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Verfahren und Vorrichtung zum spanlosen Entgraten der Zähne und/oder
zur Erzeugung von Abschrägungen an den Zahnkanten von Zahnrädern und anderen verzahnten
Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
spanlosen Entgraten und/oder zur Erzeugung von spanlosen Abschrägungen an den stirnseitigen
Zahnkanten der Zähne von Zahnrädern und anderen verzahnten Werkstücken durch Walzen
mittels eines eine Gegenverzahnung aufweisenden gehärteten Werkzeuges, das mit seiner
Verzahnung in die Verzahnung des ungehärteten Werkstückes eingreift, und besteht
im wesentlichen darin, daß das Werkzeug mit seinen Zahnflanken gegen die zu entgratenden
bzw. abzuschrägenden Zahnkanten gedrückt wird.
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Zum Entgraten und für die Erzeugung von Kantenabschrägungen an Verzahnungen,
wie sie z. B. im Getriebebau für Kraftfahrzeuge verwendet werden, gibt es bereits
verschiedene Bearbeitungsverfahren. Beispielsweise werden solche Entgratungen oder
Kantenbrüche durch Trommeln, Bürsten, Kopierfräsen und Fräsen im Teilverfahren mittels
speziell geformter Glockenfräser sowie durch Schleifen und Fräsen im Teil- und Abwälzverfahren
oder durch Stoßen hergestellt. Ferner ist bekannt, Abfasungen an Stirnkanten von
Zahnrädern unter Verwendung eines verzahnten Schneidwerkzeuges vorzunehmen, dessen
Zahnflanken mit einer Vielzahl von Schneiden versehen sind und die bei der Bewegung
des Schneidwerkzeuges durch ihren Eingriff in die Zähne des Werkstückes dieses drehen.
Schließlich ist es noch bekannt, während der Herstellung der Verzahnung von Zahnrädern
mittels eines gehärteten Zahnrades als Werkzeug durch federnd angedrückte Stähle
oder durch besondere Werkzeuge die Stirnseiten der Zähne des Werkstückes zu überdrehen.
Abgesehen von den beiden erstgenannten Bearbeitungsverfahren, deren Anwendung auf
untergeordnete Zwecke ohne Anspruch auf Maßgenauigkeit für den Kantenbruch beschränkt
bleibt, bedingen alle genannten Verfahren einen verhältnismäßig hohen Aufwand an
maschineller Einrichtung und einen großen Verschleiß an teuren Bearbeitungswerkzeugen.
Vor allem sind aber die vorgenannten Verfahren größtenteils nicht anwendbar, wenn
die abzuschrägenden Zahnkanten wegen der Form des Werkstückes, insbesondere durch
benachbarte weitere Verzahnungen oder Absätze größeren Durchmessers, für die hierbei
zur Anwendung kommenden Werkzeuge nicht zugänglich sind.
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Demgegenüber zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch besonders
kurze Bearbeitungszeiten aus. Die Standzeiten des Werkzeuges sind außerordentlich
hoch. Der Anwendungsbereich hinsichtlich der Art der Werkstücke umfaßt verzahnte
Werkstücke jeglicher Art, z. B. gerad- oder schrägverzahnte Stirnräder, Kegelräder
mit allen gebräuchlichen Zahnformen, Schnecken und Schneckenräder sowie Kuppel-und
Sperrverzahnungen. Das Verfahren ist weiterhin sowohl für Innenverzahnung als auch
für Außenverzahnung und für an sich ungünstig gelegene Stellen anwendbar. Das Herstellen
von Verzahnungen, Riffelungen, Kerbungen od. dgl. an der Oberfläche zylindrischer
Werkstücke durch Einwalzen des gewünschten Profils auf dem Werkstückumfang durch
entsprechende Verformungswerkzeuge, die gegebenenfalls die Form von Zahnrädern haben,
ist an sich bekannt. Es ist ferner bekannt, das Abrunden der Stirnflanken von Zähnen
an Zahnrädern durch einen Preßvorgang in der Hitze vorzunehmen, nachdem die Zähne
grob vorgefertigt sind und bevor eine Feinbearbeitung stattfindet. Außerdem ist
es bekannt, während der Herstellung der Verzahnung von Zahnrädern die stirnseitigen
Zahnkanten der Zähne spanlos mittels eines Zahnradpaares zu entgraten, dessen Rotationsachse
parallel zur Achse des zu entgratenden Zahnrades liegt und das mittels besonderer
Vorsprünge oder Flächen an den Zähnen bei Druck gegen die Zahnkanten des Werkstückes
die durch die Herstellung bedingten Kanten spanlos bricht. Während bei dem bekanntenEntgratungsverfahren
ein sehr genaues Einrichten des Werkzeuges gegenüber dem Werkstück erforderlich
ist, damit die Vorsprünge bzw. abgeschrägten Flächen auch richtig zur Wirkung kommen,
kann bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Zahnflanken des Werkzeuges als druckausübende
Flächen auf ein genaues Einrichten des Werkzeuges
verzichtet werden.
