DE3937112A1 - Verfahren zur herstellung eines bogenzahnkegelrades - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Bogenzahnkegelräder und inbesondere ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Der Ausdruck "Bogenzahnkegelrad" wird im Rahmen dieser Anmeldung als ein Sammelbegriff für Kegelräder mit bogenförmiger Verzahnung, wie z.B. Kreisbogenverzahnung verwendet und umfaßt z.B. auch Spiralkegelräder, Hypoidkegelräder oder andere Kegelräder mit krummliniger Verzahnung.

Ein Beispiel eines Bogenzahnkegelrades ist in Fig. 3 gezeigt und allgemein mit 1 bezeichnet. Das Kegelrad 1 ist beispielhaft als ein Außenkegelrad mit Kopfflanken 2 und Bodenstegen 4 dargestellt, das in Kammeingriff ist mit einem Ritzel 3, dessen Zähne entsprechend gekrümmt sind.

Bei der Herstellung solcher Bogenzahnkegelräder wird eine Verzahnungs-Erzeugungsmaschine verwendet, um die Zahnradzähne an einem Werkstück 10 zu erzeugen, wie dies durch unterbrochene Linien in Fig. 4 dargestellt ist. Das verzahnte Rohteil 100 wird anschließend durch eine Wärmebehandlung, wie z.B. einer Einsatzhärtung od.dgl. unterzogen. Anschließend werden die Zähne des Zahnrades, d.h. die Kopfflanken 20 und die Bodenzwischenräume 40 des verzahnten Rohkörpers 10 in die Kopfflanken und die Bodenstege bzw. Bodenzwischenräume 4 endgeschliffen, um hierdurch das Kegelrad 1 herzustellen.

Bei dem Schleifen der Zahnkörper ist es bekannt, gleichzeitig mit einer Schleifscheibe die Boden- bzw. Fußzwischenräume 40 und ihre benachbarten Kopfflanken 20 des Zahnkörperrohlinges 10 zu schleifen. In solch einem Fall wird Schleifschmiermittel verwendet, um die rotierende Schleifscheibe zu schmieren und zu kühlen, um hierdurch den Schleifwirkungsgrad zu erhöhen.

Eine Schwierigkeit, die bei dem Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades auftritt, besteht darin, daß örtlicher oder punktförmiger Verschleiß an der Schleifscheibe auftritt und daher die Lebensdauer der Schleifscheibe verhältnismäßig kurz ist.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades anzugeben, durch das es möglich ist, einen örtlichen oder punktförmigen Verschleiß der Schleifscheibe zu verhindern und die Lebensdauer derselben zu erhöhen.

Erfindungsgemäß weist das verbesserte Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades die Verfahrensschritte auf: Vorbereiten eines Rohteiles, Erzeugen der Zahnkörper an dem Rohkörper, Behandeln des Rohteiles durch eine Wärmebehandlung und Schleifen des Rohteiles nach der Wärmebehandlung, wobei der Schritt der Zahnkörpererzeugung an dem Rohteil das Annehmen eines Verformungsbetrages für den Bodenzwischenraum jedes Zahnes, verursacht durch die Wärmebehandlung und die Ausbildung des Bodensteges bzw. Zahnzwischenraumes am Zahngrund in eine Form, so daß diese wärmebehandlungsbedingte Verformung kompensiert wird, beinhaltet.

Das erwähnte Verfahren ist wirksam, um die eingangs erläuterten Schwierigkeiten bei der Herstellung von Bogenzahnkegelrädern zu beheben.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht ähnlich derjenigen in Fig. 4, die jedoch einen verzahnten Rohteilkörper zeigt, der in einem Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 eine schematische Teilschnittdarstellung eines verzahnten Rohteiles und eine Schleifscheibe, die in einem Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Bogenzahnkegelrades und eines Ritzels, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, und

Fig. 4 eine Ansicht entlang der Linie IV-IV nach Fig. 3, die in Vollinien eine Verformung eines verzahnten Rohteiles zeigt, die von der Wärmebehandlung herrührt.

