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Verfahren und Maschine zum Lippen von Zahnrädern Die Flanken von Zahnrädern
berühren die Flanken ihrer Gegenräder nur in seltenen Fällen auf ihrer ganzen Fläche.
In der Regel ist die Anlagefläche kleiner, und zwar bedingt durch Verzahnungs- und
Einbaufehler oder durch gewollte Zahnformkorrekturen. Diese wirkliche Berührungsfläche
heißt Tragbild. Beim Zahnradlippen geht es nun nicht nur darum, die Flanken zu glätten,
sondern auch darum, gute Tragbilder zu schaffen. Unter einem guten Tragbild wird
allgemein eine annähernd ellipsenförmige Fläche verstanden, deren große Achse etwa
in der Höhe des Wälzkreises liegt. Kleine Abweichungen des Tragbildes von seiner
Idealgestalt, die beim Verzahnen unterlaufen, in der Warmbehandlung sich durch Härteverzüge
einschleichen oder beim Einbau infolge bestimmter Nachgiebigkeit der Lagerung zu
erwarten sind, sollen möglichst durch Lippen beseitigt bzw. vorausschauend berücksichtigt
werden: Diese Aufgabe ist aber sehr schwierig. Es ist nämlich zu beachten, daß die
Bewegungen, welche die Flanken aufeinander ausführen und deren Größe die Größe der
Läppwirkung mitbestimmt, nicht frei gewählt werden können, wie z. B. beim Lippen
ebener Flächen, sondern an den Verzahnungseingriff mit seinen sich stetig ändernden
Gleitgeschwindigkeiten gebunden sind.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter bewußter Ausnutzung
dieser durch den Wälzvorgang an den Zahnflanken gegebenen Gleit- und Abnutzungsverhältnisse
ein Verfahren und die zu seiner Verwirklichung geeignete Maschine zu schaffen, die
unter Vermeidung in ihrer Auswirkung schwer zu übersehender mehrfacher, der Eingriffsdrehung
der Räder überlagerter Zusatzbewegungen eine weitgehend willkürlich bestimmbare
Gestaltung der Flankentragbilder ermöglicht.
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Diese mehrfachen Zusatzbewegungen, die in einer gleichzeitigen Verschiebung
der Räder in Richtung und senkrecht zu ihrer Achse in einer ebenen oder räumlichen
Pendelung der Radachsen usw. bestehen können, sind die Maßnahmen, mit denen man
bisher mit mehr oder weniger Erfolg die Läppwirkung in der durch das zu verbessernde
Tragbild vorgeschriebenen Weise an den Flanken zu steuern versuchte.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung geht von der Beobachtung aus, daß
sich beim Lippen die Tragbilder in manchen Fällen nur mit größtem Aufwand verlagern
lassen und daß sie in anderen Fällen schon nach kurzer Läppzeit ihre ursprüngliche
Lage verändern. Die genaue Beobachtung hat gezeigt, daß die Oberfläche der sich
berührenden Zahnflanken immer in denjenigen Zonen schneller und wirksamer abgetragen
wird, in denen die Flanken mit sogenanntem schiebendem Gleiten Berührung haben,
als in den Zonen mit ziehendem Gleiten. Das Verfahren schreibt deshalb vor, die
Drehrichtung und das den Läppdruck erzeugende Drehmoment so zu wählen, daß die Zonen
der Flanken, aus denen das Tragbild weggelappt werden soll, möglichst mit schiebendem
Gleiten anliegen. Nach einer davon abgeleiteten einfachen Regel besteht das erste
kennzeichnende Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß beim Lippen eines
Räderpaares immer dasjenige Rad des Paares zum treibenden Rad gemacht wird, dessen
Flanken bei Anlage an den Flanken des Gegenrades Tragbilder aufweisen, deren Lage
-einer Korrekturverschiebung vom Zahnfuß zum Zahnkopf bedarf, d. h. wenn diese Tragbilder
gegenüber der anzustrebenden Lage auf dem Wälzkreis zu tief liegen. Das zweite Merkmal
des Verfahrens nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß im Falle des Lappens von
