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Vorrichtung zum Honen von Zahnrädern mittels eines zahnradförmigen
Honrades, bei der Werkzeug und Werkstück radial aneinandergedrückt werden Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fertigbearbeiten, insbesondere von gehärteten
Zahnrädern, bei der das fertigzubearbeitende Zahnrad und ein die Form eines Zahnrades
aufweisendes Honrad od. dgl. mit sich schräg kreuzenden Achsen drehbar gelagert
sind und die Lagerung eines der Räder in radialer Richtung zum anderen Rad hin mittels
einer eine bestimmte Anpreßkraft ausübenden Einrichtung beweglich ist.
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Es ist bereits eine Vorrichtung zum Schleifen, Läppen, Preßglätten
oder Honen von Zahnrädern bekannt, bei der drei Werkzeugräder in gleichen Winkelabständen
verteilt um das zu bearbeitende Zahnrad herum auf Gleitführungen radial zum zu bearbeitenden
Zahnrad verschiebbar angeordnet sind und wobei die Verzahnungen der Werkzeugräder
und des zu bearbeitenden Zahnrades hydraulisch oder pneumatisch radial ineinandergedrückt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung
so auszubilden, daß sie zur schnellen und wirksamen Beseitigung von bei Zahnrädern
nach der Wärmebehandlung auftretenden Exzentrizitätsfehlern geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der eine bestimmte
Anpreßkraft zwischen den Rädern ausübenden Einrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen
eines Bewegungswiderstandes zwischen Werkstück und Werkzeug in Richtung ihrer radialen
Bewegung voneinander zugeordnet ist.
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Die Vorrichtung zum Erzeugen eines Bewegungswiderstandes gemäß der
Erfindung kann in der verschiedensten Art ausgeführt sein. Ist die Einrichtung zum
Aufrechterhalten des für den Honvorgang erforderlichen Anpreßdruckes zwischen den
Zahnflanken des Zahnrades und des Honrades eine hydraulische Hubeinrichtung, so
kann die Vorrichtung zum Erzeugen eines Bewegungswiderstandes aus einer in, die
Zuleitung zu dieser hydraulischen Hubeinrichtung ein-P a
fügten Drosselstelle
bestehen. Da für den: normalen Honvorgang, bei dem das Zahnrad keine Exzentrizitäten
aufweist, entsprechend dem sehr geringen Materialabrieb nur eine sehr langsame Zustellbewegung
zwischen den Rädern erforderlich ist, reicht der Zufluß einer entsprechend geringen
Menge Flüssigkeit pro Zeiteinheit zu der hydraulischen Hubeinrichtung aus, um den
Sollwert des Anpreßdruckes aufrechtzuerhalten.
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Die Einfügung einer entsprechend bemessenen Drosselöffnung in die
Zuleitung zur Hubeinrichtung beeinträchtigt daher einerseits die mit sehr geringer
Geschwindigkeit erfolgende Zustellbewegung zwischen den Rädern nicht, setzt aber
andererseits den durch eine Exzentrizität des zu honenden Zahnrades bewirkten, im
Rhythmus der Drehzahl des Zahnrades erfolgenden, sehr schnellen Hin- und Herbewegungen
einen Widerstand entgegen, da ein entsprechend schnelles Aus- und Einströmen der
Flüssigkeit aus der Hubeinrichtung heraus bzw. in diese hinein durch die zwischengeschaltete
Drosselstelle verhindert wird.
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Wenn die hohe Seite eines exzentrischen Zahnrades mit dem Honrad kämmt,
sind die Räder bestrebt, sich voneinander wegzubewegen. Durch diese Bewegung wird
der Druck in der Hubeinrichtung erhöht, da ein Druckausgleich über die Drosselöffnung
so schnell nicht erfolgen kann. Mit dem Druck in der Hubeinrichtung wird der Anpreßdruck
zwischen den Zahnflanken der Räder ebenfalls erhöht.
