DE2060430A1 - Verfahren und Werkzeug zum Walzen bzw.Rollen von Zahnraedern - Google Patents

Description

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Beschreibung zu der Patentanmeldung

LBAR SIEGLER, INO., Santa Konica, California, U.S.A.

betreffend zum Walzen bzw. Rollen von Zahnrädern.

Wenn Zahnräder durch Walzen bzw. Rollen fertigbearbeitet werden sollen, stellt man zuerst als Werkstück ein Zahnrad her, und zwar gewöhnlich durch eine spangebende Bearbeitung, jedoch möglicherweise auch mit Hilfe anderer Verfahren, z.B· des Walzens bzw. Eollens, wobei dieses Zahnrad im Vergleich zu den gewünschten endgültigen Abmessungen des Zahnrades etwas überbemessen ist. Dieses Zahnrad wird dann in engem Eingriff unter Aufbringen von Druck mit einem oder mehreren zahnradähulichen Werkzeugen gerollt, die der gewünschten endgültigen Zahnform des Zahnrades konjugiert sind. Dieser Arbeitsgang wird gewöhnlich auf eine solche Weise/durchgeführt, daß an den J¹Iankert der Zahnradzähne Werkstoff nur in einem Auemaß von wenigen tausendstel Zoll (0,001 Zoll » 0,0254· mm) verdrängt bzw. verlagert wird.

Box diesem Arbeitsgang werden das Werkzeug bzw. die Werkzeuge und das zu rollende Zahnrad nur in einerjeinzigen dichtung gedreht,. Hierdurch wird nicht nur das Herstellen der Z'iknL-adev beschleunigt, sondern, es wird auch die Nobwendivt. ■, t b 7::i:üiedi."ii, bO3onl,'re Vorriohtungun zu b-· nut a en, wie e.^rj eri χνάοι I ich Lat, Wfrm die DiOhrichtung einer drehbaren

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Konstruktion von erheblichem Gewicht wiederholt umgekehrt werde:i muß.

Die Art der Berührung zwischen den zusammenarbeitenden !flanken von Evolventenzahnradzähnen wird durch zwei voneinander unabhängige Faktoren bestimmt. Bei dem ersten Faktor handelt es sich darum, daß die Berührung zwischen den Evolventenzähnen zweier miteinander kämmender Zahnräder längs einer Berührung»- oder Eingriffslinie stattfindet, die die Grundkreise der beiden Zahnräder tangiert. Gleichzeitig spielt sich eine gleitende oder reibende Relativbewegung zwischen den Berührungszonen der miteinander kämmenden Zahnradzähne ab, die durch die augenblickliche Bewegungsrichtung der zusammenarbeitenden Zahnabschnitte bestimmt ist. I_n der Zone, die durch eine Linie bestimmt ist, welche durch die Achsen der miteinander kämmenden Zahnräder verläuft, bewegen sich die zusammenarbeitenden Flanken beide in der gleichen Richtung, so daß in dem betreffenden Augenblick kein Gleiten auftritt, Längs des zu diesem Punkt verlaufenden Einlaufbo~ gens bewegen sich dagegen die Zähne der Zahnräder aufeinander zu, so daß die gleitende Bewegung bei federn Zahnrad in Richtung auf den Zahnfuß verläuft. Längs des Auslaufbogens bewegen sich die zusammenarbeitenden Zähne voneinander weg, und daher spielt sich die Gleitbewegung bei jedem Zahnrad in Richtung auf den Znhnkopf ab.

Somit kehrt sich die Richtung der relativen Gleitbewegung am lirzkreis um, und das Ausmaß des Gleitens nimmt von einem Maximum an dem Punkt, an dem die Berührung beginnt, bis auf Null ab, wenn die Berührungszone die die Achsen der Zahnräder verbindend© Linie kreuzt, um dann wieder bis auf ein Maximum zuzunehmen, wänrend die Zähne außer Eingriff kommen.

