DE69426111T2 - Verfahren und Maschine zum Herstellen von Kronenrädern - Google Patents
Verfahren und Maschine zum Herstellen von KronenrädernInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Maschine gemäß Oberbegriff von Anspruch 5 zum Herstellen von großen Getrieberädern und insbesondere großen Getrieberädern wie sie im Handel allgemein als Zahnkränze bekannt sind, die so ausgebildet sind, daß sie mit zylindrischen Ritzeln kämmen können.
- Bei der Herstellung von Zahnkränzen im allgemeinen ist bekannt, Schneidemaschinen zu verwenden, welche die Zahnkonturen erzeugen. Der Hauptnachteil dieser Maschinen ist jedoch, daß sie es schwer machen, Zahnkränze von relativ kleinem Durchmesser auszuarbeiten und gleichzeitig keine zufrieden stellenden Ergebnisse hinsichtlich sowohl einer geometrischen als auch dimensionalen Präzision oder hinsichtlich der Zurichtung der bearbeiteten Oberflächen erreichen.
- Bei der Herstellung von Zahnkränzen ist aus EP-A 0 330 289, welche den nächstliegenden Stand der Technik darstellt, bekannt, Scheibenwerkzeuge zu verwenden, welche die Flanken zurichten, indem sie nach dem Generatix-Grundsatz arbeiten, und welche einen umfänglichen Schneideabschnitt haben, dessen Halbschnitt, der durch eine durch die Drehachse des Scheibenwerkzeugs hindurch gehende Ebene begrenzt ist, ein Schneideprofil hat, welches ähnlich dem Profil der Zähne des vorgenannten zylindrischen Ritzels ist. Während des Zuschneidens des Zahnkranzes wird das Scheibenwerkzeug in einem Zyklus angetrieben, in welchem es in Bezug zu dem zuzuschneidenden Zahnkranz entlang eines rechtwinkligen Weges zur Drehachse des Scheibenwerkzeugs hin und her bewegt wird und um eine Achse geschwenkt wird, welche ebenfalls rechtwinklig zur Drehachse des Scheibenwerkzeugs liegt; zur gleichen Zeit, in der das Scheibenwerkzeug um diese letztere Achse geschwenkt wird, wird der zuzuschneidende Zahnkranz um seine eigene Achse in der Weise gedreht, daß das Verhältnis der Geschwindigkeit des Schwenkvorganges des Scheibenwerkzeugs zu der Geschwindigkeit des Drehvorganges des gerade zugeschnittenen Zahnkranzes immer exakt gleich dem Übertragungsverhältnis ist, das sich aus dem Kämmen des Zahnkranzes mit dem Ritzel ergibt.
- Solche Scheibenwerkzeuge der soeben beschriebenen Art haben verschiedene Nachteile; alle beruhen auf der Tatsache, daß ihre Herstellung relativ komplex und sehr teuer ist. Es ist bekannt, daß tatsächlich die theoretische Kontur der Zahnkranzzähne korrigiert werden muß, um einen relativen Schlupf der Zähne des Zahnkranzes gegenüber denjenigen des Ritzels zu vermeiden, und der Schneideabschnitt des Scheibenwerkzeugs benötigt, da der gesamte Schneidvorgang ohne eine Variation des Verhältnisses zwischen den Geschwindigkeiten des Schwenkvorganges des Werkzeugs und des Drehvorganges des Zahnkranzes ausgeführt wird, ein Schneideprofil, welches unterschiedlich zu der Kontur der Ritzelzähne ist und insbesondere in der Art und Weise ausgearbeitet sein muß, daß sie der vorgenannten Korrektur der Kontur Rechnung trägt und somit nicht unbeträchtliche Herstellungskosten und Probleme mit sich bringt.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung von Zahnkränzen zu schaffen, welches die vorgenannten Nachteile sowohl einfach als auch preiswert überwindet.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgelegt mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Die vorliegende Erfindung betrifft auch Maschinen Ihr die Herstellung von Zahnkränzen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Maschine zur Herstellung eines Zahnkranzes mit den Merkmalen von Anspruch 5 geschaffen. Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, welche nicht beschränkend eine Ausführungsform darstellen, in welchen:
- Fig. 1 eine vergrößerte Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Maschinenwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 zeigt;
- Fig. 3 eine Draufsicht der Maschine aus Fig. 1 zeigt; und
- Fig. 4 einen Teil der Maschine aus Fig. 1 in einer Betriebsstellung in vergrößertem Maßstab zeigt.
