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Schabrad mit schraubenförmig angeordneten Schneidkanten Die Erfindung
bezieht sich auf ein für die Bearbeitung eines bestimmten Zahnrades durch Abwälzen
mit gekreuzten Achsen geeignetes Schabrad, dessen Zahnflanken mit einer Vielzahl
von Schneidkanten bildenden Schneidnuten versehen sind, die auf den aufeinanderfolgenden
Zähnen Schraubenlinien mit einer Ganghöhe von einer Nutenteilung oder einem ganzen
Vielfachen davon folgend angeordnet sind.
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Im allgemeinen sind die Schneidnuten der Schabräder in parallel zu
ihren Stirnseiten verlaufenden Ebenen angeordnet. Wenn ein Schabrad und ein Werkstückrad
wie üblich mit gekreuzten Achsen abwälzen, so tritt infolge dieser Achskreuzung
ein Gleiten in Richtung der Zahnflanken auf, so daß jede Kante der Schneidnut auf
der mit ihr zusammenarbeitenden Zahnflanke eine schrägverlaufende Vertiefung erzeugt.
Da sich diese Vertiefungen nicht lückenlos aneinanderreihen, wird dem Schabrad relativ
zum Werkstück eine zusätzliche Bewegung oder Bewegungskomponente in Richtung der
Zähne erteilt, um nach mehrmaligem Hin- und Hergehen und eventuell auch Drehrichtungswechsel
eine einwandfreie glatte Zahnoberfläche zu erzeugen. Bei diesen Schabrädern ist
es üblich, die Zähnezahl des Werkzeuges so zu wählen, daß sie kein Vielfaches der
Zähnezahl des zu bearbeitenden Zahnrads ist. Es ist dabei jedoch kein bestimmtes
Verhältnis der Werkstückzähnezahl zur Werkzeugzähnezahl vorgeschrieben, was beim
Vorhandensein eines zusätzlichen Längsvorschubs auch nicht unbedingt notwendig ist,
was aber, wenn kein Längsvorschub oder nur eine kleine Vorschubkomponente vorhanden
ist, wie später gezeigt wird, aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, d. h. im wesentlichen
der Schabzeit und der Oberflächengüte erhebliche Nachteile hat. In bezug auf das
Verhältnis der Zähnezahlen wird bei dem bekannten Schabrad also lediglich die aus
dem Getriebebau bekannte Lehre benutzt, daß sich die aufeinander abwälzenden Zahnflanken
möglichst selten ein wiederholtes Mal berühren sollen.
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In Verbindung mit einem Verfahren zum Bearbeiten eines Zahnrads durch
Abwälzen mit einem Schabrad, bei dem die Achsen von Werkstück und Werkzeug parallel
angeordnet sind und bei dem die Späne infolge einer Kombination aus einem von außen
eingeleiteten Vorschub in Richtung der Zahnflanken und dem für die Evolventenzähne
eigentümlichen Zahnhöhengleiten abgenommen werden, ist es bekanntgeworden, die Zähnezahl
des Schabrades, dessen Schneidnuten auf den aufeinanderfolgenden Zähnen in Schraubenlinien
angeordnet sind, nicht gleich einem Vielfachen der Zähnezahl des Werkstücks zu bemessen.
Es wird bei dem Schabrad empfohlen, einen Wechsel der Abwälzbewegung erst vorzunehmen,
wenn alle Werkzeugzähne mindestens einmal mit allen Werkstückzähnen in Wirkverbindung
waren, aber diese Regel genügt nicht, um eine einwandfreie Oberfläche in einer optimalen
Schabzeit zu erhalten. Es sei erwähnt, daß die Höhengleitung über der Zahnhöhe verschieden
und im Wälzkreis beispielsweise Null ist. Hierdurch ist es außerordentlich schwer,
wenn nicht unmöglich, eine einwandfreie Evolvente beim Schaben unter Ausnutzung
des Höhengleitens zu erzielen.