Außerdem ist es im Falle der Erfindung nicht notwendig, für jedes zu entgratende
Zahnrad ein genau entsprechendes Werkzeug herzustellen, da mit einem Werkzeug auch
Zahnräder mit verschiedenen Zahnhöhen- bearbeitet werden können.
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Als Werkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
vorteilhaft ein Zahnrad dienen, dessen Drehachse sich mit der Drehachse des Werkstückes
schneidet oder kreuzt, wobei die Erzeugung des Druckes auf die zu bearbeitenden
Kanten des Werkstückes durch eine Anstellbewegung in der Richtung der Drehachse
des Werkstückes oder aus einer solchen und einer rechtwinklig dazu ausgeübten, kombinierten
Anstellbewegung erfolgt, oder es kann ein Werkzeugzahnrad benutzt werden, dessen
Drehachse in an sich bekannter Weise zu derjenigen des Werkstückes parallel liegt,
wobei die Anstellbewegung, wie ebenfalls an-sich bekannt, unter Druck in radialer
Richtung erfolgt.
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Als Werkzeug kann aber- auch eine Zahnstange oder ein Kegelrad dienen.
Zum- Antrieb des Werkzeuges kann ferner ein mit diesem verbundenes, mit dem Werkstück
kämmendes Gegenrad dienen. Schließlich kann zum Bearbeiten eines .schrägverzahnten
Zahnrades als Werkzeug ebenfälls ein schrägverzahntes Stirnrad vorgesehen sein,
dessen Zahnschräge entgegengesetzt zu derjenigen des Werkstückes verläuft.
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In der Zeichnung, mit welcher das Verfahren an Hand eines Beispiels
erläutert wird, zeigen schematisch zur Bearbeitung von Stirnrädern als Werkstücke
Fig. 1 die Verwendung eines Stirnrades, Fig.2 die Verwendung einer Zahnstange und
Fig. 3 die Verwendung eines Kegelrades als Werkzeug; Fig. 4 zeigt vergrößert einen
Teil eines fertig bearbeiteten Stirnrades; Fig. 5 zeigt die Herstellung von Abschrägungen
an den Zahnkanten eines schrägverzahnten Stirnrades, und Fig.6 zeigt einen einzelnen
Zahn dieses Stirnrades; in -Fig. 7 ist eine Seitenansicht und in a Fig. 8 eine Draufsicht
auf eine automatische Anlage dargestellt, bei welcher-die Zahnkanten der Zahnräder
von Getrieberadsätzen abgeschrägt werden.
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Gemäß Fig. 1 wird zum Abschrägen der Kanten 1 der Zähnet des in Pfeilrichtung3
umlaufenden, geradverzahnten und ungehärteten Stirnrades 4 als Werkstück ein gehärtetes
Stirnrad 5 als Werkzeug benutzt, dessen Längsachse 6 die Längsachse 7 des Stirnrades
4 schneidet. Mit seiner Verzahnung 8 greift das Stirnrad 5 in die Zähne 2 des Stirnrades
4 ein, so daß es durch eine Bewegung in Pfeilrichtung 9 radial zum Zahnrad 4 oder
in Pfeilrichtung 10 axial zu diesem oder in Pfeilrichtung 11 in einer aus einer
radialen und axialen Bewegung zusammengesetzten Anstellbewegung unter Druck mit
seinen Zahnflächen 12 am Zahnrad 4 die abgeschrägten Kanten 13 erzeugt. Die Einleitung
der Drehbewegung in das das Werkstück darstellende Zahnrad 4 und das das Werkzeug
darstellende Zahnrad 5 kann durch Antrieb des Zahnrades 4, durch Antrieb des Zahnrades
5 oder durch Zwangsantrieb beider Zahnräder erfolgen.
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Statt eines Zahnrades 5 wird gemäß Fig. 2 zur Bearbeitung des geradverzahnten
Stirnrades 4 die Zahnstange 14 als Werkzeug benutzt. Für die Anstellbewegungen und
den Antrieb gilt hier sinngemäß das gleiche wie für die Verwendung eines Zahnrades
als Werkzeug. Nach Fig. 3 werden die Abschrägungen 13 an den Kanten der Zähne 2
des geradverzahnten Stirnrades 4 durch das Kegelrad 15 hergestellt, dessen Längsachse
16 parallel zur Längsachse 7 des Stirnrades 4 verläuft. Ein zweites Kegelrad 15'
dient zur Bearbeitung der Kanten der Zähne an der dem Kegelrad 15 gegenüberliegenden
Stirnfläche des Stirnrades 4. Durch den Bearbeitungsvorgang an den Stirnflächen
hervorgerufene Aufwulstungen werden durch Abdrehen in der gleichen Aufspannung durch
Drehstähle 16' beseitigt, und zwischen den Zähnen entstehende Wülste werden durch
das Schleifen des vorher zu härtenden Werkstückes entfernt. Wie Fig. 4 veranschaulicht,
verlaufen die Abschrägungen 13 an den Zähnen 2. des Stirnrades 4 kontinuierlich
vom Zahnkopf bis zum Zahnfuß. Bei geeigneter Zahnform des Werkzeuges kann ohne besonderen
Aufwand auch die gesamte Form der Zähne des Werkstückes einschließlich Fußkreis
bzw. Fußkreisausrundung - abgegratet bzw. abgeschrägt werden.