- In den Fig. 1 bis 3 ist eine Maschine mit 1 angegeben zum Zuschneiden oder Zurichten eines Getrieberades 2, der im Handel allgemein als Zahnkranz bekannten Art, welches so ausgebildet ist, daß es mit einem zylindrischen Ritzel 3 (Fig. 4) mit eigener Achse 4 kämmt.
- Die Maschine 1 wird durch eine an sich bekannte elektronische Zentraleinheit 5 betrieben und gesteuert und umfaßt einen Rahmen 6, welcher wiederum eine Basis 7 und eine vertikale Wand 8 umfaßt, die sich rechtwinklig zur Basis 7 nach oben erstreckt. Die Basis 7 trägt eine sicher festgelegte gerade Führung 9, an welcher ein Gleitelement 10 gekoppelt ist, das auf der Führung 9 entlang einer Wirklinie 11 (Fig. 2 und 3) gleitfähig ist und durch eine bekannte Stellantriebseinheit 12 (Fig. 1) angetrieben wird, welche durch die Zentraleinheit 5 gesteuert wird. Die Gleiteinrichtung 10 trägt einen Werktisch 13, welcher an der Gleiteinrichtung 10 um eine rechtwinklig zur Wirklinie 11 liegende Achse 14 drehbar befestigt ist und um diese Achse 14 durch eine Stellantriebseinheit 15 (Fig. 2) drehbar ist, die an sich bekannt ist und durch die Zentraleinheit 5 gesteuert wird und so ausgebildet ist, daß er den zu bearbeitenden Zahnkranz 2 trägt und hält, der mit seiner Achse in Übereinstimmung mit der Achse 14 angeordnet ist.
- Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 ist eine weitere gerade Führung 16 an der Wand 8 festgelegt, derart, daß sie sich horizontal und rechtwinklig zu der Wirklinie 11 erstreckt und eine Gleiteinrichtung 18 hat, die zur axialen Gleitbewegung daran angekoppelt ist. Diese Gleiteinrichtung 18 ist auf der Führung 16 entlang einer Wirklinie 19 durch eine Verstellschraubeneinheit 20 bewegbar, die durch einen Motor 21 (Fig. 1) betätigt wird, der durch die Zentraleinheit 5 gesteuert wird, und trägt eine Gleiteinrichtung 22 einer zusätzlichen Gleitanordnung 23. Diese Gleitanordnung 23 umfaßt die Gleiteinrichtung 22 und eine Führung 24, die daran gleitfähig befestigt ist und entlang der Führung 22 entlang einer Wirkrichtung 25, rechtwinklig zu den Wirklinien 11 und 19 bewegbar ist, angetrieben über bekannte Übertragungsmittel durch einen Motor 26, der ebenfalls durch die Zentraleinheit 5 gesteuert wird.
