranzes 1, die an dessen Stirnseiten so angelegt sind, daß sich in ihnen im Betrieb ölringe bilden, die die umgebenden Teile des Zahnkranzes auf großer Oberfläche berühren und auf dem ganzen Umfang gleichmäßig kühlen. Je nach dem Durchmesser der Verzahnung genügt ein Temperaturunterschied von 3 bis 10⁰C zwischen deren Mittelteil und den Stirnenden, um die gewünschte Wölbung herbeizuführen.

Zahnkränze mit großem Durchmesser müssen mit eingesetzten Radkörpern verzahnt werden. Um an einem solchen Zahnkranz nachträglich die gewünschte Wölbung herbeiführen zu können, wird der Radkörper als Spannvorrichtung ausgebildet, durch deren Spannen der Mittelteil des Zahnkranzes gegenüber seinen Stirnenden aufgeweitet wird. Nach Fig. 5 sind die Spannscheiben 2_a und 2_b des Radkörpers schalenförmig ausgebildet. Der Zahnkranz 1 wird vorerst mit geringem Schrumpf auf die Spannscheiben 2_a und 2_b aufgesetzt und verzahnt. Hernach wird der Mittelteil des Zahnkranzes mit einer beispielsweise aus einer Mutter 13 und einem entsprechenden Gewinde 14 auf der Welle 3 bestehenden Einrichtung radial aufgeweitet.

Die nachträgliche Wölbung des Zahnkranzes eines Getrieberades durch Wärmeeinwirkung kann auch dadurch herbeigeführt werden, daß der sich im Betrieb befindende Zahnkranz und die anliegenden Teile des Radkörpers in der Nähe der Mittelebene geheizt werden und so der nötige Temperaturunterschied gegenüber den Stirnenden verursacht wird. Eine hierzu dienliche Einrichtung ist in Fig. 5 gezeigt. Sie besteht beispielsweise aus Heizkörpern 11 für die elektrische Heizung, denen Strom durch Schleifringe 12 und die nötigen Verbindungsleitungen zugeführt wird. Die Wirkung der Heizung kann unterstützt werden durch Kühlung der Stirnenden des Zahnkranzes, der auch hier in der vorbeschriebenen Weise mit Hohlkehlen 8 versehen sein kann, denen gekühltes öl durch die Rohre 10 zugeführt wird.

Bei Zahnkränzen mit großem Durchmesser, die zudem mit hoher Umfangsgeschwindigkeit laufen müssen, wird nach Fig. 6 das Aufweiten der Stirnenden durch die Fliehkräfte verhindert durch Schrumpfringe 5, die nach dem Verzahnen an den Stirnseiten des Zahnkranzes aufgeschrumpft werden. Im übrigen erfolgt die Verzahnung und nachträgliche Wölbung des Zahnkranzes in der zuvor beschriebenen Weise durch einen als Spannvorrichtung ausgebildeten Radkörper mit den Spannscheiben 2_a und 2_b und der Mutter 13 nebst Gewinde 14 auf der Welle 3. Bei Zahnrädern üblicher Größe, die mit niedriger Umfangsgeschwindigkeit laufen, genügt nach Fig. 7 das Anbringen einer Heizvorrichtung in der Mittelebene, um die gewünschte nachträgliche Wölbung des Zahnkranzes herbeizuführen. 1 ist der ursprünglich zylindrische Zahnkranz, 2 der Radkörper mit Aussparungen für die Heizkörper 11, welchen Strom durch die Schleifringe 12 auf der Welle 3 zugeführt wird.

Claims

Patentansprüche: des Zahnkranzes vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 189 2?2, 31? 280.

1. Verfahren zum Fertigstellen eines Stirn sahnrades, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Abschluß der spanabhebenden Bearbeitung zylindrische Zahnkranz durch ständig anhaltende oder nur während der Betriebszeit des Zahnrades andauernde Krafteinwirkung ballig verformt, d. h. nach außen gewölbt wird, so daß die Zähne in der Mittelebene des Zahnkranzes am stärksten und nach den Stirnebenen zu ab- go nehmend belastet sind..

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ursprünglich zylindrische Zahnkranz auf einen Radkörper mit leicht nach außen ge wölbt er Außenfläche aufgeschrumpft ist.

3. Vorrichtung sum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden axialen Enden des ursprünglich zylindrischen Zahnkranzes Schrumpfringe aufgesetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Schrumpfringe größer ist als der Außendurchmesser des Zahnkranzes.

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Mittelebene des Zahnkranzes angreifende Radkörper als Spannvorrichtung ausgebildet ist.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heisvorrichtung in dem Radkörper in der Nähe der Mittelebene des Zahnkranzes vorgesehen ist.

7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlvorrichtung für die Stirnenden

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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