Beim Rollen von Zahnrädern führt diese spezielle Art der Berührung zwischen den Zahnradzähnen zu der Gefahr, daß sich unerwünschte Wirkungen ergeben, denn auf einer Seite der Zähne verläuft die Gleitbewegung stets in Richtung auf den

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Wälzkreis, und hieraus ergibt sich die Gefahr, daß."sich Werkstoff am Wälzkreis und in seiner Nähe anhäuft. Auf der entgegengesetzten Seite der Zähne verläuft die Gleitbewegung stets vom Wälzkreis weg, so daß die Gefahr besteht, daß am Wälzkreis eine Vertiefung erzeugt wird, und daß sich Werkstoff sowohl in der Nähe der Zahnfüße als auch in der Nähe ■ der "Zahnköpfe ansammelt.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr das bzw. jedes Werkzeug unter Berücksichtigung der gewünschten Abmessungen des fertigen Zahnrades so konstruiert, daß während des Rollvorgangs der Herstellungswälzkreis außerhalb des Evolventenprofils der Zahnradzähne, und zwar entweder radial außerhalb oder radial innerhalb des Evolventenprofils verläuft.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

' Fig. 1 zeigt schematisch einige Zähne von Evolventen-

zahnrädern in engem Eingriff.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die in engem Eingriff stehende Teile eines zu rollenden Zahnrades und eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Rollwerkzeugs zeigt«

Fig* 3 ähnelt Fig. 2_r zeigt jedoch ein anders ausgebildetes Rollwerkzeug gemäß der Erfindung.

Ia folgenden wird zuerst anhand von Fig. 1 die Art der ,Wälzberührung beschrieben, die sich zwischen den Zähnen eines Werkzeuge und eines Zahnrades ergibt. In Fig. 1 erkennt man ein Werkzeug 10 mit allgemein evolventenförmlgen Zähnen "Da§JDb, Dc %md Dd, deren Flanken entsprechend Evolventen eines' Grundkreiies 12 ausgebildet eind. Di·«·* Werkzeug et#ht g«aüd Fig.. 1 in engem Eingriff alt einem das Werkstück bildenden ' · Zahnrad 20 mit einer Folge von Zähnen Ga, Gb, Gc und Gd. Die.

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Flanken dieser Zähne entsprechen Evolventen eines Grundkreises 22. Gemäß Fig. 1 stehen das Zahnrad 20 und das Werkzeug 10-in engem Eingriff, und in Fig. 1 sind die Eingriffslinien 24 und 26 als Tangenten der beiden Grundkreise eingezeichnet.

Die Achsen des Werkzeugs 10 und des Zahnrades 20 sind durch eine Linie 28 verbunden, und der Schnittpunkt zwischen dieser Linie und den Eingriffslinien 24 und 26 bestimmt die Lage der Herstellungswälzkreise 30 und 32. Nimmt man an, da:i sich das Zahnrad und das Werkzeug in Richtung der Pfeile drehen, ist es ersichtlich, daß sich die Zähne Ga und Gb des Zahnrades längs des Einlaufbogens bewegen, und daß diese Bewegung gemäß Fig. 1 eine nach unten gerichtete Komponente aufweist. Die Zähne Gc und Gd des Zahnrades bewegen sich längs des Auslaufbogens, und daher umfaßt ihre Bewegung eine nach oben gerichtete Komponente. Entsprechend bewegen sich die Zähne Da und Db längs des Einlaufbogens, so daß ihre Bewegung eine nach oben gerichtete Komponente auf v/eist, während sich die Zähne Dc und Dd des Werkzeugs längs des Auslaufbogens bewegen, so daß ihre Bewegung eine nach unten gerichtete Komponate umfaßt. Gemäß Fig. 1 ist die Berührungszone zwischen dem Zahnradzahn Gb und dem Werkzeugzahn Dc der Achsenverbindungslinie 20 an der sich die Herstellungswälzkreise des Zahnrades und des Werkzeugs tangieren, sehr nahe benachbart. An diesem Punkt bewegen sich die zusammenarbeitenden Zahnflankenabschnitte auf der rechten Seite des Zahnradzahns Gb und auf der linken Seite des Werkzeugzahns Dc beide im wesentlichen waagerecht, und daher tritt innerhalb dieser Zone zwischen den Zahnflanken praktisch keine gleitende Relativbewegung auf.

