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Vorrichtung zum Schleifen von Stirnrädern mit längsballigen Zähnen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schleifen von Stirnrädern mit
längsballigen Zähnen. Es ist bekannt, beim Schleifen derartiger Stirnräder, die
Gerad- oder Schrägverzahnung aufweisen können, eine Schleifscheibe zu verwenden,
die das Profil einer Zahnflanke hat und von einer Spindel getragen wird. Dabei ist
das Werkstück gegenüber der Schleifscheibe, die auf eine Zahnflanke auf deren Profillinie
einwirkt, axial verschiebbar und bei Schrägverzahnung entsprechend dem Schrägungswinkel
gleichzeitig um seine Achse verdrehbar. Zugleich wird zur Erzielung der balligen
Form der Zahnflanke dem Werkstück während der axialen Verschiebung eine Drehbewegung
erteilt, die beim Herstellen einer Schrägverzahnung der durch die Schrägung bedingten
Drehgeschwindigkeit überlagert ist. Diese bekannten Vorrichtungen zum Balligschleifen
von Zahnrädern sind jedoch nicht gut dazu geeignet, auf ihnen auch die Zahnräder
vorzuschleifen, da bei ihnen die zu schleifende "Zahnflanke mit der Schleifscheibenebene
einen spitzen Winkel bildet. Da die winkelmäßige Zuordnung zwischen Werkstück und
Schleifscheibe durch den Teilapparat gegeben ist, kann die für das Vorschleifen
erforderliche Zustellung der Schleifscheibe gegenüber dem Werkstück nur in radialer
Richtung erfolgen. Da aber infolge der Krümmung des Profils der Zahnflanke am Zahnfuß
der Winkel zwischen dem Profil der zu schleifenden Zahnflanke und der Schleifscheibenebene
sehr spitz ist und von dort aus bis zum Zahnkopf merklich zunimmt, wird bei einer
solchen Vorrichtung mittels einer Profilschleifscheibe bei jeder Zustellbewegung
am Kopf wesentlich mehr weggeschliffen als am Zahnfuß. Wenn also am Zahnfuß alle
Unebenheiten weggeschliffen werden sollen, muß am Zahnkopf eine merkliche Schichtstärke
weggeschliffen werden.
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Gemäß der Erfindung ist eine der ersten Schleifscheibe entsprechende
und mit ihr gemeinsam umlaufende zweite Schleifscheibe angeordnet, und zwar in solchem
axialen Abstand von der ersten, daß sie auf eine zweite Zahnflanke einwirkt, die
in einer benachbarten Zahnlücke einer Zahnflanke gegenüberliegt, die der von der
ersten Scheibe bearbeiteten Flanke entspricht. Beide Schleifscheiben wirken bei
der Erzeugung der längsballigen Flankenform nacheinander auf die zugeordneten Zahnflanken
ein.
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Eine solche Anordnung hat gegenüber den bekannten Vorrichtungen den
Vorteil, daß der Winkel zwischen dem Profil der zu schleifenden Zahnflanken und
der Schleifscheibenebene über die ganze Höhe des Flankenprofils eine beträchtliche
Größe hat, so daß die bei einer Zustellbewegung am Zahnfuß und am Zahnkopf abgenommene
Schichtstärke praktisch nicht merklich voneinander abweicht. Damit bietet die neue
Vorrichtung den Vorteil, daß alle Zahnflanken eines Stirnrades in ein und derselben
Aufspannung vorgeschliffen und ballig geschliffen werden können. Auf diese Weise
wird die größtmögliche Genauigkeit der Zahnflanken erzielt bei gleichzeitiger Einsparung
an Einstellzeit.