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Als Vorrichtung zum Erzeugen eines Bewegungswiderstandes kann aber
z. B. auch eine mechanische Bremsvorrichtung dienen, die einer Relativbewegung einer
der Lagerungen der Räder zum anderen Rad hin einen im wesentlichen konstanten Reibungswiderstand
entgegensetzt. Diese Vorrichtung zum Erzeugen eines Bewegungswiderstandes kann,
falls die Einrichtung zum Aufrechterhalten einer bestimmten Anpreßkraft zwischen
den Rädern eine hydraulische Hubeinrichtung ist, z. B. an der Kolbenstange dieser
Hubeinrichtung
angreifen. In diesem Fall muß von der Kraft der
Hubeinrichtung zunächst der Reibungswiderstand der Bremsvorrichtung überwunden werden,
bevor sie eine Anpreßkraft auf die Räder ausüben kann, so daß die die Räder ineinanderdrückende
Anpreßkraft gleich der Differenz aus der Kraft der Hubeinrichtung minus der durch
die Bremsvorrichtung verbrauchten Kraft.ist. Bei einer Bewegung der Räder entgegen
der Anpreßkräft muß dagegen aber die volle Kraft der Hubeinrichtung und zusätzlich
der Reibungswiderstand der Bremsvorrichtung überwunden werden, so daß bei einer
Auseinanderbewegung der Räder die Summe aus der Kraft der Hubeinrichtung und der
durch die Bremsvorrichtung verbrauchten Kraft überwunden werden muß.
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Die praktische Verwirklichung der Lehre des Hauptanspruches ist jedoch
auf die hier beispielsweise angeführten Ausführungsformen der Vorrichtung zum Erzeugen
eines Bewegungswiderstandes nicht beschränkt.
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Vorzugsweise wird für den Fall, daß die Vorrichtung zum Erzeugen eines
Bewegungswiderstandes in einer in die Zuleitung zur hydraulischen Hubeinrichtung
eingefügten Drosselstelle besteht, eine zusätzliche ungedrosselte Verbindung zwischen
der Druckquelle und dem Hubzylinder vorgesehen, die durch ein Ventil absperrbar
ist. Eine derartige durch ein Ventil absperrbare, ungedrosselte Verbindung zwischen
Druckquelle und Hubzylinder bietet den Vorteil, daß nach dem Einspannen von Werkstück-
und Werkzeugrad die Verzahnungen beider Räder schnell in Eingriff gebracht werden
können. Sobald die Verzahnungen der Räder fest miteinander im Eingriff stehen, steigt
der Druck in der Hubeinrichtung an, wie mittels eines vorgesehenen Druckmessers
leicht festgestellt werden kann. Beim eigentlichen Bearbeitungsvorgang wird die
zusätzliche ungedrosselte Zuleitung dann abgesperrt.
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Erfindungsgemäß ist eines der beiden Räder auf einem Träger gelagert,
der um eine feste, im Abstand von der Drehachse dieses Rades angeordnete Schwenkachse
schwenkbar ist, wobei die Einrichtung zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Anpreßkraft
zwischen den Rädern an der von der festen Schwenkachse abgewandten Seite des Rades
an dem schwenkbaren Träger des Rades angreift. Eine derartige Lagerung eines der
beiden Räder auf einem hebelartig um eine feste Schwenkachse schwenkbaren Träger
bietet gegenüber den bekannten Vorrichtungen den Vorteil, daß bei der Bewegung der
radial zum anderen Rad hin bewegbaren Radunterstützung keine gleitende, sondern
nur rollende Reibung auftritt und daher bei radialen Bewegungen während des Bearbeitungsvorganges
eine Haftreibung nicht überwunden werden muß. Weiter bietet diese Ausbildung der
Lagerung den Vorteil, daß die Räder nicht mit der Kraft der Hubeinrichtung, sondern
mit einer gemäß dem Hebelgesetz vergrößerten Kraft ineinandergedrückt werden, wobei
die Vergrößerung der Kraft von dem Verhältnis der Abstände zwischen der festen Schwenkachse
des Trägers und dem Angriffspunkt der Hubeinrichtung sowie der Schwenkachse und
der Drehachse des auf dem Träger gelagerten Rades abhängt. Gleichzeitig wird der
Weg des Kolbens der Hubeinrichtung und damit auch deren Nachstellempfindlichkeit
diesem Verhältnis entsprechend vergrößert.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann als Druckmittel auch Preßluft
verwendet werden, deren Druck über eine Balgmembran od. dgl.. auf die Druckflüssigkeit
für die Betätigung des Hubzylinders übertragen wird. Eine derartige Ausbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vielfach vorteilhaft, da Preßluft in Werkstätten
normalerweise vorhanden ist.
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Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt Fig.1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Fertigbearbeiten von Zahnrädern, Fig. 2 eine schematische Darstellung der Leitungen
für das hydraulische Druckmittel, Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung der
Hubeinrichtung zum Aufrechterhalten einer radialen Anpreßkraft zwischen den Rädern,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum kombinierten Zuführen von
Luftdruck und hydraulischem Druck.