- Die Gleiteinrichtung 24 trägt wiederum einen Schneidkopf 27 mit einem zylindrischen Körper 28, welcher an der Gleiteinrichtung 24 zur Drehung um seine eigene Achse 29 befestigt ist, welche horizontal und parallel zur Wirklinie 11 und rechtwinklig zu den Wirklinien 19 und 25 liegt, und welcher mit Bezug zu der Gleiteinrichtung 24 durch einen Motor 30 (Fig. 2), der durch die Zentraleinheit S gesteuert wird, drehbar ist. Eine Stellantriebseinheit 31 für eine Schneidscheibe 32 zum Ausarbeiten des auf dem Werktisch 13 angeordneten Zahnkranzes 2 ist mit dem Körper 28 verbunden. Die Einheit 31 bildet einen Teil des Kopfes 27 und umfaßt eine Reduktionseinheit 33, die durch den Körper 28 getragen wird, der wiederum eine Eingangswelle (nicht dargestellt) umfaßt, welche mit der Ausgangswelle (nicht dargestellt) eines durch die Zentraleinheit 5 und eine Ausgangswelle 35 mit einer Achse 35a gesteuerten elektrischen Servomotors 34 verbunden ist. Die Scheibe 32 ist auf der Welle 35 verkeilt und, wie in Fig. 4 am besten zu sehen, umfaßt einen Zentralabschnitt 36 und einen umfänglichen Schneideabschnitt 37, welcher nachgeschärft werden kann und dessen Halbschnitt, der durch eine durch die Drehachse 35a der Scheibe 32 hindurchgehende Ebene begrenzt ist, hat ein Profil 38 (Fig. 4), welches exakt gleich der Kontur der Zähne des Ritzels 3 ist. Alternativ kann der Schneideabschnitt 37 aus einem Material hergestellt sein, welches höchst widerstandsfähig gegen Abnutzung ist und somit keine periodischen Nachschärfvorgänge erforderlich macht.
- Der Betrieb der Maschine 1 wird nun beschrieben, beginnend mit dem Zustand, in welchem der auszuarbeitende Zahnkranz 2 auf dem Werktisch 13 angeordnet ist und die Gleiteinrichtung 10 von der Wand 8 in Abstand liegt.
- Die Motoren 21 und 26 werden in diesem Zustand gestartet und die Scheibe 32 wird relativ zum Tisch 13 und deshalb relativ zu den zuzuschneidenden Zahnkranz bewegt, bis sich der vorerwähnte Halbschnitt der Scheibe 32 in der gleichen Position befindet, in der ein radialer Schnitt des Ritzels 3, der durch eine Ebene rechtwinklig zur Achse 4 des Ritzels 3 definiert ist, wäre, wenn es mit jenem kämmen würde; mit anderen Worten, wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Scheibe 32 so positioniert, daß das Profil 38 mit einer auszuschneidenden Aussparung oder einem Zahnabstand, ausgerichtet ist, der sich in einer Position befindet, in der das Profil 38 der Scheibe perfekt mit der Kontur eines Zahnes des Ritzels 3 übereinstimmen würde, wenn das Ritzel mit dem Zahnkranz 2 kämmen würde. An dieser Stelle werden die Motoren 21, 26 und 30 simultan durch die Zentraleinheit 5 aktiviert, um so die Scheibe 32 zu schwenken, um so ihre Neigung um eine Achse 40 zu variieren, welche rechtwinklig zu der Achse 35a liegt und in dem Zustand, in welchem das Ritzel mit dem Zahnkranz 2 kämmt, mit der Achse 4 des Ritzels 3 übereinstimmen würde. Die Motoren 15 und 12 werden ebenfalls simultan mit den Motoren 21, 26 und 30 aktiviert, um so jeweils den Tisch 13 und somit den Zahnkranz 2 um die Achse 14 zu drehen und den Tisch 13 und somit den Zahnkranz 2 entlang der Wirklinie 11 hin und her zu bewegen.
- Währen der Ausarbeitung eines Zahnes des Zahnkranzes 2 dieser Art werden die Motoren 21, 26, 30 und 15 gleichzeitig in der Weise aktiviert, daß das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit eines Schwenkvorganges der Scheibe 32 um die Achse 40 und der Geschwindigkeit einer Drehung des Tisches 13 und somit des Zahnkranzes 2 um die Achse 14 in Abhängigkeit von der Position der Kontaktzone der Scheibe 32 mit dem Zahnkranz 2 variiert und insbesondere während der Ausarbeitung eines Zwischenabschnitts einer Flanke eines Zahnes des Zahnkranzes 2 exakt gleich dem Übertragungsverhältnis ist, das sich von der Kopplung des Ritzels 3 mit dem Zahnkranz 2 ergibt, wohingegen es während der Ausarbeitung von Spitzen- oder Basisabschnitten dieser Zähne unterschiedlich zu dem vorerwähnten Getriebeverhältnis und kontinuierlich variabel ist.