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Es ist zwar eine Vorrichtung zum Schleifen von Zahnradzähnen bekannt,
bei der zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Schleifscheiben eine Rechts-
und eine Linksflanke in unterschiedlichen Zahnlücken schleifen. Diese bekannte Vorrichtung
ist jedoch nur zum Schleifen von geraden, also ungewölbten Zahnflanken vorgesehen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung zum
Schleifen von Stirnrädern mit längsballigen Zähnen in einer Teilansicht in Draufsicht,
Fig. 2 die gleiche Vorrichtung in einer Stirnansicht, F ig. 3 schematisch ein zu
schleifendes Zahnrad und zwei Schleifscheiben, Fig. 4 schematisch zwei gegenüber
der Mitte versetzte Schleifscheiben, die zum Schleifen eines Schraubenzahnrades
dienen.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Schleifmaschine zur Herstellung balliger
Zahnradzähne. Bekanntlich sind ballige Zahnradzähne in Richtung von einem Ende zum
anderen so abgeändert, daß die Zahnflanken nach
außen konvex sind,
wodurch unter allen Betriebsverhältnissen verhindert wird, daß sich bei miteinander
kämmenden Zahnrädern nur die Enden der Zähne aneinander anlegen; hierdurch wird
eine Überbeanspruchung der Zähne an den Zahnenden vermieden.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schleifmaschine umfaßt einen
Unterbau oder Rahmen 70, auf dem ein Tisch oder Schlitten 72 vorgesehen ist, der
Lagerböcke bzw. Setzstöcke 74 und 76 trägt, zwischen denen ein zu bearbeitendes
Zahnrad G drehbar aufgenommen werden kann. Zum Aufnehmen des Zahnrades dient eine
Vorrichtung 78, an welcher ein radialer Arm 80 starr befestigt ist, der an seinem
äußeren Ende einen sogenannten »Evolventenpilz« trägt; hierbei handelt es sich um
einen Körper, der entsteht, wenn man eine Evolventenfläche um eine Drehachse umlaufen
läßt, so daß alle axialen Schnitte des Körpers 82 Evolventen darstellen. Der Evolventenpilz
82 legt sich an ein Sinuslineal 84 an, das an einem Querschlitten 86 angebracht
ist; dieser Querschlitten trägt eine Rolle 88, die auf einem zweiten verstellbaren
Sinuslineal 90 abrollen kann. Das Sinuslineal 90 ist an einem feststehenden Teil
des Rahmens 70 angebracht, so daß eine axiale Bewegung des Schlittens 72 gegenüber
dem "Zahnrad G eine entsprechende Bewegung des Querschlittens 86 bewirkt, die auf
die axiale Bewegung des Zahnrades zeitlich abgestimmt ist. Die Evolventenelemente
des Evolventenpilzes 82 besitzen einen Grundkreis, dessen Radius gleich dem radialen
Abstand des Ausgangspunktes der Evolventenelemente von der Achse der Vorrichtung
78 ist; infolgedessen führt die Bewegung des Querschlittens 86 und des Sinuslineals
84 in zeitlicher Abstimmung auf die axiale Bewegung des Zahnrades G zu einer gleichförmigen
Drehbewegung des Zahnrades G, die auf die axiale Verschiebung des Zahnrades zeitlich
abgestimmt ist.
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Stellt man somit die das Profil der Zahnflanken aufweisende Schleifscheibe
W auf den Grundschrägungswinkel ein, den man auf Grund der Versetzung des zu bearbeitenden
Zahnes aus der Mitte berechnet hat, und sorgt man dafür, daß die Winkelstellung
des Sinuslineals 90 den Anforderungen hinsichtlich des Schrauben- oder Steigungswinkels
des Zahnrades entspricht, ist es möglich, die erforderliche Abwälzbewegung des Zahnrades
zu erzeugen, wobei diese Abwälzbewegung eine axiale Bewegung und eine Drehbewegung
umfaßt, derart, daß durch die Berührung des Zahnrades mit der Umfangsfläche der
Schleifscheibe W die gewünschte schraubenförmige Evolventenfläche an der Zahnflanke
erzeugt wird.
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Wie am deutlichsten aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Schleifscheibe
W gegenüber dem Zahnrad versetzt, so daß die zum Schleifen dienende Umfangsfläche
92 mit der Achse des Zahnrades einen kleinen Winkel bildet. Bei dieser Anordnung
ergibt sich ein im wesentlichen gleichmäßiger Verschleiß der Schleifscheibe, und
der Vorschub, der normalerweise durch Abwärtsbewegen der Schleifscheibe W erfolgt,
führt zur Abtragung ziemlich gleichmäßiger Werkstoffmengen über die ganze Fläche
der Zahnflanke.