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Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besitzt einen in seiner Gesamtheit
mit 10 bezeichneten Rahmenaufbau, der einen Fuß 12, einen Ständer 14, ein
vorspringendes Oberteil 16, eine senkrecht verstellbare Konsole 18, einen auf der
Konsole angeordneten Schlitten 20 und einen schwenkbar gelagerten Arbeitstisch
22 umfaßt. Die Senkrechtverstellung der Konsole 18 ermöglicht die Aufnahme
von Zahnrädern verschiedener Größe und eine Grobeinstellung der Vorrichtung. Für
die Höhenverstellung der Konsole ist eine Spindel 24 vorgesehen, die mittels einer
Betätigungsspinde126 gedreht werden kann, auf deren vierkantig ausgebildetem Ende
ein Handrad aufsteckbar ist. Der Schlitten 20 ist auf an der Oberseite der Konsole
18 vorgesehenen Führungen so gelagert, daß er in einer waagerechten Ebene senkrecht
zur Zeichnungsebene hin- und herbewegbar ist.
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Auf dem Schlitten 20 ist ein Träger 22 um zwei Lagerzapfen
28 schwenkbar gelagert, wobei diese Lagerzapfen waagerecht verlaufen und oberhalb
der Trägerebene angeordnet sind, damit sie der durch die Achse des fertigzubearbeitenden
Zahnrades verlaufenden waagerechten Ebene etwas näher gelegen sind. Auf dem schwenkbaren
Träger 22 ist eine Drehvorrichtung zur Aufnahme des Werkstückes angeordnet,
die einen (nicht bezeichneten) Spindelstock und den Reitstock 30 umfaßt. Das zu
bearbeitende Zahnrad ist mit G bezeichnet. Während des Honvorganges befindet sich
das Zahnrad G mit einem Werkzeug Tim Eingriff. Die Achsen des Zahnrades G und des
Werkzeuges T, die in Fig.1 parallel verlaufend dargestellt sind, sind in der Praxis
windschief angeordnet und kreuzen sich gewöhnlich unter einem Winkel von 3 bis 30°,
in einigen Fällen auch über einen größeren Winkel. Zur Aufnahme des Werkzeuges T
ist ein im Winkel einstellbarer Kopf 32 vorgesehen., der zur Veränderung des Einstellwinkels
zwischen den Achsen von Zahnrad und Werkzeug um eine senkrechte Achse verstellt
werden kann. Ein (nicht dargestellter) Motor ist mit der Spindel 34 des Werkzeuges
T verbunden, um das Werkzeug in Drehbewegungen zu versetzen.
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Zur Erzielung der relativen Hin- und Herbewegung zwischen dem Schlitten
20 und der Konsole 18 sind normalerweise hier (nicht dargestellte)
Vorschubmittel vorgesehen.
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Der schwenkbare Träger 22 ist so angeordnet, daß er sich im
wesentlichen frei um die durch seine Lagerzapfen 28 verlaufende Schwenkachse bewegen
kann; wobei durch eine begrenzte Schwenkbewegung aus der
in der
Zeichnung dargestellten Lage eine im wesentlichen senkrechte Bewegung des Zahnrades
G hervorgerufen wird. Wenn sich das Zahnrad G und das Werkzeug T fest im Eingriff
befinden, verursacht ein zusätzliches, auf den Träger 22 nach oben aufgebrachtes
Drehmoment eine zwischen Zahnrad und Werkzeugrad wirksam werdende radiale Kraft.
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Mit der in Fig. 3 gezeigten, in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer
38 bezeichneten Hubeinrichtung ist eine kontrollierte Aufwärtsbewegung des schwenkbaren
Trägers 22 möglich. Diese Hubeinrichtung ist mit dem Träger 22 fest-
verbunden und umfaßt einen an seiner Unterseite offenen Zylinder 40, in dem sich
ein Kolben 42 in senkrechter Richtung bewegt. Das unter;. Ende des Kolbens
42 umfaßt ein kugelförmig ausgebildetes Teilstück 44, das mit einer mit der Oberfläche
an dem Schlitten 20 starr befestigten Stützplatte 36 in Berührung steht. Der mittlere
Teil 48 des Kolbens 42 weist -einen verringerten Querschnitt auf.
Auf diesen Kolbenteil wirkt eine einen Reibungswiderstand ausübende Bremsvorrichtung
50 ein, die durch einen Druckkolben 52 angedrückt wird, der seinerseits mit
einem in einem Zylinder 56 waagerecht verschiebbaren, :durch Druckmittel betätigbaren
Kolben 54 verbunden ist.