- Während der Ausarbeitung des Zahnkranzes 2 wird für den Fall, daß der Schneideabschnitt 37 von nachschärfbarer Art ist, eine Abnutzung dieses Abschnitts 37 überwacht und sobald diese Abnutzung einen Schwellenwert erreicht, wird die Scheibe 32 nachgeschärft. Nach jedem Schärfvorgang wird der neue Durchmesser der Scheibe 32 gemessen, und die Position der Drehachse 35a und der Scheibe 32 wird in Bezug zu dem Tisch 13 eingestellt, um so die ursprünglichen Schneidbedingungen wieder herzustellen.
- Ein Betrieb gemäß der obigen Anweisungen gewährleistet, daß jeder Zahn des Zahnkranzes 2 eine korrekte Kontur hat, sobald er ausgeschnitten ist. Es ist jedoch aus dem Vorstehenden klar, daß diese korrekte Kontur nicht mit einem Werkzeug erhalten wird, das ein Schneidprofil hat, das unterschiedlich zu der Kontur der Zähne des Ritzels 3 geformt ist und spezifisch geeignet ist, das vorerwähnte korrekte Profil zu formen, sondern mit einer Scheibe erhalten wird, die ein Schneidprofil hat, welches exakt gleich der Kontur jedes Zahnes des Ritzels 3 ist.
- Es ist aus dem Vorstehenden klar, daß das oben beschriebene Schneidverfahren ermöglicht, ein Scheibenwerkzeug zu verwenden, welches relativ einfach herzustellen ist, insbesondere ein Scheibenwerkzeug, dessen Schneidprofil einfach durch Kopieren der Kontur der Zähne des Ritzels, welches später mit dem Zahnkranz 2 kämmen soll, geformt wird. Im Vergleich mit bekannten Herstellungstechniken, beseitigt dies all die Vorgänge, welche an dem Scheibenwerkzeug des Standes der Technik ausgeführt werden mußten, um das Schneidprofil der Scheibe in Bezug zu der Kontur der Ritzelzähne zu korrigieren, um so auf dem Zahnkranz in perfekter Weise akkurate Zähne zu erhalten. Insbesondere wird in dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren die Korrektur des Profils der Getriebezähne einfach durch die kontinuierliche Einstellung entsprechend der Zone des Zahnes erhalten, welcher auszuarbeiten ist (Spitze, Wurzel oder Zentralabschnitt), und zwar aus dem Verhältnis der Geschwindigkeit des Schwenkvorgangs der Scheibe 32 um die Achse 40 zu der Geschwindigkeit der Drehung des Tisches 13 und somit des auszuarbeitenden Zahnkranzes um die Achse 14.
- Zudem verringert die obige Herstellungstechnik neben einer beachtlichen Reduktion der Herstellungskosten für das Schneidprofil der Scheibe 32 beachtlich die Wartungskosten, da sie das Nachschärfen der Scheibe 32 erheblich erleichtert, welches offensichtlich ausgeführt werden muß, ohne das Profil des Schneidabschnitts 37 zu verändern.
- Schließlich ermöglicht die oben beschriebene Herstellungstechnik ein hohes Maß an zu erreichender dimensionaler Präzision wie auch exzellenter Zurichtung der Flanken der Zähne des Zahnkranzes 2. Dies beruht im wesentlichen auf der Tatsache, daß anders als im Stand der Technik, in welchem die Scheibe in Bezug zu dem Zahnkranz axial bewegt wird, in diesem Fall der auszuarbeitende Zahnkranz 2 relativ zu der Scheibe 32 bewegt wird und dies in natürlicher Weise eine Reduktion einer Vibration sowohl der Stützstruktur der Scheibe 32 als auch der Scheibe selbst während der Arbeit an dem Zahnkranz 2 mit sich bringt.
Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen eines Zahnkranzes (2), der so ausgebildet ist,
daß er mit einem entsprechend gezahnten Ritzel (3) kämmen kann, das eine
eigene Achse (4) hat; wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
- Drehen eines auszuarbeitenden Zahnkranzes (2) um eine erste Achse (14),
die mit einer Symmetrieachse des Zahnkranzes (2) selbst übereinstimmt;
- Bereitstellen eines Scheibenwerkzeugs (32) mit einem umfänglichen
Schneideabschnitt (37), wobei der radiale Halbschnitt desselben, der durch
eine durch eine Drehachse (35a) des Scheibenwerkzeugs (32) hindurch
gehende Ebene begrenzt ist, ein Schneidprofil (38) hat, welches exakt gleich
der Kontur eines radialen Schnitts des Zahns des Ritzels (3) ist, der durch
eine Ebene rechtwinklig zur Achse (4) des Ritzels (3) definiert ist;
- Positionieren des Scheibenwerkzeugs (32) in Bezug zu dem Zahnkranz
(2), so daß der Halbschnitt des umfänglichen Schneidabschnitts (37) in der
Position angeordnet ist, in welcher während einer Kämmung der Abschnitt
des Zahnes des Ritzels (3) liegen würde;
- Drehen des Scheibenwerkzeugs (32) um seine eigene Drehachse (35a);
- Bewegen des Scheibenwerkzeugs (32) und des auszuarbeitenden
Zahnkranzes (2) translatorisch zueinander entlang einer Wirklinie (11),
rechtwinklig zur Drehachse (35a) des Scheibenwerkzeugs (32); und
- Schwenken des Scheibenwerkzeugs (32) um eine zweite Achse (14),
rechtwinklig zur Drehachse (35a) des Scheibenwerkzeugs (32), um dessen
Neigung zu dem Zahnkranz (2) zu variieren, wobei die zweite Achse (40)
so positioniert ist, daß sie mit der Achse (4) des Ritzels (3) zusammenfallen
würde, wenn das Ritzel (3) mit dem Zahnkranz (2) kämmen würde;
- wobei die Drehung des Zahnkranzes (2) um die erste Achse (14), das
Schwenken des Scheibenwerkzeugs (32) um die zweite Achse (40) und die
translatorische Bewegung des Scheibenwerkzeugs (32) und des
auszuarbeitenden Zahnkranzes (2) relativ zueinander entlang der Wirklinie (11)
synchronisiert sind und simultan während des gesamten Prozesses der
Formung jedes Zahnabstandes des auszuarbeitenden Zahnkranzes (2)
ausgeführt wird; und
- wobei die Drehung des Zahnkranzes (2) um die erste Achse (14) und das
Schwenken des Scheibenwerkzeugs (32) um die zweite Achse (40) bei
jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten ausgeführt werden, deren Verhältnis in
Abhängigkeit von der Position der Kontaktzone des Scheibenwerkzeugs
(32) mit dem Zahnkranz (2) veränderbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
der Winkelgeschwindigkeiten des Zahnkranzes (2) um die erste Achse (14)
und des Scheibenwerkzeugs (32) um die zweite Achse (40) gleich einem
Übertragungsverhältnis ist, das erhalten werden kann, wenn der fertige
Zahnkranz (2) mit dem Ritzel (3) nur und ausschließlich während der
Bearbeitung von Zwischenabschnitten der Zahnoberflächen des Zahnkranzes
(2) kämmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
relative translatorische Bewegung des Scheibenwerkzeugs (32) und des
auszuarbeitenden Zahnkranzes (2) durch Bewegen des Zahnkranzes (2)
entlang der Wirklinie (11) ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es den Schritt eines Überwachens der Variation im Durchmesser
des Scheibenswerkzeugs (32) und eines entsprechenden Einstellens
der Position der Drehachse (35) des Scheibenwerzeugs (32) relativ zu dem
Zahnkranz (2) umfaßt.
