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Verfahren zum Honen von Zahnrädern Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zum Honen der Zahnflanken eines spanabhebend vorbearbeiteten Zahnrades
mittels eines zahnradförmigen Honrades, das mit dem Werkstück kämmt, wobei Zahnrad
und Honrad angetrieben und radial ineinandergedrückt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Honverfahrens,
bei dem die Lebensdauer des Honrades vergrößert wird.
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Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß auch die Bodenflächen der Zahnlücken des Honrades an den Umfangsflächen der
Zahnköpfe des zu bearbeitenden Zahnrades abrollen, wobei das Werkzeug infolge seiner
Abnutzung an den Bodenflächen der Zahnlücken und an den Zahnflanken tiefer in das
Werkstück eindringt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß dadurch, daß
die Scheitel der Zähne der zu bearbeitenden Zahnräder mit den Bodenflächen der Zahnlücken
des Honrades in Berührung kommen, eine ständige Regenerierung der gesamten Zahnlücken
des Honrades, insbesondere des Zahngrundes und der Zahnflanken bewirkt wird.
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Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem man zur Vermeidung von
Schleifrissen am Zahnfuß von Zahnrändern den Zahngrund und die anschließenden Hohlkehlen
zum Zahngrund und Zahnflanken ausschleift und gegebenenfalls poliert. Dabei können
dieses Schleifen und Polieren vor und/oder nach dem Härten erfolgen.
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Weiber ist es bereits bekannt, den Zahngrund von Zahnrädern im Läppverfahren
zu bearbeiten, wobei in die zylindrische Ausrundung des Zahngrundes der Zahnräder
zwischen zwei Scheiben festgehaltene Läppdorne im Abwälzverfahren nach Art einer
Treibstockverzahnung eingreifen. Die bekannten Verfahren haben das Ziel, den Zahngrund
von Zahnrädern möglichst glatt auszuarbeiten um die Bruchgefahr infolge von Schleifrissen
od. dgl. zu vermindern. Eine Regenerierung eines abgenutzten Zahnprofils ist dabei
nicht vorgesehen.
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Zur reibungslosen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
es zweckmäßig, den Außendurchmesser des Honrades jeweils nach Bearbeitung mehrerer
Zahnräder periodisch zu verkleinern.
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Es liegt auf der Hand, daß ein Zahn des Zahnrades oder des Honwerkzeuges,
der durch eine radiale Kraft in eine Zahnlücke des betreffenden anderen Teils hineingedrückt
wird, beim Aufbringen einer bestimmten Kraft erheblich größere Kräfte zwischen den
Zahnflanken hervorruft, was auf die dazwischen auftretende Keilwirkung zurückzuführen
isst. Die Größe der hierbei entstehenden Kräfte richtet sich nach mehreren Faktoren,
unter anderem auch nach dem betriebsmäßig vorhandenen Eingriffswinkel. Da die Zähnedes
Zahnrades und des Honwerkzeugs anfangs in festen Eingriff gebracht oder während
des Honvorgangs in festem Eingriff gehalten werden; liegt es auf der Hand, daß bei
dem bisher bekannten Honverfahren eine gegenseitige Annäherundes Zahnrades und des
Honwerkzengs nur durch die zwischen den Zahnflanken auftretende Keilwirkung verhindert
wird. Während der Drehbewegung des Zahnrades und des Honwerkzeugs variiert diese
Keilwirkung und führt zu unvorhersehbaren und ungeregelten Arbeitsbedingungen, die
variieren, während ein Zahn die Eingriffszone durchläuft. Dies führt bis jetzt zu
Veränderungen der Form :der Honwerkzeugzähne, zur Ausbildung einer Schulter nahe
dem Fuß der Honwerkzeugzähne und anderen unerwünschten Wirkungen.
