Maschine zur Herstellung geräuscharmer, hochbelastbarer Zahnräder, insbesondere zum Schleifen von gerad- und schrägverzahnten Stirnrädern Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Her stellung geräuscharmer, hochbelastbarer Zahnräder, insbesondere zum Schleifen von gerad- und schräg verzahnten Stirnrädern, mit kontinuierlich arbeiten den Schleifwerkzeugen, wie Formschleifscheiben, Schleifschnecken oder dergleichen.
Das Auftreten von Laufgeräuschen und deren Frequenzhöhe an miteinander in Eingriff befindlichen Zahnrädern hängt in hohem Masse von der Ober flächenbeschaffenheit der einzelnen miteinander ab rollenden Zahnflanken ab. Bei einer Anzahl der bis her bekanntgewordenen Zahnflankenschleifverfahren entstehen, in Abhängigkeit von der Art des verwen deten Schleifwerkzeuges, bei der Bearbeitung der Zahnflanken in Längsrichtung verlaufende parallele Riefen. Beim Abrollen so bearbeiteter Zahnflanken schlagen die durch die Riefen gebildeten Erhöhungen, insbesondere durch das Gleiten der Zahnflanken, an einander und bewirken eine erhebliche Geräuschbil dung.
Die weiterhin bekanntgewordenen Schleifver fahren, beispielsweise das Wälzteilschleifen, vermei den eine derartige ungünstige Riefenbildung durch den Kreuzungseffekt der Schleifriefen beim Abwäl zen, liegen jedoch in bezug auf ihre Fertigungskosten verhältnismässig hoch. Auch beim Schaben von Zahn rädern wird durch die sich kreuznden Schabestruktu ren an den Zahnflanken miteinander zu paarender Zahnräder die Geräuschbildung unterdrückt, wobei die Fertigungszeiten sehr günstig liegen. Da Zahn flanken sich jedoch nur im ungehärteten Zustand schaben lassen, tritt durch das anschliessende Här ten, wie es bei den meisten hochbelasteten Zahn rädern erforderlich ist, durch Härteverzug eine ent sprechende Qualitätsminderung ein.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, das Ge räuschverhalten von im Glattschliffverfahren z. B. mit Formschleifscheiben, Schleifschnecken oder derglei chen bearbeiteten Zahnrädern zu verbessern, und ge genüber bekannten Verfahren, wie Wälzteilschleifen, Kreuzschliff oder dergleichen, eine Verbilligung bei der Herstellung von Zahnrädern zu erzielen.
Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, dass durch eine auf das Werkzeug und/oder Werkstück einwir kende und diesen eine zusätzliche Bewegung in Achs- oder Umfangsrichtung vermittelnde Einrichtung in nerhalb der zulässigen Bearbeitungstoleranzen lie gende, wenigstens annähernd schräg oder schrauben förmig über die Zahnflanken unterbrochen oder durchgehend verlaufende Oberflächenstrukturen er zeugt werden.
Mittels einer solchen erfindungsgemässen Einrich tung ist es ermöglicht, die beim Glattschliffverfahren erhebliche Geräusche hervorrufenden Oberflächen strukturen schräg oder schraubenförmig verlaufen zu lassen und somit bei der Paarung von Zahnrädern einen Kreuzungseffekt der Oberflächenstruktur zu sammenarbeitender Zahnflanken zu erzielen. Durch eine solche zusätzliche Bewegung des Werkstückes oder Werkzeuges in Achsrichtung bzw. Umdrehungs richtung lassen sich sowohl schräg gerichtete, wellen förmige Oberflächenstrukturen, insbesondere bei Verwendung von Formschleifscheiben, als auch schräg oder schraubenförmig über die Flanken ver laufende Schleifstrukturen, insbesondere bei Verwen dung von Schleifschnecken, herstellen.