Durch Versuche, die durch die Anmelderin durchgeführt wurden, ist festgestellt worden, daß die Wärmebehandlung, wie z.B. Einsatzhärten etc., dazu führt, daß, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der Zahn-Rohkörper 10 des Kegelrades, der ursprünglich eine Form hat, wie sie in unterbrochenen Linien dargestellt ist, sich in eine Form verformt oder deformiert, die in Vollinien dargestellt ist. Diese Verformung macht es unmöglich, die rotierende Schleifscheibe relativ zu dem Zahnschlitz oder Zahnzwischenraum so zu positionieren, wie dies erwünscht ist und verursacht einen örtlichen oder punkt- bzw. linienförmigen Verschleiß der Schleifscheibe und verkürzt daher deren Lebensdauer.

Im einzelnen führt die Wärmebehandlung dazu, daß sich das Zahnkörper-Rohteil 10 so verformt, daß ein radial innenliegender Abschnitt mehr nach oben oder mehr in einer axialen Richtung gebogen oder angehoben wird als ein radial außenliegender Abschnitt, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Zum Beispiel wurde festgestellt, daß im Falle eines Zahnkörper-Rohteiles von ungefähr 200 mm Außendurchmesser und 30 mm Zahndicke ein radial innenliegendes Ende 50 jedes Bodenzwischenraumes 40 um einen Betrag angehoben wurde, der im Bereich von 0,05 bis 0,15 mm lag, wenn der Zahnkörper-Rohling durch Einsatzhärten in einem Ölbad mit einer Temperatur im Bereich von 60°C bis 220°C wärmebehandelt wurde.

Wenn die Kopfflanken 20 und die Bodenstege bzw. Bodenzwischenräume 40 des Zahnkörper-Rohteiles 10, die die vorerwähnte Verformung aufweisen, unter Verwendung der vorerläuterten Schleifscheibe geschliffen werden, tritt ein punkt- bzw. linienförmiger oder örtlicher Verschleiß im oberen Endbereich bzw. Spitzenendbereich der Schleifscheibe auf, da der Betrag an Material, der durch den oberen Endabschnitt bzw. Spitzenendabschnitt der Schleifscheibe entfernt werden muß, so groß ist. Eine weitere Ursache für diesen örtlichen Schleifscheibenverschleiß ist darin zu suchen, daß es schwierig ist, eine ausreichende Menge von Schleifschmier- und Kühlmittel an den oberen Endabschnitt der Schleifscheibe zu bringen.

Es wurde außerdem festgestellt, daß die vorerwähnte Wärmebehandlung eine solche Veränderung der Neigung der Kopfflanke 20 verursachen kann, wobei eine solche Veränderung des Eingriffswinkels der Flanke 20 den Betrag an Material erhöht, der durch den oberen Endabschnitt der Schleifscheibe entfernt werden muß, so daß die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, daß ein punkt- bzw. linienförmiger oder örtlicher Verschleiß in dem oberen Endabschnitt bzw. Spitzenendabschnitt der Schleifscheibe auftritt und deren Lebensdauer weiter verkürzt.