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Wenn man nun das Honwerkzoug erfindungsgemäß so ausbildet, daß die
Scheitel der Zahnradzähne an den Bodenflächen der Zahnlücken des Honwerkzeugs angreifen,
so handelt es sich bei der Berührung zwischen den Scheiteln der Zahnradzähne und
den Flächen am Boden der Zahnlücken des Honwerkzeugs um diejenige Berührung, durch
welche die radiale Bewegung zwischen dem Zahnrad und dem Honwerkzeug hauptsächlich
-begrenzt wird, bzw. durch welche eine Beeinflussung der Tiefenbewegung zwisehen
den
beiden Teilen erfolgt. Hierdurch werden die Zahnflanken von dem Keil- oder Klemmdruck
entlastet, der bis jetzt zu einer Veränderung des Zahnprofils am Honwerkzeug und
zu anderen unerwünschten Wirkungen führt. Zweitens bewirkt die Berührung zwischen
den Scheiteln der Zähne der zu bearbeitenden Zahnräder und den Bodenflächen der
Zahnlücken am Honwerkzeug eine geregelte Abnutzung des Materials des Honwerkzeugs,
und dies wiederum führt zu einer ständigen geregelten Erneuerung der das Honen bewirkenden
Flächen. Diese auf die Berührung zwischen den Scheiteln der Zahnradzähne und den
Bodenflächen der Zahnlücken am Honwerkzeug zuückzuführende Erneuerung oder Regenerierung
spielt sich innerhalb der gesamten Zahnlücke des Honwerkzeugs einschließlich der
Zahnflanken auf beiden Seiten jeder Zahnlücke und der Fußflächen am Boden der Zahnlücken
ab. Durch eine solche ständige Erneuerung der Honflächen werden diese Flächen scharf
und schneidfäh,ig gehalten, und ein Zusetzen des Honwerkzeugs wird vermieden. Ferner
bewirkt diese Regenerierungswirkung die Erhaltung der gewünschten Profile der Honflächen,
so daß diese den Zähnen der zu bearbeitenden Zahnräder das gewünschte Profil verleihen.
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Schließlich führt die Berührung zwischen den Scheiteln der Zähne eines
Zahnrades und den Bodenflächen der Zahnlücken am Honwerkzeug insofern zu einer weiteren
erwünschten Wirkung, als die Scheitel und Kanten am Kopf der Zahnradzähne bearbeitet
werden, so daß Grate oder andere Fehler beseitigt werden, die zurückbleiben würden,
wenn sich die Berührung zwischen den Zähnen auf die Zahnflanken beschränken würde.
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Es hat sich gezeigt, daß es durch die Konstruktion eines Honwerkzeugs
für die anfängliche Bearbeitung von Zahnflanken, bei denen Teile der Evolvente gegenüber
.dem Grundkreis erheblich nach oben verschoben sind, möglich ist, die Regenerierung
während einer längeren Zeit fortzusetzen. In einem speziellen Fall wurde ein Honwerkzeug
für die Bearbeitung von Zahnrädern ununterbrochen benutzt, bis der Fußdurchmesser
um etwa- das Vierfache der anfänglichen Tiefe der Zahnlücken des Honwerkzeugs herabgesetzt
war. Allgemein gesprochen besteht offenbar die Möglichkeit, die Regenerierung bis
zu einem Punkt fortzusetzen, an dem sich der Fußkreisdurchmesser dem betriebsmäßigen
Teilkreisdurchmesser nähert.
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Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Beziehung zwischen
einem Honwerkzeug und einem Satz von zu bearbeitenden Zahnrädern während der gesamten
Lebensdauer des Honwerkzeugs; F i g. 2 ist eine Seitenansicht einer für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Maschine; F i g. 3 ist ein in größerem
Maßstabe gezeichneter Teilschnitt durch die bei der Zahnradhonmaschine verwendeten
Mittel zum Aufbringen von Druck und zum Festlegen bestimmter Teile.