Die mikrogeometrische Form der Zahnflanken muss beim Glattschliffverfahren innerhalb bestimm ter Grenzen genau ausgeführt sein, um die beschrie benen mikrogeometrischen Feinheiten der Oberflä chenstruktur zur Auswirkung kommen zu lassen. Die Schleifstrukturen weisen dabei nur eine sehr geringe Tiefe von beispielsweise 0,5 'bis 1 ,u auf. Zweckmässigerweise kann zur Erzeugung von im wesentlichen schräg über die Zahnflanken verlaufen den wellenförmigen Oberflächenstrukturen dem Werkstück oder Werkzeug in Achsrichtung eine zur Vorschubbewegung zusätzliche, wechselnde Bewe gung vermittelt werden.
Ferner kann vorteilhaft der Schleifschnecke in Abhängigkeit von deren Drehzahl und von der Dreh zahl des Werkstückes zur Erzielung von schräg oder schraubenförmig über die Flanke verlaufenden Schleifstrukturen eine Bewegung in Richtung oder annähernd in Richtung ihrer Drehachse vermittelt werden.
Damit ist es ermöglicht, die bisher bei diesen Verfahren waagrecht über die Flanken verlaufenden Schleifstrukturen schräg gerichtet verlaufen zu las sen, so dass sich die Strukturen bei zusammenarbei tenden Flanken kreuzen und somit eine wesentliche Geräuschminderung bewirkt wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Maschine dargestellt und in Ver bindung mit der nachfolgenden Beschreibung weitere Einzelheiten erläutert.
Fig. 1 zeigt eine nach dem Formschleifverfahren arbeitende Zahnradschleifmaschine mit einer Ausfüh rungsform der Einrichtung in Frontansicht, schema tisch dargestellt.
Fig. 2 zeigt die gleiche, wie in Fig. 1 dargestellte Maschine mit einer Verschraubeinrichtung zum Schleifen von Schrägzahnrädern in einer Ansicht von oben mit einer Ausführungsform der Einrichtung, schematisch dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Einrichtung an einer Formschleifmaschine in Drauf sicht, schematisch dargestellt.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Einrichtung an einer in Fig. 1 bis 3 dargestellten Zahnradschleifmaschine in Draufsicht, schematisch dargestellt.
Fig.5 zeigt eine mit Schleifschnecke arbeitende Zahnradschleifmaschine mit einer Ausführungsform der Einrichtung, in einer teilweise geschnittenen Frontansicht, schematisch dargestellt.
Fig. 6 zeigt die Maschine und Einrichtung in einer Ansicht von oben gemäss Fig. 5, teilweise ge schnitten dargestellt.
Fig. 7 zeigt in grösserem Massstab in einem Aus schnitt die Schleifschnecke in Eingriff mit einem Werkstückzahnrad.
Fig. 8 zeigt die Schleifschnecke in Verbindung mit einer Profiliereinrichtung.
In Fig. 1 ist mit 2 das Maschinenbett bezeichnet, das zur Lagerung eines in beiden Richtungen hin und her bewegbaren Arbeitstisches 3 dient. Der Arbeits tisch trägt einen Antriebsspindelkasten 4, der zur Aufnahme einer Teil- und Verschraubeinrichtung dient, wobei letztere für die Bearbeitung von Schräg zahnrädern dem Werkstück in bekannter Weise die notwendige Verschraubbewegung vermittelt. Weiter hin ist auf den Arbeitstisch 3 ein Reitstock 6 fest- stellbar aufgesetzt, dessen Aufnahmespitze 7 in Ver bindung mit der Spitze 8 der Arbeitsspindel 9 zur Aufnahme des das Werkstück 10 tragenden Spann- dornes 11 dient.
Die Arbeitsspindel 9 trägt einen Mutnehmer 12, der an einen auf dem Dorn 11 festen Mutnehmer 13 zur Anlage kommt und diesen dem Antrieb entsprechend mitnimmt.