Bezugnehmend nun in der Hauptsache auf Fig. 1 wird ein verbessertes Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erläutert. In Fig. 1 ist ein Zahn-Rohkörper 100 für ein Bogenzahnkegelrad im wesentlichen gleich wie das obenerläuterte Rohteil 10 ausgebildet mit Ausnahme dessen, daß die Bodenzwischenräume bzw. Bodenstege 400 so geformt sind, wie dies durch die strichpunktierte Linie dargestellt ist, d.h. die Boden-Zahnzwischenräume sind so ausgebildet, daß sie entsprechend der Verformung, die von dem Einsatzhärten bzw. der Wärmebehandlung zu erwarten ist, versetzt sind bzw. ausgebildet sind, um diese Verformung zu kompensieren. Das heißt, bei der Erzeugung der Verzahnung an dem Rohteil 100 wird ein Betrag der Verformung jedes der Boden-Zahnzwischenräume 400, veranlaßt durch die nachfolgende Wärmebehandlung, berücksichtigt bzw. als erstes mit angerechnet. Anschließend ist jeder der bodenseitigen Zahnzwischenräume in eine Form 400 gebracht, die von einer gewünschten Form 400 a durch den angenommenen Betrag der Verformung abweicht, um hierdurch eine Versetzung bzw. Kompensation für die zu erwartende Verformung zu erreichen. Zum Beispiel bildet im Falle eines Zahnkörperrohteiles 100 von der Größe mit 200 mm Außendurchmeser und 30 mm Zahndicke der Bodenzahnzwischenraum 400 vor dem Einsatzhärten einen Winkel im Bereich von 5′ bis 30′ zu dem Bodenzahnzwischenraum 400 a nach dem Einsatzhärten bzw. nach der Wärmebehandlung.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß bezüglich des Zahnkörper-Rohlinges 10 in Fig. 4 dessen Bodenzwischenraum 40 die Position einnimmt, die durch die unterbrochene Linie 400 a in Fig. 1 vor der Wärmebehandlung bzw. Einsatzhärtung dargestellt ist. Nach der Wärmebehandlung bzw. nach dem Einsatzhärten nimmt der Bodenabschnitt zwischen den Zähnen die Lage ein, die durch die Vollinie 400 b in Fig. 1 bezeichnet ist.

Nach der vorliegenden Erfindung nimmt jeder Bodensteg die Position 400, angegeben durch die Strichpunktlinie in Fig. 1 vor der Wärmebehandlung bzw. vor dem Einsatzhärten ein und bewegt sich in die Position 400 a, angegeben durch die unterbrochene Linie in Fig. 1, wenn der Zahnkörperrohling 100 durch die Wärmebehandlung, wie z.B. das Einsatzhärten behandelt wird. Entsprechend kann beim Schleifen des Zahnkörper-Rohteiles 100 die Schleifscheibe (in Fig. 2 mit 700 bezeichnet) relativ zu dem Zahnschlitz oder Zahnzwischenraum des Zahnkörper-Rohteiles 100 genau und wie gewünscht positioniert werden, so daß es möglich ist, einen punkt- oder linienförmigen bzw. örtlichen Verschleiß der Schleifscheibe zu verhindern und daher deren Lebensdauer zu verlängern.

Bezugnehmend zusätzlich auf Fig. 2 wird zusätzlich zur Ausbildung des Bodenstegbereiches 400 derart, daß dieser nach dem Maße der Verformung, die von der Wärmebehandlung resultiert, versetzt ist bzw. diese Verformung kompensiert, der Eingriffswinkel 81 der Flanke 200 des Zahnkörper-Rohteiles 100 so festgelegt, daß er um einen bestimmten Betrag kleiner ist als der entsprechende Eingriffswinkel 82 der Schleifscheibe 700. Dies wird durch Überschneiden bzw. Überschleifen der Zahnflanke mit einer Schleifscheibe erreicht, die an dem oberen Endabschnitt bzw. Spitzenendabschnitt 700 a einen Vorsprung oder Vorsprünge aufweist. Zum Beispiel wird im Falle eines Zahnkörper-Rohteiles 100 von 200 mm Durchmesser und 30 mm Zahndicke und 13 mm Zahntiefe der Eingriffswinkel R1 so festgelegt, daß er um einen Betrag kleiner ist als der Eingriffswinkel R2, wobei dieser Betrag von 15′ bis 1° reicht.