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Wird mit gekreuzten Achsen geschabt ohne einen zusätzlichen Längsvorschub
oder nur mit einem Vorschub, der kleiner ist als der Betrag der Längsgleitung, so
erzeugen Schabräder, deren Schneidnuten in auf der Schabradachse senkrecht stehenden
Ebenen angeordnet sind, auf den Werkstückzahnflanken streifenartige Muster. Aus
diesem Grunde werden Schabräder verwendet, deren Schneidnuten auf den aufeinanderfolgenden
Zähnen Schraubenlinien folgend angeordnet sind, und zwar so, daß die Ganghöhe der
Schraubenlinien der Nutenteilung oder einem ganzen Vielfachen davon entspricht.
Es ist bekannt, die Zähnezahl solcher Schabräder gegenüber der Zähnezahl des Werkstückes
so zu wählen, daß alle Zähne des Werkzeuges nacheinander mit allen Zähnen des Werkstückes
in Wirkverbindung kommen.
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Eine kleine Vorschubkomponente in Richtung der Zahnflanke, d. h. in
Zahnlängsrichtung, tritt auf, wenn die Richtung eines Längsvorschubs zur Werkstückachse
unter
einem großen Winkel, der sich 90° nähert, geneigt ist (Diagonalschaben). Kein Längsvorschub
ist dagegen vorhanden beim Tauch- oder Einstechschaben und wenn die Richtung des
Längsvorschubs mit der Werkstückachse einen Winkel von 90° bildet (Querschaben).
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Aufgabe der Erfindung ist eine solche Anordnung der Schneidnuten auf
dem Schabrad, daß eine gleichmäßig auf den Flanken der Werkstückzähne verteilte
Spanabnahme in möglichst kurzer Zeit erreicht ist. Die Aufgabe richtet sich also
sowohl auf die Arbeitsqualität als auch auf die Arbeitszeit. Bemißt man die Zähnezahl
des Werkzeugs wie bekannt so, daß sie kein ganzes Vielfaches der Zahnradzähnezahl
ist oder keinen gemeinsamen Faktor mit ihr aufweist, gibt man also beispielsweise
dem Werkzeug eine Zähnezahl, die einer Primzahl gleich ist, so läßt sich bei genügend
vielen überrollungen auch mit der bekannten schraubenförmigen Anordnung der Schneidnuten
ein vollständiges Schaben des Werkstücks erreichen; aber bei einer willkürlichen
Wahl der Anzahl der Nuten, der Steigung der Nutenanordnung und des Verhältnisses
von Zahnradzähnezahl zur Schabradzähnezahl kann kein planmäßig fortschreitendes
Schaben des Werkstücks erreicht werden. Es ist unvermeidlich, daß das Fortschreiten
der Schabarbeit durch ein jähes Unterbrechen des Spiralverlaufes auf dem Werkstück
ein Unterbrechen des Schnittvorgangs mit sich bringt. Dieser Vorgang verhindert
ein günstiges Schabergebnis. Selbst wenn der Spiralverlauf auf dem Schabrad kontinuierlich
ist, aber die Zähnezahlen in keinem geeigneten Verhältnis stehen, reihen sich die
einzelnen Späne nicht planmäßig aneinander. Unter besonders ungünstigen Umständen
ist es möglich, daß einige Teile der Zahnflanken je Überrollung mehrmals bearbeitet
werden, während andere unbearbeitet bleiben. Alles dies bewirkt am Werkstück eine
unsaubere Oberfläche oder ein streifenartiges Muster auf der Zahnflanke.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
ein Längenabschnitt der Schraubenlinie, der der Steigung ein Betrag eines ganzzahligen
Vielfachen (einschließlich l.) einer Nutenteilung entspricht, nach einer Anzahl
(Gruppenzähnezahl oder Gruppe) von Schabradzähnen relativ zum Werkstück durchmessen
ist, durch die die Zähnezahl des Zahnrades ohne Rest nicht teilbar ist oder die
kein ganzzahliges Vielfaches der Zahn radzähnezahl ist oder die mit der Zahnradzähnezahl
keinen gemeinsamen Teiler hat, und daß die Schabradzähnezahl ein ganzes Vielfaches
ausschließlich dem Faktor 1 ist.