Ferner ist aus Flg. 1 ersichtlich, daß sich die voreilende Flanke des Zahnradzahns Gb aus einer Stellung, bei der ein dem Zahnfuß benachbarter Teil der Flanke einen Teil des Werkzeugzahns Dc nahe dem Kopf dieses Yferkzeugzahns berührte, heraus bewegt hat; wenn sich die Drehung fortsetzt, bewegt sich die Zone der vor eilenden Flanke des Zalinradzahns Gb, mit der die Hinterflauke des Werkzeugzalins Dc in Berührung

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steht, von einem mittleren Punkt, der auf dem 'Walzkreisdurchmesser des Zahns liegt, aus in Richtung auf den Zahnkopf. Gleichzeitig bewegt sich natürlich die Zone der Hinterflanke des Werkzeugzahns Dc, die in Berührung mit der Vorderflanke des Zahnradzahns Ob steht, von einem Punkt in der Nähe des Zahnkopfes aus über den Wälzkreis hinweg zu einer dem Zahnfuß benachbarten Zone. Eine ähnliche Berührung tritt natürlich auch längs der Eingriffslinie 26 auf, wo gemäß Fig. 1 die Vorderflanke des Werkzeugzahns Db an einem dem Zahnfuß benachbarten Punkt in Berührung mit einem Punkt auf der Hinterflanke des Zahnradzahns Gb steht, der dem Kopf dieses Zahnradzahns benachbart ist.

Bei dieser üblichen Beziehung zwischen zwei miteinander kämmenden zahnradähnlichen Teilen berühren sich die Herstellungswälzkreise gewöhnlich zwischen den Zahnfüßen und den Zahnköpfen, und in vielen Fällen liegt der Berührungspunkt im wesentlichen in der Mitte zwischen den Zahnfüßen und den Zahnköpfen. Bei einer solchen Beziehung liegt es Jedoch auf der Hand, daß die Hinterflanke des Zahnradzahns Gb mit der Vorderflanke des Werkzeugzahns Db so zusammenarbeitet, daß eine gleitende Berührung stattfindet} die nahe dem Kopf des Zahnradzahns Gb beginnt und in Richtung auf den Fuß dieses Zahnradzahns verläuft, bis die Berührungszone die Zone erreicht, in der sich die Herctellungßwälzkreise berühren. Sobald dies geschehen ist, kehrt sich die Richtung der gleitenden Bewegung um, während die Berührungezone fortfährt, sich in Richtung auf den Fuß des Zahnradzahne Gb zu bewegen. Somit sind die Hinterflanken der Zahnradzähne einer durch die Zähne des Rollwerkzweugs hervorgerufenen Oleitwirkung ausgesetzt, die sich stets in Richtung auf den Herstellungswälzkrels des Rollwerkzeugs abspielt· j

Ärtspreohend beginnt die Gleitbewegung auf den Vorder- flanken 4er Zahnrad*älme dort, wo die Berührung durch die Mn- > $ritt*H*i$ 24 Itatinst lit, naht dem Zahnfuß, und sie endet

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nahe dem Zahnkopf, wobei die Gleitbewegung stets vom Herstellungswälzkreis weg in Richtung auf den Zahnfuß bzw. den Zahnkopf verläuft.

Die beschriebenen Gleitbewegungen, die zwischen den Zähnen eines zahnradähnlichen Rollwerkzeugs und den Zähnen eines damit in engem Eingriff stehenden Zahnrades oder Werkstücks auftreten, bringen die Gefahr mit sich, daß die Zahnflanken des Zahnrades nicht die gewünschte Profilform erhalten. Natürlich kann man beobachtete Abweichungen der Zahnradzähne von dem gewünschten Profil dadurch ausgleichen, daß man die Zähne des Werkzeugs entsprechend abändert.

Gemäß der Erfindung stehen jedoch die Zähne eines Werkzeugs zum Fertigrollen der Zähne eines bestimmten Zahnrades in einer solchen Beziehung zu dem Zahnrad, daß der Herstellungswälzkreis des zu rollenden Zahnrades vollständig außerhalb der ringförmigen Zone liegt, die durch das Evolventenprofil überstrichen wird. Zu diesem Zweck kann man die Zähne des Werkzeugs so ausbilden, daß der Herstellungswälzkreis des zu rollenden Zahnrades dann, wenn das Zahnrad in engem Eingriff mit dem Werkzeug steht, radial außerhalb der Zahnköpfe oder mindestens radial außerhalb des radial weiter außen liegenden Teils des Evolventenprofils verläuft. Alternativ kann,man das Werkzeug so ausbilden, daß der Herstellungswälzkreis des zu rollenden Zahnrades dann, wenn das Zahnrad in engem Eingriff mit dem Werkzeug steht, radial innerhalb des dem Zahnfuß benachbarten Ausgangspunktes des Evolventenprofils des Zahnrades verläuft.