Kegelrädern der Eingriffsdrehung der Räder eine größenmäßig einstellbare, hin- und
hergehende Zusatzbewegung hinzugefügt wird, die in Richtung der gemeinsamen Teilkegelmantellinie,
d. h. der Planradebene verläuft.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Ausübung bestimmte
Maschine wird eine weitgehend willkürliche Tragbildgestaltung ermöglicht. Die Höhenlage
des Tragbildes auf den Flanken wird durch die beschriebene unterschiedliche Läppwirkung
an den Flankenzonen mit ziehender und schiebender Gleitung beeinflußt. Die Zusatzbewegung
in Richtung der Planradebene bewirkt nicht nur eine gleichmäßige Läppwirkung über
die ganze Flankenlänge bzw. bei entsprechender Wahl der Hubeinstellung ihre Verstärkung
an bestimmten Stellen, z. B. den Zahnenden, und damit die Beeinflussung der Lage
des Tragbildes in der Längsrichtung der Flanken, sondern sie wirk sich außerdem
bei gewissen Spiralkegelrädern im
Sinne der Herbeiführung bzw. der
Erhaltung einer schon beim Verzahnen entstandenen, leichten Schräglage der Tragbilder
auf den Flanken aus. Diese Schräglage der Tragbilder ist für die Verlagerungsfähigkeit
der Räder von großer Bedeutung. Sie kann auf der neuen Maschine je nach den durch
den späteren Einbau der Räder gegebenen Ansprüchen an die Verlagerungsfähigkeit
größer oder kleiner gemacht xNerden. Ein größerer Hub der Zusatzbewegung ergibt
eine größere Schräglage der Tragbilder und damit auch eine größere Verlagerungsfähigkeit.
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Während man bei den bekannten Läppverfahren die Räder unter Antrieb
der einen Spindel und Abbremsung der anderen meist nur eine gewisse Zeit in der
einen und dann eine gewisse Zeit in der anderen Richtung laufen läßt, erfordert
das neue Verfahren je nach den Umständen einen anderen, sich aus der Wahl des treibenden
Rades ergebenden Wechsel in der Bewegungsfolge. Es wird daher zu seiner Ausführung
eine Maschine vorgesehen, die es ermöglicht, j-- nach -Notwendigkeit die eine oder
die andere Spindel, die je eines der zu läppenden Räder aufnehmen, in beiden Drehrichtungen
treibend wirken zu lassen, und so - unabhängig von der gewählten Drehrichtung -
die einen oder die anderen Flanken zur Anlage zu bringen und mit dem Läppdruck zu
belasten, und bei der die Führungsbahnen für die Lagerungen der einen oder beider
Spindeln, die die Zusatzbewegungen ausführen, aus Geradführungen gebildet sind,
die um je eine senkrecht zur Ebene der Führungsbahnen laufende Achse verschwenkbar
sind. Zweckmäßig wird die Maschine mit einer Anzeigevorrichtung für das jeweilig
treibende und getriebene Rad ausgerüstet. Wie die Maschine ausgebildet ist, wird
in der nachfolgenden Beschreibung ausführlich dargelegt.
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In den Zeichnungen bedeuten Fig. 1 zwei Zahnräder im Eingriff mit
eingezeichneter Eingriffslinie, Fig. 2 eine schematische Darstellung von zwei aufeinanderwirkenden
Zähnen, Fig. 3 eine Läppmaschine von oben gesehen, Fig. 4 eine Vorderansicht zu
Fig. 3, Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 3, Fig. 6 einen Querschnitt
nach der Linie B-B in Fig. 3, Fig.7 eine Anzeigeeinrichtung für das treibende Rad,
zum Teil in Ansicht, zum Teil im Schnitt, Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie
C-C in Fig. 7, Fig. 9 einen Querschnitt nach der Linie D-.D in Fig. 7, Fig. 10 einen
teilweisen Längsschnitt nach der Linie E-E in Fig. 7, Fig. 11 eine Ansicht in Richtung
F in Fig. 7, Fig. 12 eine Ansicht in Pfeilrichtung G (Fig. 7), und zwar bei abgenommener
Schutzhaube, Fig. 13 in ihrer Längsrichtung unterschiedlich eingestellte Radzähne,
Fig. 14 Gestänge zur Verbindung von zwei Geradführungen.