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Es sind Schabräder bekannt, bei denen die Ganghöhe nicht gleich einer
Nutenteilung oder einem ganzen Vielfachen davon ist. Auch auf diese Räder ist die
Erfindung anwendbar. Der Vorteil eines Schabrades nach der Erfindung sei in bezug
auf die Arbeitszeit an einem Beispiel für das Schaben von außenverzahnten Rädern
erläutert. Nimmt man zum Bearbeiten eines 23zähnigen Zahnrads ein Schabrad mit 37
Zähnen (Primzahl), dann sind 37 Umdrehungen des Zahnrads notwendig, um alle Zähne
des Zahnrads mit allen Zähnen des Schabrads einmal in Wirkverbindung zu bringen.
Wählt man nach der Erfindung dagegen eine Gruppenzähnezahl von zwölf und versieht
man das Schabrad mit drei Gruppen, also mit 36 Zähnen, was keine Primzahl ist und
nur um einen Zahn vom Schabrad des vorigen Beispiels abweicht, so braucht sich das
Zahnrad nur 12mal herumzudrehen, um, eine überdeckung der von jeder Schabkante in
Zahnlängsrichtung bestrichenen Bereiche vorausgesetzt, einmal ganz geschabt zu werden.
Die Schabradzähnezahl weicht also nur um 1 von dem Schabrad des vorigen Beispiels
ab, es ermöglicht aber ein dreimal so schnelles Arbeiten. Abgesehen davon, daß die
Bearbeitungszeit nur ein Drittel der vorigen ist, hat die kleinere Anzahl der überrollungen,
d. h. die kleineren Perioden, den Vorteil, daß es naturgemäß leichter ist, die Arbeit
annähernd am Ende einer Periode zu beenden, d. h., es ist leichter, alle Zähne gleichviel
Mal zu schaben.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug unterscheidet sich dadurch von den meisten
bekannten Schabrädern, daß es keine Primzahl als Zähnezahl hat.
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Um mit dem Schabrad nach der Erfindung mit Sicherheit ein planmäßiges
Ausschaben, d. h. ein Aneinanderreihen der Zähne mit Sicherheit zu erzielen, wird
die Erfindung dahingehend ausgestaltet, daß ein ganzzahliges Vielfaches oder ein
ganzzahliger Teiler der Gruppenzähnezahl oder der Schabrad-Zähnezahl um die kleinstmöglichste
Zahl, vorzugsweise um 1, von der Zahnrad-Zähnezahl abweicht.
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Die Erfindung ist mit den Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigt Fig. 1
einen Teil eines verzahnten Schneidwerkzeugs; Fig. 2 schematisch eine Anordnung
von Schneidnuten, die nach der Erfindung gegeneinander versetzt sind; in dem Schema
ist nur jeweils eine Flanke der Zähne gezeigt; Fig. 3 zeigt schematisch eine günstige
Abwandlung der Erfindung.
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In Fig. 1 sind einige Zähne eines Schabrads 18 gezeigt, die mit Schneidnuten
19 versehen sind. Dieses Schabrad wird mit dem zu bearbeitenden Werkstückrad in
bekannter Weise so in Eingriff gebracht, daß sich die Achsen kreuzen. Durch die
Achskreuzung ergibt sich bekanntlich ein relatives Gleiten der Zahnflanken aufeinander
in Richtung der Zähne, die sogenannte Längsleitung. Im allgemeinen wird diese Relativbewegung
durch einen von außen eingeleiteten relativen Vorschub zwischen Schabrad und Werkstück
in Zahnlängsrichtung vergrößert. Fällt dieser relative Längsvorschub fort, so müssen
die Schneidnuten aus den vorher geschilderten Gründen versetzt angeordnet sein.
Mit Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Schabrad schematisch in der Abwicklung dargestellt,
und zwar ist von jedem Zahn nur jeweils eine Flanke gezeichnet. Jede Zahnflanke
ist mit einer Reihe Schneidkanten 22 bildenden Schneidnuten 19 versehen. Die Teilung
von einer Schneidkante 22a ist t, Diese Schneidnuten sind auf den aufeinanderfolgenden
Zähnen des Schabrads den Steigungswinkel ;, aufweisenden Schraubenlinien folgend
angeordnet, und zwar so, daß ein Längenabschnitt S in Größe einer Nutenteilung t,
oder eines ganzzahligen Vielfachen davon n - t, nach einer Anzahl ZG von Schabradzähnen,
genannt Gruppenzähnezahl oder Gruppe, durchmessen ist, die nach der Erfindung bestimmt
wird.
