DE2721164C3 - Topfschleifscheibe zum Schleifen von spiral- bzw. bogenverzahnten Kegelrädern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Topfschleifscheibe mit zwei kegeligen Schleifflanken zum Schleifen von spiral- bzw. bogenverzahnten Kegelrädern im Teilwälzverfahren.

Es ist bekannt (vgl. US-PS 3t 27 709; Bulletin of JSME, Vol.10, No. 38, 1967, Seiten 399 ff.), beim Schleifen von spiral- bzw. bogenverzahnten Kegelrädern im Teilwälzverfahren mit Topfschleifscheiben zu arbeiten, deren kegelige Schleifflanken einander abgewandt sind, gleichsam einen nach außen vorstehenden Kegelaußenring bilden und die gleichzeitige Bearbeitung der eine Zahnlücke bildenden, gegenüberliegenden Zahnflanken erfolgen zu lassen. Neben Problemen, die sich auf die Erzeugung der genauen Zahnform von Rad und Gegenrad einer Zahnradpaarung beziehen, besteht dabei auch das Problem, daß nur mit verhältnismäßig geringen Abtragsleistungen geschliffen werden kann, wenn Schleifbrand und Schleifrisse vermieden werden sollen. Bei der bekannten Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung ist zwar zur Vermeidung von Schleifbrand und Schleifrissen vorgesehen, der Schleifachse der Topfschleifscheibe eine zyklische Zusatzbewegung auf einer exzentrischen Kreisbahn zu erteilen. Dies erfordert jedoch zusätzlichen Aufwand für Lagerung und Führung der Schleifspindel, außerdem können unter Umständen die dabei unvermeidlichen Marken stören, die durch die Zui,atzbewegung verursacht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung in einfacher Weise — und selbstverständlich ohne Hinnahme von Schleifbrand, Schleifrissen o. dgl. — eine Beschleunigung des Schleifvorgangs zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schleifflanken einander unter Bildung eines eingesenkten Kegelinnenrings zugewandt sind. Damit ist es zunächst — wie bei der bekannten Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung — möglich, gleichzeitig zwei Zahnflanken zu schleifen, die nun allerdings nicht einer Zahnlücke, sondern einem Zahn angehören. Die vorstehend angegebene Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe beruht auf folgender Erwägung: Aus verschiedenen Gründen, insbesondere auch zur Wärmeabfuhr, wird beim Schleifen meist mit Kühlmittelzufuhr gearbeitet. Bei der bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Schleifflanken der Topfschleifscheibe einander abgewandt sind, zeigt die Beobachtung, daß das Kühlmittel von den Schleifflanken durch Zentrifugalwirkung abgeschleudert wird und folglich nur für kurze Zeit im Schleifbereich gehalten werden kann. Die Wärmeabfuhr durch das Kühlmittel ist dementsprechend gering. Dagegen zeigt sich bei einem erfindungsgemäßen Werkzeug, daß das Kühlmittel in dem durch die einander zugewandten Schleifflanken gebildeten eingesenkten Kegelinnenring gleichsam festgehalten wird — zusätzlich unterstützt durch die Oberflächenspannung des Kühlmittels, so daß das Kühlmittel für wesentlich längere Zeit im Schleifbereich gehalten und damit in einfacher Weise eine wesentlich verbesserte Wärmeabfuhr erreicht werden kann. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, ohne Gefahr von Schleifbrand oder Schleifrissen mit höheren Abtragsleistungen zu arbeiten und damit den Schleifvorgang zu beschleunigen.