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In F i g. 1 ist der Basisdurchmesser des Honwerkzeugs H mit 10 bezeichnet,
der anfängliche Fußdurchmesser ist bei 12 angedeutet, und der anfängliche Außendurchmesser
trägt die Bezugsziffer 14.
Einige der anfangs an dem Honwerkzeug vorgesehenen
Zähne sind bei 16a angedeutet. Dieses Honwerkzeug dient zur Bearbeitung eines Ritzels
oder Zahnrades G, dessen Fußkreisdurchmesser mit 20 und dessen Außendurchmesser
mit 22 bezeichnet ist. Einige der Zähne des Zahnrades G sind mit 24 bezeichnet.
Wenn das Honwerkzeug neu ist, ist Ca der Mittelpunkt des in das Werkzeug
eingreifenden Zahnrades G. Man erkennt, daß das zu bearbeitende Zahnrad mit seinem
Außendurchmesser den Fußkreisdurchmesser des Honwerkzeugs tangiert, so daß eine
Berührung zwischen den Scheiteln der Zahnradzähne 24 und den Bodenflächen der Zahnlücken
am Honwerkzeug H stattfindet.
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Während des Honens eines Satzes von Zahnrädern G mit Hilfe des Honwerkzeugs
H werden die Zähne des Honwerkzeugs in der Tiefenrichtung ständig regeneriert, und
dieser Vorgang ist von einer Abnutzung der Bodenflächen in den Zahnlücken des Honwerkzeugs
begleitet. Während der Regenerierung der Zähne des Honwerkzeugs wird natürlich der
Mittenabstand zwischen dem betreffenden Zahnrad und dem Werkzeug ständig weiter
verkleinert, so daß sich der Mittelpunkt des Zahnrades G in Richtung auf den in
F i g. 1 mit Ch bezeichneten Punkt und möglicherweise sogar über diesen Punkt hinaus
bewegt. Schließlich nehmen die regenerierten Zähne des Honwerkzeugs die in F i g.
1 bei 16 b angedeutete Lage ein. Der Fußdurchmesser dieser Zähne 16b fällt mit dem
Fußkreisdurchmesser 10 des Honwerkzeugs zusammen. Praktisch handelt es sich hierbei
jedoch nicht um den äußersten Grenzzustand, denn es kann eine weitere Regenerierung
der Zähne bis zu einem Punkte erfolgen, bei dem sich der Fußkreisdurchmesser 10
des Honwerkzeugs dem betriebsmäßigen Teilkreisdurchmesser der Zähne nähert.
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Ein Faktor, der die einwandfreie Regenerierung der Zähne des Honwerkzeugs
während der Fertigbearbeitung eines Satzes von Zahnrädern beeinflußt, ist der während
des Honvorgangs zwischen den Zähnen des Honwerkzeugs und der Zahnräder herrschende
Druckzustand. Der tatsächliche Druck bzw. die Kraft wird durch mehrere Faktoren
beeinflußt, z. B. die Zahnteilung, den Eingriffswinkel, die Zahndicke, die Breite
der Zahnräder usw. Zwar wird die tatsächliche Kraft, die zwischen dem Zahnrad und
dem Honwerkzeug in radialer Richtung entwickelt wird und allgemein in Richtung einer
die Achsen des Honwerkzeugs und des Zahnrades schneidenden Linie wirkt, durch diese
verschiedenen Faktoren beeinflußt, doch zeigt es sich, daß man im allgemeinen die
günstigsten Ergebnisse dann erzielt, wenn diese Kraft eine erhebliche Größe besitzt
und z. B. über etwa 9 kg und vorzugsweise zwischen etwa 9 und etwa 57 kg beträgt.