Durch die vorerwähnten Zahnflanken 200 kann das Material, das durch den oberen Endabschnitt oder spitzen Endabschnitt 700 a der Schleifscheibe 700 entfernt werden soll, auf einen geeigneten Betrag eingestellt werden, so daß es möglich ist, den punkt- oder linienförmigen bzw. örtlichen Verschleiß der Schleifscheibe 700 zu vermeiden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades, bei dem im voraus ein bestimmter Betrag der Verformung eines Boden-Zwischenzahnbereiches jedes Zahnradzahnes angenommen bzw. berücksichtigt wird, die durch eine Wärmebehandlung verursacht wird. Die Zähne des Zahnrades werden so erzeugt, daß ein Boden-Zwischenzahnsteg jedes Zahnes eine solche Form besitzt, daß die Verformung kompensiert wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades, mit den Verfahrensschritten:
Vorbereiten eines Rohteiles; Erzeugen einer Verzahnung auf dem Rohteil,
Behandeln des Rohteiles durch eine Wärmebehandlung, und einen Schleifprozeß im Anschluß an die Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifbehandlung nach Berücksichtigung einer wärmebedingten Verformung, hervorgerufen durch die Wärmebehandlung, erfolgt, wobei die Erzeugung der Verzahnung auf dem Rohteil (100) das Annehmen bzw. die Berücksichtigung eines Verformungsbetrages für einen Boden-Zahnzwischenraum (400) für jeden Zahn enthält, wobei diese Verformung durch die Wärmebehandlung verursacht wird, und jeder Boden-Zahnzwischenraum (400) bei der Erzeugung der Verzahnung in eine Form gebracht wird, derart, daß die nachfolgende, wärmebehandlungsbedingte Verformung kompensierend berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung der Verzahnung an dem Rohteil (100) enthält das Ausbilden der Zähne (200) derart, daß sie einen Eingriffswinkel (R1) aufweisen, der kleiner ist als derjenige (R2) einer Schleifscheibe (700), die während des Schleifprozesses verwendet wird.

3. Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades mit den Verfahrensschritten:
Vorbereiten eines Rohteiles,
Erzeugen einer Verzahnung auf dem Rohteil,
Behandeln des Rohteiles durch eine Wärmebehandlung und Vornehmen einer Schleifbehandlung im Anschluß an die Wärmebehandlung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifbehandlung der Zähne (200) derart erfolgt, daß ein Boden-Zahnzwischenraum (400) und seine benachbarten beiden Flanken (200) gleichzeitig geschliffen werden, und,
daß die Schleifbehandlung nach Berücksichtigung einer wärmebedingten Verformung, hervorgerufen durch die Wärmebehandlung, erfolgt,
wobei die Erzeugung der Verzahnung auf dem Rohteil (100) das Annehmen bzw. die Berücksichtigung eines Verformungsbetrages für einen Boden-Zahnzwischenraum (400) für jeden Zahn enthält, wobei dieser Verformungsbetrag durch die Wärmebehandlung verursacht wird und jeder Boden-Zahnzwischenraum (400) bei der Erzeugung der Verzahnung in eine Lage bzw. Position gebracht wird, derart, daß die nachfolgende, wärmebehandlungsbedingte Verformung kompensierend berücksichtigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Verzahnung außerdem beinhaltet das Ausbilden der Zähne (200) in solch einer Weise, daß sie einen Eingriffswinkel (R1) aufweisen, der kleiner ist als ein Eingriffswinkel (R2), den die Zähne bzw. Zahnflanken (200) nach dem Schleifen aufweisen.

5. Verfahren zur Herstellung eines Bogenzahnkegelrades, mit den Verfahrensschritten:
Vorbereiten eines Rohteiles,
Erzeugen einer Verzahnung auf dem Rohteil,
Behandeln des Rohteiles durch eine Wärmebehandlung, und anschließende Schleifbehandlung des Zahnkörper-Rohteiles,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifbehandlung nach Berücksichtigung einer wärmebedingten Verformung, hervorgerufen durch die Wärmebehandlung, erfolgt, wobei die Erzeugung der Verzahnung auf dem Rohteil (100) das Annehmen bzw. die Berücksichtigung eines Verformungsbetrages eines Boden-Zahnzwischenraumes (400) für jeden der Zähne enthält, wobei diese Verformung durch die Wärmebehandlung verursacht wird, und jeder Boden-Zahnzwischenraum (400) bei Erzeugung der Verzahnung in eine Form gebracht wird, die von einer gewünschten Form sich durch den angenommenen Betrag der Verformung unterscheidet bzw. um diesen Betrag abweicht, um hierdurch die Verformung zu kompensieren.