Bei dieser Anordnung spielt sich die gleitende Bewegung, die auf einer Seite'des Zahnradzahns stete in Richtung auf den Herstellungflwälzkreis und auf der anderen Seite stets von dem Herstellungswälzkreis weg verläuft, auf einer Seite oder Flanke des Zahne über das gesamte Profil hinweg in ein und derselben Riohtung ab. Hierdurch werden die Schwierigkeiten vermieden, die darauf zurückzuführen sind, daß iioh die Rich-

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tung der jeweiligen Gleitbev/egung umkehrt, wenn sich die Berührungszone vom Kopf zum Fuß oder vom Fuß zum Kopf des Zahnradzahns bewegt.

In Fig. 2 erkennt man ein das Werkstück bildendes Zahnrad 40 mit einem Üatz von Zähnen 42a, 42b, 42c, 42d, 42e und 4i-f, deren Flanken Evolventen eines Grundkreices 44 entsprechen. Das. in Fig. 2 gezeigte Werkzeug 50 weist einen Satz von Zähnen 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f und 52g auf, bei denen das Flankenprofil Evolventen eines Grundkreises 54 entspricht. Das Zahnrad 40 steht in engem Eingriff mit dem Werkzeug 50, und in Fig. 2 sind die Achsen des Zahnrades und des Werkzeugs durch eine Linie 56 verbunden. Das Werkzeug 50 ist so ausgebildet, daß sich dann, wenn es in engem Eingriff mit einem zu rollenden Zahnrad steht, die Eingriffslinien 58 und 60 ergeben, welche die Grundkreise 44 und 54 tangieren. Diese Eingriffslinien schneiden sich gegenseitig sowie die Achsenverbindungslinie 56 in einer Zone Z1, wodurch ein Herstellungswälzkreis 62 für das zu rollende Zahnrad und ein Herstellungswälzkreis 64 für das Werkzeug festgelegt v/erden. Gemäß Fig. 2 verläuft der Herstellungswälzkreis 62 des Zahnrades 40 radial innerhalb der aktiven Evolventenflanken der Zähne des Zahnrades. Wenn sich das Zahnrad 40 in engem Eingriff mit dem Werkzeug 50 dreht, und wenn eine radiale Tiefenvorschubbewegung zwischen dem Zahnrad und dem Werkzeug hervorgerufen wird, spielt sich die gleitende Berührung an den Hinterflanken der Zähne nur längs des Einlaufbogens ab, und die Gleitbewegung verläuft hierbei stats in Richtung von den Zahnköpfen zu den Zahnfüßen. Entsprechend kann eine Berührung zwischen den Zähnen des Zahnrades und den Zähnen des Werkzeugs an den Vorderflanken der Zahmadzähne, die längs der Eingriffslinie 60 auftritt, nur innerhalb des Auslaufbogens eintreten, und daher verläuft die relative Gleitbewegung zwischen den Vorderflanken der Zahnradzähne und den Zähnen des Werkzeugs stets in Richtung von den Zahnfüßen zu den Zahnköpfen des Zahnrades.

. Hierdurch werden die Schwierigkeiten vermieden, die darauf zurückzuführen sind, daß an den Flanken der Zalinradzähne in der I;Iähe des Nennteilkreisdurchmessers Werkstoff zusammengedrängt

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oder zu viel Werkstoff entfernt wird.