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Mit einem 5zähnigen Schabrad möge beispielsweise ein 8zähniges Werkstück
zu bearbeiten sein. In Fig. 2 ist dieses Verhältnis mit den beiden Zahlenkolonnen
auf der linken Bildseite dargestellt, und
zwar sind in der Zahlenkolonne
20 die Folge der abrollenden Werkstückzähne und in der Zahlenkolonne 21 die Folge
der abrollenden Schabradzähne aufgetragen. Die Zahl 8 ist durch 5 ohne Rest nicht
teilbar, 5 ist kein ganzzahliges Vielfaches von 8, und beide haben keinen gemeinsamen
Teiler. Aus der Fig.2 ist ablesbar, daß mit dem ersten Zahn der Gruppe ZU nacheinander
der erste, sechste, dritte und achte Werkstückzahn in Berührung kommen. Die Reihe
wird fortgesetzt (nicht dargestellt) mit der Folge: fünfter, zweiter, siebter, vierter
Zahn. Jetzt sind alle Zähne des 8zähnigen Werkstücks an der Reihe gewesen, und der
Zyklus beginnt wieder mit dem ersten Zahn. Werden die Schneidnuten innerhalb der
Gruppe nebeneinander in der Reihenfolge angeordnet, in der sie denselben Werkstückzahn,
beispielsweise den ersten, berühren, d. h. in der Folge 1, 4, 2, 5, 3, so ergibt
sich gewissermaßen eine zweigängige Anordnung der Schneidnuten, wie in Fig. 2 dargestellt
ist. Diese zuletzt beschriebene Anordnung der Schneidnuten innerhalb des Längenabschnittes
S ist aber keine zwingende Notwendigkeit.
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Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung zeigt Fig. 3.
In diesem Beispiel ist die Gruppenzähnezahl um 1 geringer gewählt als die Werkstückzähnezahl.
In ähnlicher Weise könnte auch ein ganzes Vielfaches der Gruppenzähnezahl um 1 geringer
als die Werkstückzähnezahl gewählt sein. Es werden die Werkstückzähne von dem ersten
Zahn der Gruppe ZG in der Folge 1, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 berührt, oder, anders ausgedrückt,
der gleiche Zahn, beispielsweise der Zahn 1 des Werkstücks, wird von den Werkzeugzähnen
in der Folge 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 berührt. An den stest um 1 differierenden Reihenelementen
sieht man, daß diese Ausführungsform den erheblichen Vorzug hat, daß sich die Späne
lückenlos aneinanderreihen. Im Schema der Fig. 3 kommt das durch eine eingängige
Schraube innerhalb derGruppe zum Ausdruck. Statt die Zähnzahl der Gruppen um 1 gegenüber
der Werkstückzähnzahl zu vermindern, kann sie auch um 1 vermehrt werden, um eine
ähnliche Wirkung zu erzielen.
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Die Bearbeitung mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug entspricht dem
Schaben mit normalen Schabrädern, d. h. mit solchen, deren Nuten in zur Stirnfläche
des Schabrades parallelen Ebenen angeordnet sind und welche pro Umdrehung des Werkstückrades
um einen geringen Betrag verschoben werden. Die Bearbeitung mit einem erfindungsgemäßen
Schneidwerkzeug ist gewissermaßen von Natur aus gleichmäßig und einer bestimmten
Gesetzmäßigkeit unterworfen. Will man Zahnräder größerer Breite - die natürlich
nicht breiter als das Schabrad sein dürfen - mit einem Schabrad nach der Erfindung
bearbeiten, so ist ebenfalls kein relatives Verschieben von Werkstück und Werkzeug
erforderlich, wenn man in bekannter Weise die Zahnflanken des Schneidwerkzeugs in
Längsrichtung hohl ausführt.
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Bisher wurde vorausgesetzt, daß der Längenabschnitt S gleich einer
Nutenteilung t, ist. Auch hiervon kann abgewichen werden, er kann beispielsweise
auch über zwei, drei oder n Nutenteilungen reichen. Auch in diesen Fällen werden
in erfindungsgemäßer Weise mehrgängige Schraubenlinien gebildet. Die Erfindung gilt
für Schneidwerkzeuge zum Bearbeiten sowohl von außen- als auch innenverzahnten Werkstücken.