Zur Umsteuerung der hin und her gehenden Tischbewegung sind am Arbeitstisch 3 Anschläge 15 bzw. 16 und am Maschinenbett 2 ein entsprechender Umsteuerschalter 17 angebracht. Am Maschinen bett 2 ist auf einem an diesem festen Bett 18 ent sprechend dem Schrägungswinkel des zu bearbeiten den Zahnrades schwenkbarer Schleifbock 20 gela gert, an dessen Führungen ein die Formschleif scheibe 21 und deren Antriebsmotor 22 (Fug. 2) tragender, einstellbarer Support 23 angeordnet ist.
Auf dem Arbeitstisch 3 ist ein Antriebsmotor 25 befestigt, und zwar in der Weise, dass die Längs achse des Motors 25 quer zur Bewegungsrichtung des Arbeitstisches 3 verläuft. Die Motorwelle 26 trägt eine Scheibe 27, an welcher ein radial verstellbares, als Unwucht wirkendes Gewicht 30 feststellbar ist. Vorzugsweise wird der die Unwucht tragende Motor 25 beim letzten Schleifdurchgang eingeschaltet und ruft am Arbeitstisch 3 eine in beiden Vorschubrich tungen zusätzliche Bewegung hervor, die sich in einer geringen Beschleunigung bzw. Verzögerung der Vor schubbewegung des Tisches 3 äussert.
Durch eine solche zusätzliche Bewegung ergeben sich, da die Schleifscheibe 21 rasch wechselnd mehr oder weni ger grosse Zeit an ein und derselben Stelle der Flanke schleift, wellenförmige Oberflächenstrukturen, die bei Schrägzahnrädern durch die schräg über die Flanke verlaufende Berührungslinie zwischen Schleifscheibe und Zahnflanke ebenfalls einen schrägen Verlauf aufweisen.
In Fig. 2 ist eine gleiche wie in Fig. 1 gezeigte Zahnradschleifmaschine dargestellt, wobei die Ver schraubeinrichtung für das Bearbeiten schrägverzahn ter Stirnräder dargestellt ist.
Die Verschraübeinrichtung besteht in bekannter Weise aus einem mit dem Spanndorn 11 durch die Mitnehmereinrichtung 12, 13 in Antriebsverbindung stehendem Rollbogen 30, der in entgegengesetzter Richtung von Rollbänderpaaren 31, 32 bzw. 33, 34 umschlungen wird. Die Enden der Rollbänder sind einerseits am Rollbogen 30 und anderseits an einem quer zur Bewegungsrichtung des Arbeitstisches 3 ver stellbaren Rollbandschlitten 36 in der gezeigten Weise befestigt. Der Rollband'schlitten 36 greift über eine Führungsrolle 39 in ein am Maschinenbett 2 schwenkbares Führungslineal 41 ein.
Das Führungs lineal 41 wird in eine dem Schrägungswinkel des zu schleifenden Zahnrades entsprechende Stellung geschwenkt und festgestellt, so dass dem Werkstück 10 über die Führungsrolle 39 und den Rollbogen 30 die erforderliche Verschraubbewegung vermittelt wird. Die Führungsflächen 44 bzw. 45 des Führungs lineals 41 weisen eine den an den Zahnflanken her- zustellende Schleifstruktur entsprechende Profilierung auf, die aus senkrecht zur Bewegungsrichtung der Führungsrolle 39 gerichteten Riefen bzw. Erhöhun gen 46 an den Führungsflächen gebildet sind.
Bewegt sich der Arbeitsschlitten 3 in der einen oder anderen Richtung, so gleitet die Führungsrolle 39 an den Führungsflächen 44 bzw. 45 entlang und vermittelt durch deren Profilierung dem Werkstück 10 zu der durch die Schrägstellung des Lineals 41 bewirkten Verschraubbewegung eine zusätzliche oszillierende Bewegung, durch welche eine wellenförmige, schräg über die Zahnflanke verlaufende Oberflächenstruktur an den Zahnflanken erzielbar ist.