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Dadurch, daß man die Drehbewegung des Zahnrades während seiner gleichförmigen
axialen Bewegung in vorbestimmter Weise beschleunigt und verzögert, ist es möglich,
in der Nähe der Enden der Zahnradzähne mehr Werkstoff abzutragen als in der Mitte
der Zähne. Ein einfaches Mittel, um die erforderliche Beschleunigung und Verzögerung
der Drehbewegung des Zahnrades hervorzurufen, besteht darin, daß man das Sinuslineal
84 mit einer konvexen oder konkaven Fläche versieht, deren Form so gewählt ist.
daß die Drehbewegung des Zahnrades in der gewünschten Weise beeinflußt wird. Die
Mittel zum Erzeugen der benötigten konkaven oder konvexen Fläche an dem Sinuslineal
können zweckmäßigerweise z. B. eine biegsame Platte 94 umfassen und einen Schraubtrieb
zum Heben oder Senken des mittleren Teils der Platte. Es liegt auf der Hand, daß
man auch entsprechende gleichwertige Mittel an der wirksamen Fläche des Sinuslineals
90 vorsehen könnte, um die gewünschte Wirkung hervorzurufen.
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Es wäre somit möglich, dem Zahnrad eine Drehbewegung zu erteilen,
die sich nach dem Schrägungswinkel richtet, der jedoch eine veränderliche Drehbewegung
überlagert werden kann, die sich nach der konvexen oder konkaven Form des Sinuslineals
84 richtet, um an den geschliffenen Zahnradzähnen die erforderliche gewölbte Fläche
zu erzeugen. Man erkennt, daß es durch Umkehren der Krümmungsrichtung des abgeänderten
Abschnitts des Sinuslineals möglich ist, dem geschliffenen Zahn eine konvexe Krümmung
in Längsrichtung zu geben, die hier als balliges oder gewölbtes Profil bezeichnet
wird; man kann der Zahnflanke jedoch auch ein konkaves Profil in Längsrichtung geben.
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Die in den Fig. 1 und 2 teilweise dargestellte Schleifmaschine kann
in Verbindung mit zwei Schleifscheiben 54 der in Fig. 3 angedeuteten Art verwendet
werden, und gegebenenfalls können diese beiden Schleifscheiben dazu dienen, gleichzeitig
ungewölbte, genau geschliffene Evolventenprofile oder andere Profile herzustellen.
Nachdem das in Fig. 3 dargestellte Zahnrad vollständig geschliffen und mit in Längsrichtung
unveränderten, d. h. geraden Zahnflanken versehen worden ist, kann man die in Fig.
2 dargestellten Mittel zum Verändern der Drehbewegung des Zahnrades wirksam werden
lassen, um die Zähne ballig zu schleifen oder sie in anderer Weise zu verändern.
Wie man ohne weiteres erkennt, wird hierbei jeweils nur eine Zahnflanke geschliffen,
doch läßt sich dieser Arbeitsgang durchführen, ohne die Einstellung der Maschine
zu verändern, denn während eine der Schleifscheiben 54 einen einzelnen Zahnradzahn
ballig schleift oder eine andere Veränderung in Längsrichtung hervorruft, bewegt
sich die andere Schleifscheibe 54 gegenüber dem ihr benachbarten Zahnradzahn in
der entsprechenden Lücke.
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Die in Fig. 3 veranschaulichte Anordnung, bei der konzentrische Schleifscheiben
benutzt werden, eignet sich insbesondere für das Schleifen von Stirnzahnrädern.
Wenn die Erfindung bei Schraubenrädern angewendet werden soll, ist es vorzuziehen,
die Einstellung entsprechend der schematischen Darstellung in Fig. 4 vorzunehmen,
in welcher ein Schraubenrad 100 angedeutet ist. Um bei diesem Zahnrad jeweils zwei
Zahnflanken gleichzeitig zu schleifen, ist es zweckmäßig, zwei Schleifscheiben 102
und 104 vorzusehen, deren Umfangsflächen jeweils entsprechend den zu schleifenden
Flächen abgerichtet sind, wobei diese Schleifscheiben so angeordnet sind, daß ihre
Achsen um die Strecke D gegeneinander versetzt sind. Obwohl die Anordnung allgemein
der in Fig. 3 dargestellten ähnelt, wo die Achsen der Schleifscheiben waagerecht
sind, ist zu beachten, daß die Achsen der Schleifscheiben 102 und 104 zueinander
parallel, jedoch gegeneinander versetzt sind. Bei der in Fig. 4 schematisch dargestellten
Anordnung ist zu erkennen, daß jede der Schleifscheiben 102 und 104 jeweils mittlere
Abschnitte der Zähne des Zahnrades 100 berührt und daß somit eine Verschiebung des
Zahnrades 100
in Richtung seiner Achse um eine Strecke, die gleich
der Breite des Zahnrades oder etwa größer als diese Breite ist, dazu führt, daß
die von den Schleifscheiben 102 und 104 berührten Zahnflanken bearbeitet werden.