Die "Arbeitsbedingungen, die sich ergeben, wenn das Rollwerkzeug in der erfindungsgemäßen \veise ausgebildet ist, dienen natürlich nur dazu, die Profilform der Zahnradzähne zuregeln. Nach dem Fertigrollen des Zahnrades v/eist das Zahnrad die üblichen Merkmale eines Zahnrades auf, und es kann mit einem ähnlichen Zahnrad so zusaiamenarbeiten, daß sein BetriebswälE-kreis dem mittleren Teil seiner Zahnflanken benachbart ist.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 2, bei der jedoch das Werkzeug im Hinblick auf die gewünschten Merkmale des zu rollenden Zahnrades so ausgebildet ist, daß die Eingriffslinien 70 und 72 die Achsenverbindungslinie 74 in einer Zone Z2 schneiden, um die Lage der Herstellungswälzkreise 76 und 7δ zu bestimmen. Gemäß Fig. 3 verläuft der Herstellungswälzkreis 78 des zu rollenden Zahnrades radial außerhalb der Köpfe seiner Zähne. "Wenn sich das Zahnrad Und das Werkzeug gemäß Fig. 3 in Richtung der Pfeile drehen, steht die Vorderflanke des Zahnradzahns 80a, der sich längs des Einlaufbogens bewegt, in Berührung mit der Hinterflanke des damit zusammenarbeitenden Werkzeugzahns 82a, und die gleitende Bewegung spielt sich nur in der Richtung vom Kopf des Werkzeugzahns zum Fuß dieses Zahns ab, obwohl die Zone der augenblicklichen Berührung zwischen den Zähnen 80a und Θ2 a von einem dem Werkzeugzahnfuß benachbarten Punkt in Richtung auf den Kopf des Werkzeugzahns wandert. Wenn der Zahn des Zahnrades die Stellung des Zahnes 80b erreicht, bewegt er sich längs des Auslaufbogens, und mit seiner Hinterflanke steht die Vorderflanke eines dazu passenden Zahns 82b des Rollwerkzeugs in Berührung. Die Zone der augenblicklichen Berührung zwischen dem Zahnradzahn 80b und dem Werkzeugzahn 82b liegt auf der Eingriffslinie 70, und sie wandert längs der Hinterflanke des Zahnradzahns 80b in Richtung auf den Fuß dieses Zahns. Da sich jedoch die Zähne 80b und 82b längs der Auslaufbögen bewegen, spielt sich die Gleitbewegung zwischen diesen Zahn« an der Hinterflanke des Zahnradzahns 80b in Richtung auf den Kopf des Zahns ab.

Patentansprüche: 109825/U02

Claims (2)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum Fertigwalzen oder -rollen eines insbes. zylindrischen Zahnrades mit etwas überbemessenen, allgemein evolventenförmigen Zahnflanken, bei dem das Zahnrad in Eingriff mit einem vorzugsweise zylindrischen, zahnradförmigen Zahnradwalzwerkzeug gerollt wird, das eine Folge von allgemein evolventenförmigen, vorzugsweise miteinander identischen Zähnen aufweist, die im wesentlichen 2u den am Zahnrad auszubildenden Evolventenzähnen konjugiert sind, und bei dem zwischen dem Werkzeug und dem Zahnrad, vorzugsweise während deren Drehung, ein radialer Druck aufgebracht wird, unter dessen Wirkung die Zähne des Werkzeugs Werkstoff an den Zähnen des Zahnrades verdrängen, dadurch g e ke η η zeichnet, daß der Herstellungswälzkreis (62; 78) des Zahnrades (40) während de3 Fertigrollens radial innerhalb oder außerhalb des Evolventenprofils der Zahnradzähne (42a, 42b, 42c, 42d, 42e; 80a, 80b) liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf entgegengesetzten Seiten des zu rollenden Zahnrades (40) angeordnete Werkzeuge (50) benutzt werden.

   3» Werkzeug zum Fertigwalzen oder -rollen eines Werkstücke in Form eines Zahnrades mit etwas überbemessenen, allgemein evolventenförmigen Zähnen, nach Anspruch t oder 2, bei dem das vorzugsweise zylindrische, zahnradförmige Werkzeug einen Satz von Im wesentlichen evolventenförmigen Zähnen aufweist, dlt zu den am Werkstück auszubildenden evolventθn-

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   formigen Zähnen allgemein konjugiert sind, dadurch gekennzeichnet, dai3 das Werkzeug (50) so ausgebildet ist, dai3 beim Drehen des Werkzeugs in engem Eingriff mit dem zu rollenden Zahnrad (40) der Herstellungsvrälzkreis (62; 78) des Zahnrades radial innerhalb oder außerhalb des Evolventenprofils der Zahnradzähne (42a, 42b, 42c, 42d, 42e; 80a, 80b) liegt.

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