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In Fig. 1 treibt das Rad 1 das Rad 2. Der dargestellte Zahn des treibendes
Rades beginnt den Eingriff mit seinem Fuß (Punkt 3) und beendet ihn mit seinem Kopf
(Punkt 4). 5 ist die sogenannte Eingriffslinie, d. h. die Linie, auf der sich die
Flanken vom treibenden und getriebenen Rad zwischen Anfangspunkt 3 und Endpunkt
4 berühren, wobei in Fig. 1 ein nicht ganz bis zum Kopfkreis der Räder reichendes
Tragbild angenommen ist. Die Eingriffsrichtung ist durch den Pfeil 6, die Drehrichtung
durch die Drehpfeile angedeutet. Zu Beginn des Eingriffs schieben sich die Zähne
ineinander. Das Gleiten der Flanken verläuft auf die Zahnfüße zu (Pfeilrichtung
7). Gleiten in dieser Richtung bezeichnet man als schiebendes Gleiten. Am Ende des
Eingriffs bewegen sich die Zähne auseinander. Das Gleiten verläuft in Pfeilrichtung
B. Dieses Gleiten heißt ziehendes Gleiten. Die Beobachtung hat nun, wie oben erwähnt,
gelehrt, daß Flankenteile beim Läppen schneller abgeschliffen werden, die im Bereich
des schiebenden Gleitens liegen. Wie einleitend schon hervorgehoben, wählt man diejenige
Drehrichtung und diejenige Anordnung von treibendem und getriebenem Rad, die zu
einem schiebenden Gleiten in den Flankenbereichen führt, die besonders stark zurückgeläppt
werden sollen. Dem Verzahnungsfachmann ist es geläufig, diese Bedingungen zu erfüllen,
wenn man sie auf ziehendes und schiebendes Gleiten bezieht. Da bekanntlich schiebendes
Gleiten immer an der unterhalb des Wälzkreises liegenden Fußflanke des treibenden
Rades vorhanden ist, kann man zur Vereinfachung der Regel auf die Angabe des ziehenden
und schiebenden Gleitens verzichten, indem man statt dessen vorschreibt, daß jeweils
das mit dem Gegenrad 2 gebildete Tragbild einer Verschiebung vom Zahnfuß zum Zahnkopf
bedarf.
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Eine weitere Erläuterung dieser Regel veranschaulicht Fig. 2. Die
Zähne 1 und 2 nach Fig. 1 sind hier perspektivisch dargestellt. Bei der hohlen Zahnflanke
9 eines Zahnrades mit in ihrer Längsrichtung gekrümmten Zähnen liegt das Tragbild
10 nach dem Zahnfuß zu, bei der gewölbten Flanke des Zahnes 2 nach dem Zahnkopf
hin. Die Linien 11 deuten schematisch die Radien der Räder mit den Achsen 12 an.
Da das Tragbild des Zahnes 1 vom Fuß nach der Mitte hin, also in Richtung zum Zahnkopf,
verlagert werden muß, muß das Rad 1 treibendes Rad sein. Würde das Tragbild beim
Zahn 1 am Kopf liegen, so müßte Rad 2 treiben.
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Die in Fig. 3 und 4 als Beispiel dargestellte Läppmaschine ist zum
Läppen von Kegelrädern 13 und 14 bestimmt. Das Ritzel 13 wird von einem (nicht dargestellten)
Motor über eine Keilriemenscheibe 15 angetrieben. Es treibt seinerseits das Rad
14. Dieses Rad kann abgebremst oder beschleunigt werden von einer Friktionsscheibe
16, die mit einer Keilriemenscheibe 17 zusammenwirkt. Die Keilriemenscheibe 17 wird
angetrieben von einem (ebenfalls nicht dargestellten) Elektromotor. Die Radlagerung
18 ist auf einem Tisch 19 angeordnet, der seinerseits von einer Fundamentplatte
20 getragen wird. Zwischen Tisch 19 und Fundamentplatte 20 sind pfannenartige Wälzlager
21 angeordnet, im einzelnen dargestellt in Fig. 5. Ein Zylinder 22 mit seinem Deckel
22' wird mit Hilfe einer Schraube 23 mit Zylinderkopf 24 mit dem Tisch 19 verschraubt,
Der Schraubenkopf 24 ist mit einem Tangentialkeil 25 gegenüber der Fundamentplatte
20
auf Drehung gesichert, der Zylinder 22 durch den Tangentialkeil 26 gegen
den Tisch 19. Zwischen die Stirnflächen des Deckels 22' und des Zylinders 22 sowie
des Zylinders 22 und eines zweiten Zylinders 27 sind Stahlkugeln 28 geschichtet.