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Die Bearbeitung des schrägverzahnten Stirnrades 17 nach Fig. 5, das
mit der Welle 18 aus einem Stück besteht und dessen Bund 19 die Zugänglichkeit zu
den Kanten 20 der Zähne 21 sehr behindert, dient als Werkzeug das Zahnrad 22, dessen
Schrägverzahnung entgegengesetzt zu derjenigen des Werkstückes ist. Das Zahnrad
22 ist durch Schrauben 23 einstellbar mit dem Gegenrad 24 verbunden, dessen Verzahnung
mit derjenigen des Stirnrades 17 kämmt. Während des Arbeitsvorganges ist durch das
Gegenrad 24 eine einwandfreie übertragung der Drehbewegung auf das Zahnrad 22 sichergestellt.
Die Verzahnung des Zahnrades 22 kommt mit seinem zum Werkstück unterschiedlichem
Zahnschrägungswinkel nur an den Zahnkanten 20 mit diesem in Berührung. Zwischen
dem Zahnrad 22 und dem Gegenrad 24 befindet sich eine Nut 25. Statt eines Zahnrades
22 können an dem Gegenrad 24 auch zwei entsprechende Zahnräder als Werkzeuge befestigt
sein, die gleichzeitig die Abschrägung der Zahnkanten an dem Stirnrad 17 an beiden
Seiten vornehmen.
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Fig. 6 zeigt vergrößert einen Zahn 21 des Stirn-. rades 17 nach der
Bearbeitung mittels des Zahnrades 22, das an dem Zahn 21 die Abschrägung 26 erzeugt
hat.
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Die Vorgelegewellen 27 nach Fig. 7 und 8 mit den Zahnrädern 28, 29,
30 werden durch eine (nicht dargestellte) Zuführung oder Magazineinrichtung in Pfeilrichtung
31 schrittweise bewegt. An der Bearbeitungsstelle wird jede Vorgelegewelle 27 zwischen
Spitzen 32 genommen und das aus zwei schrägverzahnten Zahnrädern 33, 33' bestehende
Werkzeug zur Bearbeitung der Kanten des schrägverzahnten Zahnrades 29 angesetzt.
In gleicher Weise werden die Zahnräder 28, 30 bearbeitet. Das Ausmaß der Abschrägung
kann sowohl durch eine feste Begrenzung der Anstellbewegung der Zahnräder 33, 33'
als auch durch Begrenzung des Anpreßdruckes erfolgen.
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Insbesondere für eine Automatisierung des Arbeitsablaufes kann es
zweckmäßig sein, den Antrieb des durch Werkzeug und Werkstück gebildeten Räderpaares
zwangläufig für beide Teile auszubilden und so den Gleichlauf beider zueinander
unterschiedlicher Verzahnungen herbeizuführen.
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Statt in einem besonderen Vorgang ist es auch möglich, das erfindungsgemäße
Verfahren direkt an der Verzahnungsmaschine im Anschluß an den Verzahnungsvorgang,
wie an sich bekannt, auszuführen, da die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
bei dem geringen Raumbedarf fest oder einschwenkbar
an der Verzahnungsmaschine
angebaut werden kann.
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Typisch für die Erfindung ist, daß a) die Zahnschräge oder der Teilkegelwinkel
des Werkzeuges zu Zahnschräge oder Teilkegelwinkel des Werkstückes unterschiedlich
ist, so daß unter paralleler Lage der Rotationsachsen bei Annäherung der umlaufenden
Radkörper ein »Kantentragen« am Werkstück und damit eine Abflachung dieser Zahnkanten
erfolgt, die je nach der Wahl der Zahnschräge oder des Teilkegelwinkels sowie der
Zahnform des Werkzeuges die gewünschte Abschrägung der Zahnkanten durch Verdrängen
des Werkstoffes bewirkt, oder daß b) bei gleicher Zahnschräge oder gleichem Teilkegelwinkel
bei Annäherung von Werkzeug und Werkstück gegeneinander unter Eingriff bei unparallelen
Achsen der gleiche Effekt eintritt, wie unter a) beschrieben, oder daß c) durch
eine Kombination von a) und b) der gewünschte Kantenbruch erreicht wird.