Es ist (aus der Praxis) allgemein bekannt, zur

ίο Verbesserung der Spülung des Kühlmittels am Werkstück und damit zur Verbesserung der Kühlwirkung zu den Schleifflanken quer verlaufende Kerben vorzusehen. Das berührt die vorstehend erläuterte Lehre der Erfindung jedoch nicht

Im übrigen kennt man (vgl. US-PS 14 11 390, US-PS 21 07 460) zur Bearbeitung von Zahnrädern Fräserbzw. Messerköpfe, bei denen Arbeitsschneiden einander zugewandt so angeordnet sind, daß gleichzeitig die einen Zahn des Werkstück-Zahnrades begrenzenden Zahnflanken bearbeitet werden können. Eine Anregung zur Lehre der Erfindung hat davon jedoch schon deswegen nicht ausgehen können, weil das Kühlmittel zwischen den diskreten Arbeitsschneiden eines Messerkopfes bzw. Fräsers, gleichgültig wie diese angeordnet sind, offensichtlich auf keinen Fall gehalten werden kann.

Eingangs ist angedeutet worden, daß bei Vorrichtungen der eingangs beschriebenen Gattung auch Probleme hinsichtlich der genauen Formgebung der Zähne von Rad und Gegenrad einer Zahnradpaarung bestehen. Für das Fräsen von Zahnradpaarungen ist es bekannt (vgl. »Konstruktion«, 10 (1958), Heft 3, Seiten 93 ff), Rad und Gegenrad mit gleichsam komplementären Werkzeugen zu bearbeiten, wobei die Bahnen der Schneidkanten des einen Messerkopfes dem Zahn des zugeordneten Planrades und die des anderen Messerkopfes die Zahnlücke des entsprechenden Gegenplanrades bilden. Dieses Verfahren ermöglicht es, sowohl Rad als auch Gegenrad ohne schwierige und zeitaufwendige Kontroll- und Einstellarbeiten in einem Arbeitsgang genau zueinander passend zu bearbeiten. Zusätzlich zu der vorstehend erläuterten Beschleunigung des Schleifvorgangs bietet die Erfindung die Möglichkeit, in analoger Weise beim Schleifen von Zahnradpaarungen Rad und Gegenrad in je einem einzigen Arbeitsgang genau zueinander passend zu schleifen, indem beispielsweise das Rad mit einer Topfschleifscheibe mit Kegelaußenring und das Gegenrad mit einer Topfschleifscheibe mit Kegelinnenring geschliffen werden. In diesem Zusammenhang besteht auch die Möglichkeit, eines der Zahnräder, vorzugsweise das Tellerrad einer aus Tellerrad und Ritzel bestehenden Paarung, durch Formschleifen zu bearbeiten und nur das Ritzel in der vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Weise im Teilwälzverfahren zu schleifen. Vorteilhaft kann es sein, der Schleifachse eine zyklische Zusatzbewegung geringer Exzentrizität zu erteilen. Diese Maßnahme, die an sich bekannt und vorstehend erläutert worden ist, führt in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Topfschleifscheibe zu einem besonderen Effekt, nämlich dazu, daß die im Kegelinnenring gehaltene Kühlflüssigkeit durch die Zusatzbewegung gleichsam in den Schleifbereich zwischen Schleifflanken und Werkstück hineingepumpt wird. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr aus dem Schleifbereich. Im Rahmen der zyklischen Zusatzbewegung wird jeweils auf dem außenliegenden Abschnitt der Zusatzbewegung die

äußere Flanke und auf dem innenliegenden Abschnitt die innere Flanke von Zahnlücke bzw. Zahn geschliffen. Dabei erweist sich, daß die Längskrümmung der äußeren und der inneren Flanke von Zahn bzw. Zahnlücke durch die Zusatzbewegung unterschiedlich beeinflußt werden. Das führt zu einer erwünschten Breitenballigkeit, die ein begrenztes. Breitentragen ermöglicht und damit eine günstige Verlagerungsfähigkeit mit sich bringt