In Fig. 3 ist an der in Fig. 1 und 2 beschriebe nen Zahnrad-Formschleifmaschine am Maschinen mitnehmer 12 bzw. an der Arbeitsspindel 9 ein Elektromotor oder Induktor 50 befestigt, dessen Mo torwelle 52 über eine Kurbelschwinge 54, 53 und 55 eine Spindel 56 in wechselnder Richtung in einer am Maschinenmitnehmer 12 festen Mutter 57 dreht. Die Spindel 56 führt dabei eine Bewegung quer zur Werkstücklängsachse aus und wirkt auf den am Spanndorn 11 festen Mitnehmer 13 ein. Eine auf den Mitnehmer 13 einwirkende Druckfeder 58 bewirkt dabei eine dauernde Anlage des Mitnehmers 13 an der Spindel 56.
Durch den eingeschalteten Motor wird über die Kurbelschwinge 53, 54 und 55 und die sich dadurch in wechselnder Richtung in die Mutter 57 ein- bzw. ausschraubende, auf dem Mitnehmer 13 einwirkende Spindel 56 dem Werkstück 10 in Umfangsrichtung eine zur Verschraubbewegung zu sätzliche, oszillierende Bewegung vermittelt, so dass beim Schleifvorgang an den Flanken wellenförmige Strukturen erzeugt werden.
In Fig. 4 ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 am Maschinenmitnehmer 12 eine wech selstromgespeiste Spule 62 befestigt, die über nicht gezeichnete Stromzuführungen an eine Stromquelle angeschlossen ist. Im Inneren der Spule 62 ist eine als Anker wirkende Stange 64 angeordnet, die auf den am Spanndorn 11 festen Mitnehmer 13 quer zur Bewegungsrichtung des Arbeitstisches 3 einwirkt und diesem bzw. dem Werkstück 10 gegen die Wirkung einer am Maschinenmitnehmer 12 angeordneten Druckfeder 66 eine zusätzliche, oszillierende Bewe gung in Umfangsrichtung vermittelt, wodurch die bereits bei Fig. 2 und 3 beschriebenen Wellungen an den Zahnflanken herstellbar sind.
Die oszillierende Bewegung des Ankers 64 kann dabei durch geeignete kurzzeitige Stromunterbrechung bewirkt werden, de ren Zeitabstände, entsprechend dem Vorschub des Werkstückes, die Abstände der Wellungen an den Zahnflanken bestimmen.
Die in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellte Zahnrad schleifmaschine arbeitet mit einem als Schnecke aus gebildeten Schleifwerkzeug. Auf dem mit 70 bezeich neten Maschinenbett ist ein Ständer 71 befestigt, an dessen Führungsbahnen 72 ein das Werkstück 73 auf nehmender Support 75 vertikal durch eine nicht dar gestellte Antriebseinrichtung mit entsprechendem Vorschubgetriebe in beiden Richtungen verstellbar vorgesehen ist. Das Werkstück 73 ist auf einem Spanndorn 77, der zwischen den Spitzen 78 bzw. 79 eines am Support 75 verstellbaren Reitstockes 76 bzw. der Arbeitsspindel 80 eingespannt und steht über Mitnehmer 82 bzw. 83 mit der Arbeitsspindel 80 in Antriebsverbindung.
Auf dem Maschinenbett 70 ist ausserdem ein in Richtung auf das Werkstück 73 bewegbarer Schlitten 85 gelagert, welcher einen Ständer 87 zur Aufnahme des die Schleifschnecke 86 tragenden Schleifkopfes 88 aufweist. Die Schleif schnecke 86 lagert sich dabei an einem in Richtung der Schleifschneckenachse verstellbaren Support 90, der eine Vorschubbewegung, beispielsweise über ein vom Antrieb der Schleifschnecke 86 abzweigendes Übersetzungsgetriebe, erhalten kann. Der Antrieb der Schleifschnecke 86 erfolgt vom Antriebsaggregat der Maschine aus, in üblicher Weise unter Vermittlung eines Wechselrädergetriebes und eines Differentialge triebes (nicht dargestellt).