5. Maschine zum Herstellen eines Zahnkranzes (2), der so ausgebildet ist,
daß er mit einem entsprechend gezahnten Ritzel (3), das seine eigene Achse
(4) definiert, kämmt, wobei die Maschine (1) einen Tisch (13) umfaßt, der
um eine erste Achse (14) drehbar ist und so ausgebildet ist, daß ein
auszuarbeitender Zahnkranz (2), der mit seiner Achse zusammen fallend mit der
ersten Achse (14) angeordnet ist, gehalten wird; einem motorgetriebenen
Schneidkopf (27) mit einem motorgetriebenen Scheibenwerkzeug 32), das
um seine eigene Achse (35a) drehbar ist; und Stelleinrichtungen (21, 26,
30) zum Positionieren des Schneidkopfes (27) und Schwenken des
Scheibenwerkzeugs (32) um eine zweite Achse (40), rechtwinklig zur Drehachse
(35a) des Scheibenwerkzeugs (32), wobei die zweite Achse (40) so
positioniert ist, daß sie mit der Achse (4) des Ritzels (3) zusammen fallen würde,
wenn es mit dem Zahnkranz (2) kämmen würde; dadurch gekennzeichnet,
daß das Scheibenwerkzeug (32) einen umfänglichen Schneidabschnitt (37)
umfaßt, dessen Halbschnitt, der durch eine durch die Drehachse (35a) des
Scheibenwerkzeugs (32) hindurch gehende Ebene begrenzt ist, ein
Schneidprofil (38) hat, welches exakt gleich der Kontur der Zähne des
Ritzels (3) ist, die durch eine Ebene rechtwinklig zur Achse (4) des Ritzels (3)
definiert ist; eine elektronische Steuereinrichtung (5), die zum Steuern der
Stelleinrichtung (21, 26, 30) vorgesehen ist, um in der Weise zu wirken,
daß die Drehung des Zahnkranzes (2) um die erste Achse (14) und das
Schwenken des Scheibenwerkzeugs (32) um die zweite Achse (14) bei
jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten ausgeführt wird, deren Verhältnis in
Abhängigkeit von der Position der Kontaktzone des Scheibenwerkzeugs
(32) mit dem Zahnkranz (2) variabel ist.
6. Maschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektronische Steuereinrichtung (5) so ausgebildet ist, daß sie die Stelleinrichtung
(21, 26, 30) steuert, so daß während der Bearbeitung eines
Zwischenabschnitts einer Flanke eines Zahnes des Zahnkranzes (2) das Verhältnis der
Winkelgeschwindigkeiten exakt gleich dem Übertragungsverhältnis ist, daß
sich aus der Kopplung des Ritzels (3) mit dem Zahnkranz (2) ergibt,
während es während der Bearbeitung von Spitzen- und/oder Basisabschnitten
der Flanke gegenüber dem Übertragungsverhältnis unterschiedlich und
kontinuierlich variabel ist.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste
Antriebseinrichtung (12) zum Bewegen des Tisches (13) in Richtung und
weg von dem Scheibenwerkzeug (32) entlang einer ersten Wirklinie (11)
rechtwinklig zur Drehachse (35a) des Scheibenwerkzeugs (32) und eine
zweite Antriebseinrichtung (15) zum Drehen des Tisches (13) um die erste
Achse (14) umfaßt.
8. Maschine gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stelleinrichtung (21, 26, 30) eine dritte (21) und vierte (26) Antriebseinrichtung
zum Bewegen des Scheibenwerkzeugs (32) entlang einer zweiten Wirklinie
(19) bzw. einer dritten Wirklinie (25), die beide rechtwinklig zu der ersten
Wirklinie (11) liegen, und eine zusätzliche Antriebseinrichtung (30) zum
Drehen des Scheibenwerkzeugs (32) um eine Achse (29), rechtwinklig zu
der zweiten (19) und dritten (25) Wirklinie umfaßt, wobei die elektronische
Steuereinrichtung (5) alle Antriebseinrichtungen (12, 15, 21, 26, 30) so
steuert, daß sie simultan und synchron wirken.
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