Die Zusatzbewegung erfolgt in besonders einfacher Weise auf einer zur Schleifachse exzentrischen Kreisbahn. Es bestehen aber auch weitere Möglichkeiten. So kann die Bahn der Zusatzbewegung auch unstetig verlaufen und beispielsweise aus zwei gleichsinnig gekrümmten Bahnabschnitten mit unterschiedlichen Krümmungsradien bestehen, ferner können zwischen den gekrümmten Bahnabschnitten der Zusatzbewegung im wesentlichen senkrecht zur Zahnflanke verlaufende Bewegungsabschnitte vorgesehen werden, und schließlich können die Mittelpunkte der gekrümmten Bahnabschnitte an unterschiedliche Stellen gelegt werden. Mit diesen verschiedenen Ausgestaltungsmöglichkeiten können sowohl die erläuterte Pumpwirkung als auch die angedeutete Beeinflussung der Zahnform variiert werden. Im übrigen empfiehlt es sich, die Zusatzbewegung so auszulegen, daß das Verhältnis von Schnittgeschwindigkeit zu Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe zwischen 30:1 und 60:1 liegt und ferner vorzugsweise Schnittbewegung und Zusatzbewegung einander entgegengerichtet, sind, also gleichsam im Gegenlauf geschliffen wird, wodurch höhere Zustellbeträge, also weiter erhöhte Abtragsleistung ohne Gefahr von Schleifbrand oder Schleifrissen möglich werden. Mit Vorschub ist bei alldem die Bewegung des Berührpunktes von Schleifscheibe und Werkstück Zahnrad in Zahnlängsrichtung gemeint.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung die Eingriffsverhältnisse einer Zahnradpaarung bzw. zwischen Schleifscheibe und Zahnrad,

Fig.2 in perspektivischer Darstellung Werkstück Zahnrad und Topfschleifscheibe im Eingriff,

F i g. 3 und 4 die Zusatzbewegung der Schleifachse in Verbindung mit einem bogenverzahnten Kegelrad in der Darstellung als Planrad.

In Fig. 1 ist links ein Zahnradpaar mit zwei miteinander kämmenden Kegelrädern 1 und 2 mit Spiralverzahnung dargestellt, wobei beide Räder 1,2 die gleiche Teilkegellänge R aufweisen. Die Teilkegelwinkel der beiden Räder sind mit <5oi und O02 bezeichnet. Schließlich weisen beide Räder die äußere Teilkegellänge Ra auf. In diesem besonderen, für die Erfindung aber unmaßgeblichen Fall ist die Zahnhöhe unabhängig von der Teilkegellänge/?.

Rechts neben der Radpaarung sind die äußeren Teilkreise Ra in die Zeichenebene projiziert, in der sie sich folglich als Ellipsen darstellen, die strichpunktiert angedeutet sind. Von Rad 1 ist ein Zahn 10 und von Rad *^η 2 eine Zahnlücke 20 dargestellt. Den beiden miteinander kämmenden Rädern 1, 2 ist eine (idealisierte) Planverzahnung mit geraden Flankenlinien zugeordnet, die mit beiden Rädern gleichzeitig kämmt und deren Berührpunkte in den einzelnen Wälzstellungen mit beiden Rädern 1, 2 gleichzeitig auch die Berührpunkte der beiden Räder miteinander sind. Diese Planverzahnung — das sog. ideelle Planrad — läßt sich abgewickelt als Zahnstange 3 zwischen den beiden Rädern 1, 2 darstellen. Diese ideelle Planverzahnung bzw. das Planrad weist einen äußeren Halbmesser gleich der äußeren Teilkegellänge R₁ und einen Teilkegelwinkel von 90° — also einen doppelten Teilkegelwinkel von 180° auf. Üblicherweise hat das Werkzeug die Form der in F i g. 1 rechts dargestellten topfförmigen Schleifscheibe 5. Mit dieser Schleifscheibe, deren einander abgewandte Schleifflanken 51,52 einen Kegelaußenring bilden, können die rechte und die linke Flanke der Zahnlücke 20 des Zahnrades 2 erzeugt werden. Oberhalb des ideellen Pianrades 3 ist in F i g. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Topfschleifscheibe 7 angedeutet, deren einander zugewandte Schleifflanken 71,72 einen Kegelinnenring bilden.