Ein Federring 29 hält die durch den Anzug der Schraube 23 auftretenden Kräfte in
Grenzen. Die Schraube 23 kann sich in dem Zylinder 22 mit reichlichem Spiel bewegen,
die Zylinder 22 und 27 ebenso in der Fundamentplatte 20. Die in Frage kommenden
Zusatzbewegungen sind kleiner als das dort vorhandene Spiel.
Um
die Zusatzbewegungen in die vorgesehene Richtung zu lenken, sind Geradführungen
30 vorgesehen. Ihre Ausbildung zeigt Fig. 6. Diese Geradführungen 30 sind an Zapfen
31 angearbeitet, die ihrerseits in Zylinderstücken 32 befestigt sind. Die Zylinderstücke
32 sitzen drehbar und feststellbar im Tisch 19. Die Geradführungen 30 sind durch
ein endloses Band 33 miteinander verbunden. Die Kupplung zwischen Band 33 und Geradführung
30 geschieht mit einem Befestigungsstück 34, das durch einen Stift 35 mit dem Band
gekuppelt ist. Eine Scheibe 36 hält das Band 33 in der vorgeschriebenen Lage. In
die Geradführung 30 greift ein zylindrischer Zapfen 37, dessen abgesetztes Ende
38 in Wälzlagern 39 läuft. Die Wälzlager 39 sitzen in einer Buchse 40 und diese
in der Fundamentplatte 20. An Stelle der Verbindung der beiden Geradführungen durch
ein Band kann die Verbindung auch durch ein Gestänge erfolgen, wie es Fig. 14 zeigt.
Die beiden Geradführungen 30 sind mit zwei Hebeln 78 fest verbunden und diese wiederum
mit einer Schubstange 79. Stellt man die Geradführung 30 in eine vorgesehene Winkellage,
so nimmt die zweite Geradführung die gleiche Winkellage ein.
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Die Zusatzbewegung der Lagerung 18 mit dem Tisch 19 werden von einem
Elektromotor 41 über einen Getriebezug 42 mit Schneckengetriebe 43 und Exzenter
44 auf eine Schubstange 45 abgeleitet, die mit dem Zapfen 46 gelenkig mit dem Tisch
19 verbunden ist. Die Schubstange 45 kann um den Bolzen 46 aus ihrer Mittellage
nach links und rechts pendeln. Diese Pendelbewegung ist begrenzt durch exzentrische
Anschlagbolzen 47. Durch Drehen dieser Bolzen kann man die Pendelbewegung nach der
einen oder anderen Seite verkürzen oder verlängern. An dem freien Ende der Schubstange
45 sitzt eine Unrundsc'heibe 48 drehbar und einstellbar durch einen Handhebel 49.
Der Tisch wird durch Federn 50 gegen den Exzenter 44 gezogen. Federn 51 ziehen ihn
in Richtung der Keilriemenscheibe 17. Diese Federn halten die Gleitführung 30 spielfrei.
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Die Gestaltung des Friktionsantriebs 16, 17 ist in Fig.7 bis 12 veranschaulicht.
Die Spindel 52 des zu läppenden Rades 14 trägt, wie Fig. 8 zeigt, auf ihrem
dem Rad abgekehrten Ende einen Friktionskörper 53. Dieser ist mit einer Keilriemenscheibe
54 gekuppelt. In dem Friktionskörper 53 sind Reibkörper 55 eingelassen, die unter
durch Gewindestifte 56 und Federn 57 einstellbaren Druck an einer Planscheibe 58
anliegen, die fest mit der Spindel 52 verkeilt ist. Die Keilriemenscheibe
54 wird über ein stufenlos regelbares Getriebe 59 (Fig. 7) von einem Elektromotor
60 angetrieben. Die Drehzahlregelung erfolgt in bekannter Weise mittels der Stellspindel
61. Der Umfang des Friktionskörpers 53 ist mit einem Schneckengang 62 versehen,
ebenso der Umfang der Planscheibe 58 mit einem Schneckengang 63. Diese greifen in
Schneckenräder 64 und 65. Das Schneckenrad 64 ist mit einer Hdhlwelle 66 gekuppelt
und diese mit einem Zifferblatt 67. Das Schneckenrad 65 treibt über ein Zahnradpaar
68, 69 eine Welle 70 mit Zeiger 71. Die Steigungsrichtung der Schneckengänge 62
und 63 ist so gewählt, daß bei gleichgerichteter Drehung der Spindel 52 und des
Friktionskörpers 53 Zifferblatt 67 und Zeiger 71 in der gleichen Richtung gedreht
werden.