Hervorragende Ergbnisse wurden bei einem Ritzel mit etwa Modul 1,5 unter Anwendung
einer Gesamtkraft von etwa 27 kg erzielt. Ebenso gut waren die Ergebnisse, wenn
bei einem Ritzet mit etwa Modul 3 mit einer Gesamtkraft von etwa 36 kg gearbeitet
wurde. In dieser allgemeinen Größenordnung liegende Kräfte reichen aus, um eine
kontinuierliche Regenerierung der Honflächen zu gewährleisten und jede Gefahr des
Zusetzens irgendwelcher Teile des Honwerkzeugs auszuschalten. Da diese Druckkräfte
größtenteils durch die Berührung zwischen den Flächen an den Scheiteln der Zahnradzähne
und den Bodenflächen der Zahnlücken am Honwerkzeug aufgenommen werden, werden übermäßig
hohe Klemmdrücke zwischen den Flanken der Zahnrad- und Honwerkzeugzähne vermieden.
Wenn
hier von Drücken oder Kräften gesprochen wird, durch welche das Zahnrad und das
Honwerkzeug aufeinander zu bewegt werden, so ist dies nicht so zu verstehen, daß
von Flächeneinheitsdrücken zwischen den sich berührenden Flächen die Rede sein soll,
denn es ist zum mindesten schwierig, den Versuch zu unternehmen, diese Flächeneinheitsdrücke
zu berechnen. Vielmehr handelt es sich bei dem erwähnten Druck bzw. bei der Kraft
um diejenige Kraft, welche tatsächlich unmittelbar zwischen dem Zahnrad und dem
Honwerkzeug wirksam ist, wie es auch aus der nachfolgenden Beschreibung einer zur
Durchführung des erwähnten Arbeitsgangs geeigneten Vorrichtung ersichtlich ist.
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F i g. 2 und 3 zeigen eine Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Diese Maschine umfaßt allgemein einen insgesamt mit 30 bezeichneten
Ständer mit einer Grundplatte 32, einer Säule 34, einem überhängenden Abschnitt
36, einer senkrecht verstellbaren Konsole 38, einem auf der Konsole angeordneten
Schlitten 40 und einem auf dem Schlitten schwenkbar gelagerten Tisch 42. Die Konsole
38 ist senkrecht verstellbar, um eine Anpassung an Zahnräder unterschiedlichen Durchmessers
und die anfängliche Einstellung der Maschine zu ermöglichen. Es können geeignete
Mittel, z. B. eine Gewindespindel, vorgesehen sein, um die Konsole senkrecht zu
verstellen; dies geschieht durch Drehen der Gewindespindel 44, die mit einer hier
nicht gezeigten Mutter zusammenarbeitet und mit Hilfe einer Handkurbel betätigt
wird, die auf das vierkantige Ende einer Betätigungswelle 46 aufgesetzt wird. Der
Schlitten 40 ist auf geeignete Führungen an der Oberseite der Konsole 38 aufgesetzt
und in einer waagerechten Ebene rechtwinklig zur Zeichenebene von F i g. 2 hin-
und herbewegbar. In anderen Fällen kann die Richtung der Längsbewegung in dieser
waagerechten Ebene in bekannter Weise variiert werden.
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Auf dem Schlitten 40 ist der Tisch 42 angeordnet, der bei 48 um eine
waagerechte Achse schwenkbar gelagert ist; die Schwenkachse liegt oberhalb der Ebene
des Tisches, so daß sie sich in etwas größerer Nähe einer waagerechten Ebene befindet,
welche durch den Berührungspunkt zwischen dem Zahnrad G und dem Honwerkzeug H hindurchgeht.