Der Antrieb der Schleif schnecke 86 kann von der Antriebswelle 92 über die Kegelräderpaare 93, 94; 95, 96; 97, 98, deren Wel len 100, 101 und vermittels einer Welle 106 und eines Stirnräderpaares 102, 103 auf die Schleif schneckenwelle 104 übertragen werden. Von der Welle 100 kann über ein Stirnradpaar 110, 111, die Welle 112, das Kegelräderpaar 113, 114 und durch die Gewindespindel 115 mit Hilfe des mit dem Sup port 90 verbundenen Mutterschlosses 116 dem Sup port eine Bewegung in Richtung der Schleifschnek- kenachse vermittelt werden.
Da das Werkstück und das Werkzeug abhängig voneinander umlaufen, muss bei einer kontinuierlichen Verschiebung der Schleif schnecke in Richtung ihrer Längsachse dem Werk stück durch Aufstecken entsprechender Wechselräder eine zusätzliche Drehbewegung vermittelt werden. Beim Schleifen ohne axiale Bewegung der Schleif schnecke, d. h. bei radialem Werkstückvorschub er gibt die Aneinanderreihung der einzelnen Berüh rungspunkte in Richtung der Zähne liegende, par allele Schleifriefen.
Wird nunmehr der Schleifschnecke während des Schleifvorganges eine kontinuierliche Vorschubbewe gung in Richtung ihrer Längsachse gegeben, so liegen die einzelnen Berührungspunkte in Richtung der Zahnhöhe etwas versetzt und ergeben in ihrer An- einanderreihung schräg über die Flanken verlaufende Schleifriefen, da die Schleifscheibe eine Vielzahl von Schneiden besitzt (Körnung).
In Fig. 7 ist mit 130 ein teilweise dargestelltes Werkstückzahnrad bezeichnet, das sich mit der Schleifschnecke 131 in Eingriff befindet. Durch Ver schieben der Schleifschnecke 131 in Richtung ihre Achse (Pfeilrichtung B) zusätzlich zur VorschulSbe- wegung des Werkstückzahnrades <B>130</B> verschiebt sich der Berührungspunkt 132 zwischen Zahnrad und Werkzeugflanke vom Zahnfuss zum Zahnkopf an der Werkstückflanke, da ja auch das Werkstückzahnrad eine der Verschiebebewegung der Schleifschnecke 131 entsprechende zusätzliche Drehbewegung aus- führt.
Bei einer Verschiebung der Schleifschnecke um den Betrag s ist, wie gestrichelt eingezeichnet, der Berührungspunkt an die Stelle 132' gewandert. Eine Aneinanderreihung der Berührungspunkte durch den Werkstückvorschub ergibt daher schräg über die Flanken verlaufende Schleifstrukturen an den Zahn flanken, so dass sich bei Paarung derartig bearbeite ter Zahnräder ein Kreuzungseffekt der Schleifstruk turen erzielen lässt, mittels welchem das Geräusch verhalten verbessert werden kann.
In Fig. 8 ist mit 135 eine Schleifschnecke be zeichnet, in deren Profil mittels einer Profilierrolle 136 Vertiefungen<B>137</B> eingerollt sind, durch welche die über die Flanke verlaufenden Schleifriefen unter brochen ausgebildet werden können. Wird einer so profilierten Schleifschnecke in Richtung ihrer Längs achse eine Bewegung vermittelt, so werden gemäss der Beschreibung der Fig. 7 schräg über die Flanken verlaufende, jedoch unterbrochene Schleifriefen er zeugt, mit welchen sich, wie bei Fig. 7 beschrieben, ebenfalls ein Kreuzungseffekt der Schleifstruktur zu sammenlaufender Zahnräder erzielen lässt.