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Die Wirkungsweise der neuen Läppmaschine ist folgende: Vor Inbetriebnahme
der Maschine werden die Geradführungen nach der, Lage des Planrades ausgerichtet.
In Fig. 3 verläuft das Planrad in Pfeilrichtung 72. Dementsprechend richtet man
die Geradführung 30 parallel dazu aus (Pfeilrichtung 73). Sollen die Zähne der zu
läppenden Räder unabhängig davon, ob das eine oder andere als treibendes Rad wirkt,
in ihrer Längsrichtung die gleiche Lage behalten, so werden die Anschlagbolzen 47
so eingestellt, daß bei einem Drehrichtungswechsel des Exzenters 44 die Schubstange
45 nach beiden Seiten gleich weit ausschlägt. Sollen die Zähne des Rades in dem
einen Fälle gegenüber den Ritzelzähnen nach innen, in dem anderen Falle nach außen
verschoben werden, so dreht man die exzentrischen Anschlagbolzen so, daß der Anschlag
unsymmetrisch erfolgt. Dann wird der Tisch 19 in der einen Grenzstellung -weiter
gegen den Exzenter 44 vorgeschoben als in der anderen Grenzstellung. Diese Wirkung
ist in Fig. 13 veranschaulicht. 74 ist das Rad, 75 das Ritzel. Man kann die Zähne
in ihrer Längsrichtung gegenseitig verschieben und in die gewünschte Lage, z. B.
daß sie bündig anliegen, durch Verstellen des Handhebels 49 bringen.
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Bei dem neuen Verfahren kommt es darauf an, bei gleicher Drehrichtung
einmal das eine und das andere Mal das andere Rad treibend wirken zu lassen. Über
das stufenlos regelbare Getriebe 59 kann man die Drehzahl der Keilriemenscheibe
17 kleiner halten. als die Drehzahl der Keilriemenscheibe 15. Dann wirkt Rad 13
als treibendes Rad. Das die Flankenanlage bewirkende Drehmoment geht von diesem
Rad aus. Man kann die Drehzahl von 17 gegenüber der Drehzahl der Keilriemenscheibe
15 auch höher einstellen: Dann treibt das Rad 14, d. h.., das die Flankenanlage
bewirkende Moment geht von diesem Rad aus. Läuft- die Scheibe 17 langsamer, treibt
also 13, dann eilt der Zeiger 71 gegenüber dem Zifferblatt 77 vor. Im umgekehrten
Fall, wenn also Rad 14 treibt, bleibt er zurück. Die gegenseitige Geschwindigkeit
ist ein Hinweis auf die Größe des Voreilens oder Zurückbleibens. So werden durch
diese Anzeigeeinrichtung die sonst schwer erkennbaren Verhältnisse des Getriebelaufs
sichtbar. Die Einstellung der Maschine erfolgt nicht nach einer für alle Fälle gleichbleibenden
Regel. Man geht dabei von der Lage der Tragbilder aus, die durch das Lappen verbessert
werden soll. Man läßt die Maschine in den Einstellungen länger laufen, in denen
die Verlagerung der Tragbilder aus ihrer ungünstigen Lage begünstigt wird. Die Umstellung
aus der einen Getriebelage in die andere erfolgt automatisch mit Einrichtungen,
die allgemein bekannt sind und hier nicht beschrieben zu werden brauchen.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt.
Das Beispiel zeigt eine Lösung der Aufgabe auf mechanischem Wege. Ebenso könnte
die Lösung auch auf elektrischem oder hydraulischem Wege erfolgen. In dem dargestellten
Beispiel erhält nur die Spindel eines Rades Zusatzbewegungen. Auch die Spindel des
Gegenrades könnte mit Einrichtungen für gleichartige Zusatzbewegungen oder auch
mit Einrichtungen für ein einfaches axiales Bewegen der Achse des Rades 13 ausgerüstet
sein.