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In Fig. 2 ist der Kreislauf des für die Betätigung der Hubeinrichtung
vorgesehenen Druckmittels schematisch dargestellt. In dieser Figur wird als Druckmittel
für die Bewegung des schwenkbaren Trägers 22 das bei der Fertigbearbeitung
des Zahnrades verwendete Kühlmittel benutzt. Es ist ein Sammelbehälter 60 vorgesehen,
aus dem das Kühlmittel durch eine Kühlmittelpumpe 62 abgesaugt und durch eine Leitung
66 einem Dreiwegeventil 64 zugeführt wird. über das Dreiwegeventil kann das Druckmittel
durch eine Leitung 68 und ein einstellbares Nadelventil 75 zu der großen Durchgangsöffnung
72 der Hubeinrichtung 38
geleitet werden. Die Leitung 66 ist ferner
durch eine Leitung 74 und ein einstellbares Nadelventil 76 mit der Drosselöffnung
78 der Hubeinrichtung verbunden. Der Druck des der Hubeinrichtung zugeführten Druckmittels
wird durch ein Druckregelventil 80 geregelt. Ein weiteres Druckregelventil
82 steuert den ' Druck des durch die Leitung 84 dem Kühlmittelventil
86 zugeführten Strömungsmittels.
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Die Inbetriebnahme erfolgt, indem das Dreiwegeventil 64 so eingestellt
wird, daß das Druckmittel dem Zylinder 40 zugeführt wird, wobei durch
das Nadelventil 76 und die in den Zylinder führende Drosselöffnung 78 eine
kleinere Menge Druckmittel fließt. Die insgesamt verhältnismäßig starke Zuführung
von Druckmittel bewirkt auf diese Weise eine Aufwärtsbewegung des Trägers
22, wie in Fig. 1 dargestellt. Der zur Aufwärtsbewegung des Tisches erforderliche
Druck läßt sich an einem Druckmesser 88 ablesen. Wenn der Träger 22 so weit
nach oben geschwenkt ist, daß sich die Zähne von Zahnrad und Werkzeugrad fest im
Eingriff befinden, steigt der Druck an, und der Unterschied zwischen dem abgelesenen
Druck und dem zur Aufwärtsbewegung des Trägers erforderlichen Druck bestimmt die
gesamte zwischen den Zähnen von Zahnrad und Werkzeug wirksam werdende Radialkraft.
Diese kann durch Einstellen des Druckregelventils 80 ohne Schwierigkeiten
verändert werden.
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Gleichzeitig wird bei spielfreiem Eingriff der beiden Räder während
des Fertigbearbeitungsvorganges die Leitung 68 durch Betätigung des Ventils 64 geschlossen,
so daß Druckmittel nur durch das Ventil 76 in den Zylinder 40 gelangen bzw.
aus diesem abfließen kann.
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In der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Ineinandergreifen
von einem außenverzahnten Zahnrad mit einem außenverzahnten Werkzeug dargestellt;
es ist aber möglich, daß entweder das Zahnrad oder das Werkzeugrad auch als innenverzahntes
Zahnrad ausgebildet sein kann, wobei im entsprechenden Fall der zwischen Zahnrad
und Werkzeug wirksam werdende Druck dadurch ermittelt werden kann, daß man den bei
der Bearbeitung auftretenden Druck von dem zur Aufwärtsbewegung der beweglich angeordneten
Lagerungen erforderlichen Druck abzieht. Dies wäre beispielsweise der Fall, wenn
ein innenverzahntes Zahnrad auf dem Träger 22 aufgespannt wäre und das Werkzeug
an dessen Innenseite mit den oberen Zähnen im Eingriff wäre.
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Soweit während des Fertigbeärbeitungsvorganges Druckmittel durch das
Nadelventil 76 und die verhältnismäßig kleine Drosselöffnung 78 fließen kann,
kann sich der Träger 22 aufwärts bewegen, wenn bei der Bearbeitung Material von
den Zähnen des Zahnrades abgenommen wird. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden erzielt
bei einer Einstellung des Nadelventils 76 auf eine Durchfiußmenge von etwa 0,05
ccm Öl pro Sekunde und des Nadelventils 70 auf etwa 2,05 ccm pro Sekunde.
Die durch die Drosselöffnung 78 und das Nadelventil 76 gegebene Beschränkung
der Durchflußmenge trägt zur Stabilisierung des Trägers bei; denn bei einer Bewegung
des Trägers wird Öl durch diese kleinen Durchlässe gepreßt, und der Widerstand,
den diese dem Durchfluß entgegensetzen, bewirkt die Vermeidung schneller Bewegungen
und Schwingungen. Andererseits ist die Ölmenge, die durch die Drosselöffnung fließt,
groß genug, um ein Nachfolgen des Trägers 22 bei einer bei der Bearbeitung
erfolgenden Materialabnahme an den Zähnen des Zahnrades zu gewährleisten.