Der schwenkbare Tisch 42 trägt Mittel zur drehbaren Unterstützung eines Werkstücks
einschließlich eines hier nicht gezeigten Lagerbocks und eines in F i g. 2 mit 50
bezeichneten Lagerbocks. Während des Honvorgangs befindet sich das Zahnrad G in
Eingriff mit einem Honwerkzeug H. Zwar verlaufen in F i g. 2 die Achsen des Zahnrades
G. und des Honwerkzeugs H parallel, doch werden sich diese Achsen in der Praxis
im Raum kreuzen, und zwar normalerweise unter einem Winkel zwischen 3 und 30°. Das
Werkzeug H wird durch einen winkelverstellbaren Kopf 52 unterstützt, der um eine
senkrechte Achse gedreht werden kann, um den Achsenkreuzungswinkel zwischen dem
Zahnrad und dem Werkzeug zu variieren. Bei 53 ist ein Motor vorgesehen, der mit
der das Werkzeug H aufnehmenden Spindel 54 durch ein insgesamt mit 55 bezeichnetes
Zahnradgetriebe verbunden ist. Normalerweise sind geeignete Vorschubmittel, z. B.
eine Gewindespindel 56 und eine damit zusammenarbeitende Mutter 57, vorgesehen,
um eine relative Längs-oder Vorschubbewegung zwischen dem Schlitten 40
und
der Konsole 38 hervorzurufen. Der schwenkbare Tisch 42 ist so gelagert, daß er im
wesentlichen ungehinderte Winkelbewegungen um seine Lagerachse 48 ausführen kann,
wobei: eine begrenzte Winkelbewegung gegenüber der aus F i g. 2 ersichtlichen Stellung
eine im wesentlichen senkrechte Bewegung des Zahnrades G hervorruft. Wenn sich das
Zahnrad in festem Eingriff mit dem Werkzeug H befindet, führt ein an dem Tisch 42
angreifendes, nach oben wirkendes Drehmoment dazu, daß zwisehen dem Zahnrad und
dem Werkzeug längs einer deren Achsen verbindenden Linie ein radialer Druck zur
Wirkung kommt.
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Wie in F i g. 3 gezeigt, sind Mittel vorgesehen, um dien schwenkbaren
Tisch 42 in gesteuerter bzw. regelbarer Weise nach oben zu bewegen. An dem Schlitten
40 ist eine Tragplatte 66 starr befestigt. Mit dem schwenkbaren Tisch 42 ist eine
insgesamt mit 68 bezeichnete, mit einem Druckmittel arbeitende aus-und einschiebbare
Einrichtung verbunden, die einen am unteren Ende offenen Zylinder 70 mit einem darin
senkrecht bewegbaren Kolben 72 umfaßt. Das untere Ende 74 des Kolbens 72 ist kugelförmig
abgerundet und kann an der Oberseite 76 der Platte 66 angreifen. Der mittlere Teil
78 des Kolbens 72 weist einen Abschnitt von kleinerem Durchmesser auf, an dem ein
durch Reibungsachluß wirksam werdendes Halteorgan 80 angreifen kann, das
durch eine Stange unterstützt wird, welche mit einem in einem Zylinder 86 waagerecht
bewegbaren Kolben 84 verbunden ist.
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Ein Strömungsmittel, vorzugsweise ein hydraulisches Druckmittel, kann
unter einem geregelten Druck über die Kanäle 88 und 90 in den Zylinder 70 eingeleitet
werden, um auf den Kolben 72 eine Kraft aufzubringen, die bestrebt ist, den Tisch
42 nach oben zu bewegen und so das Zahnrad G mit einer vorbestimmten Kraft in Eingriff
mit dem Honwerkzeug H zu bringen. Der zum Aufbringen der ge= wünschten Kraft benötigte
Strömungsmitteldruck kann durch Versuche ermittelt werden; dieser Druck muß natürlich
zunächst ausreichen, um das Gewicht des Tisches 42 anzuheben und außerdem
eine ausreichende überschüssige Kraft zu erzeugen, der durch die Druckberührung
zwischen dem Zahnrad und dem Honwerkzeug das Gleichgewicht gehalten wird.