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In manchen Fällen kann die Verwendung des dem Werkzeug zugeführten
Kühlmittels zur Erzeugung des für die Bewegung des Trägers 22 erforderlichen
Drukkes unerwünscht sein. In diesem Fall kann die in Fig.4 schematisch dargestellte
Vorrichtung Verwendung finden. Einem Behälter 90 wird durch ein Rückschlagventi192
Öl zugeführt, das durch eine Leitung 94 und durch Kanäle, die den Öffnungen 72 und
78 entsprechen und mit einstellbaren Ventilen, die den Nadelventilen 70 und
76 entsprechen, versehen sind, in das Innere des Zylinders 40 geleitet wird-.
Die Leitung 94 kann dabei der Leitung 66 entsprechen, wobei ein Rücklauf des Druckmittels
durch das Rückschlagventil92 erfolgen kann. Zur Erzeugung des für die Betätigung
der Hubeinrichtung erforderlichen Druckes ist in dem Behälter 90 eine Balgmembran
96 angeordnet, in die durch eine Leitung 98 Preßluft geleitet wird. Der wirksame
Öldruck ist auf diese Weise durch Regelung des Luftdruckes einstellbar.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung kann auch in zufriedenstellender
Weise betrieben werden, wenn Preßluft direkt in das Innere des Zylinders 40 geleitet
wird. Hierbei wurde festgestellt, daß kein unerwünschtes Vibrieren des Trägers
22 auftritt, was offensichtlich darauf zurückzuführen ist, daß der Träger
22
zwar nur einen kleinen Teil der Masse des aus dem gesamten Schlitten
20 und der Konsole 18 bestehenden Aufbaues aufweist, seine Masse aber
trotzdem so groß ist, daß sie einer schnellen Bewegung desselben entgegenwirkt.
Wenn demzufolge ein exzentrisches Zahnrad
im Eingriff mit dem Werkzeug
in Drehbewegung versetzt wird, bewirkt der Luftdruck offensichtlich, daß der Träger
22 in einer Lage gehalten wird, in der der vorstehende Teil des exzentrischen
Zahnrades mit dem Werkzeug in Berührung steht, bis er bearbeitet wird und die Exzentrizität
beseitigt ist, wonach der Bearbeitungsvorgang gleichmäßig weiterläuft. Das Volumen
des Zylinders 40 oberhalb des Kolbens 42
soll vorzugsweise möglichst
klein gehalten werden. Wo die direkte Zuführung von Preßluft in die Hubeinrichtung
38 zweckmäßig ist, kann in bestimmten Fällen auch eine Feder zum Ausgleich des Gewichtes
der mit dem Träger beweglichen Teile verwendet werden.
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Es kann wünschenswert sein, nachdem Zahnrad und Werkzeug mit kontrolliertem
vorherbestimmtem Druck in Eingriff gebracht worden sind, den Träger festzustellen.
In diesem Falle wird Druckmittel unter hohem Druck in den Zylinder 56 geleitet.
Durch das Anpressen der Bremsvorrichtung 50 gegen die Oberfläche des Mittelstückes
48 des Kolbens der Hubeinrichtung kann. dabei jede Bewegung des Kolbens
42
nach oben oder unten wirksam verhindert werden. Der die Feststellung des
Kolbens 42 bewirkende Druck in dem Zylinder 56 kann, wenn dies gewünscht
wird, nach Beendigung jeder Quervorschubbewegung kurzzeitig aufgehoben werden, damit
zwischen Zahnrad und Werkzeugrad ein kleiner Vorschub in radialer Richtung erfolgen
kann. Auf diese Weise ist dafür Sorge getragen, daß der Achsabstand zwischen Zahnrad
und Werkzeugrad beim Honen während jeder Quervorschubbewegung konstant bleibt, wobei
dieser Achsabstand am Ende jeder Quervorschubbewegung durch Nachstellen in radialer
Richtung unter einem vorherbestimmten Druck eingestellt wird.
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Die bei Eingriffstellung tatsächlich wirksame Kraft zwischen den Zähnen
des Zahnrades und des Werkzeugrades kann je nach den gegebenen Bedingungen und der
gewünschten Bearbeitung sehr unterschiedlich gewählt werden. Im allgemeinen kann
man sagen, daß diese Kraft nicht höher als insgesamt 30 kg gewählt werden sollte.
Was die untere Grenze anbelangt, so kann die radiale Kraft bei sehr feiner Nacharbeit
auf 0,5 kg oder weniger verringert werden.