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Der Honvorgang kann durchgeführt werden, während der Zylinder 70 mit
Druck beaufschlagt wird, so daß die vorbestimmte radiale Kraft zwischen dem Zahnrad
und dem Honwerkzeug während des gesamten Honvorgangs im wesentlichen konstant gehalten
wird. Alternativ kann man den Zylinder anfangs mit Druck beaufschlagen, um das Zahnrad
und das Honwerkzeug mit dem vorbestimmten Druck in Druckberührung zu bringen, woraufhin
man das h7lraulische Medium dem Zylinder 86 zuführt, um das mit Reibungsschluß arbeitende
Halteorgan zur Wirkung zu bringen und so den Mittenabstand zwischen dem Zahnrad
und dem Honwerkzeug auf dem durch den anfangs aufgebrachten Druck bestimmten Wert
zu halten. Wenn in diesem Falle während des Honvorgangs Material von den Zähnen
des Zahnrades abgetragen wird, wird sich der Druck während des Honvorgangs etwas
verringern.
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Die Regenerierung der Honftächen des Honwerkzeugs wird durch die Tatsache
erleichtert, daß der Außendurchmesser eines Zahnradrohlings, der zur Herstellung
eines Zahnrades maschinell bearbeitet wurde, normalerweise durch Drehen bearbeitet
ist, so daß die Scheitelflächen der Zähne des Werkstücks
normalerweise
durch roh gedrehte Flächen gebildet werden, die das Material des Honwerkzeugs am
Boden seiner Zahnlücken in einer geregelten Weise abnutzen können.
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Der Honvorgang wird bei einer erheblichen Umlaufgeschwindigkeit des
Honwerkzeugs und des Werkstücks durchgeführt; diese Umlaufgeschwindigkeit beträgt
am Teilkreis z. B. etwa 260 m/min. Zwar handelt es sich hierbei um eine erhebliche
Geschwindigkeit, doch sei bemerkt, daß die tatsächliche Relativbewegung zwischen
den sich berührenden Oberflächenteilen der Zähne des Zahnrades und des Honwerkzeuas
mit einer sehr viel niedrigeren Geschwindigkeit erfolgt. Theoretisch ist die relative
Gleitgeschwindigkeit zwischen den zusammenarbeitenden Oberflächenteilen der Zähne
des Zahnrades und des Werkzeugs am Teilkreis nur gleich derjenigen Geschwindigkeit,
die darauf zurückzuführen ist, daß die Bewegungsbahnen der sich kreuzenden Achsen
divergieren. Infolgedessen entspricht oder ähnelt die Berührung zwischen den Oberflächenteilen
der Zähne des Zahnrades und des Werkzeugs in keiner Weise der Berührung, die zwischen
den zusammenarbeitenden Flächen einer Schleifscheibe und eines Werkstücks gegeben
ist.
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Ferner sei erwähnt, daß es in der Praxis gewöhnlich erforderlich ist,
das Honwerkzeug so auszubilden, daß die Scheitel der Honwerkzeugzähne beim neuen
Honwerkzeug anfangs nicht zur Anlage an den Bodenflächen der Zahnlücken des zu bearbeitenden
Zahnrades kommen. Wenn ein solches Honwerkzeug anfangs zur Bearbeitung einer Reihe
von Zahnrädern benutzt wird, werden somit einige wenige Zahnräder gehont, bis sich
das Honwerkzeug so weit abgenutzt hat, daß die Scheitel seiner Zähne in Berührung
mit den Bodenflächen der Zahnlücken des Werkstücks kommen. Während dieser anfänglichen
Einlaufzeit ist es manchmal zweckmäßig, das Zahnrad und das Honwerkzeug mit einer
kleineren Kraft gegeneinander-zudrücken, denn dieser Kraft wird nur durch die Keilwirkung
zwischen den Zahnflanken des Zahnrades und des Werkzeugs entgegengewirkt, bis sich
das Honwerkzeug so weit abgenutzt hat, daß die Scheitel seiner Zähne zur Anlage
an den Bodenflächen der Zahnlücken am Werkstück kommen.