Ein konkretes Ausführungsbeispiel ist in F i g. 2 dargestellt Die Schleifscheibe 7 mit dem kegeligen Flankenprofil 71, 72 sitzt auf einer Spindel 53, die in Drehrichtung 54 umläuft Diese Umlaufbewegung ist die Schnittbewegung der Schleifscheibe. Auf einer hierzu geneigten Achse 23 bzw. einer Antriebswelle sitzt das zu schleifende Kegtlrad 2, das eine oszillierende Drehbewegung — die V/älzbewegung — in Richtung des Doppelpfeils 24 durchführt Die Schleifscheibe 7 führt neben der Schnittbewegung 54 noch eine der Bewegung 24 des Kegelrades 2 angepaßte Wälzbewegung 56 durch, wozu ein Wälzkörper dient, der die Schleifscheibe in einer zyklischen Bewegung um den Schnittpunkt 57 der Achse 23 des Rades 2 mit der Mittellinie 58 der Zahnhöhe führt. In der Momentdarstellung wird der Zahn 10 des Kegelrades geschliffen, wobei die in der Zeichnung untere Flanke 11 von der äußeren Schleifflanke 71, die obere Flanke 12 von der inneren Schleifflanke 72 bearbeitet wird. Dabei erfolgt die Bearbeitung der einen Flanke 11 bzw. 12 von außen nach innen, die dar anderen Flanke von innen nach außen, und zwar jeweils bei Abwälzen des Rades in der einen oder anderen Richtung des Doppelpfeils 23. Man erkennt, wie die einander zugewandten kegeligen Schleifflanken 71, 72 gleichsam einen Kegeünnenring bilden.

Der Dreh- oder Schnittbewegung 54 der Schleifscheibe 7 ist eine zyklische Zusatzbewegung 55 geringer Exzentrizität überlagert, die entweder von der Schleifscheibe 7 gegenüber der Schleifspindel 53 oder direkt von dieser durchgeführt wird. Dies wird anhand des ideellen Planrades 6 in F i g. 3 näher erläutert, bei dem die Schnittlinien eines Zahns mit 61 und 62 bezeichnet sind. Die Zahnflanken werden von einer nicht gezeigten Schleifscheibe mit dem äußeren Radius r_a und dem inneren Radius /7 erzeugt, die um die Achse 63 dreht. Diese Drehbewegung ist wiederum die Schnittbewegung. Ferner führt die Schleifscheibe um ihre Achse eine zyklische Bewegung, im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Kreisbewegung aus, deren Bewegungsbahn in der Zeichnung mit 64 bezeichnet ist. Beide Bewegungen erfolgen in Richtung des Pfeils 65. Bei der in Fig.3 dargestellten Richtung der Zusatzbewegung wandert die Berührzone an der konkaven Flanke vom äußeren Zahnende zum inneren Zahnende und an der konvexen Flanke vom inneren Zahnende zum äußeren Zahnende. Durch die Art der Zusatzbewegung und die begrenzte Länge der Berührfläche zwischen Schleifscheibe und Werkrad ist die Wärmeeinwirkung auf das Rad unter dem Schleifen und damit die Schleifbrandgefahr geringer.

Die Schleifscheiben 5 und 7 weisen die gleiche Achse 8 auf. Während die Schleifscheibe 5 mit ihren kegeligen

Schleifflanken 51, 52 die Zahnlücke 20 des Rades 2 bearbeitet, werden mit der Schleifscheibe 7 die Flanken des mit dieser Zahnlücke kämmenden Zahns 10 des Gegenrades 1 geschliffen, und zwar in einem einzigen Arbeitsgang. Die Schleifscheibe 7 bzw. ihre Spindel kann in Richtung ihrer Achse 8 gemäß Richtungspfeil 81 verschiebbar :> Jn, so daß die Scheibe auf einem anderen Durchmesser schleift. Dadurch wiederum läßt sich die Breitenballigkeit variieren. In Fig.4 sind mehrere denkbare Bewegungsbahnen für die Zusatzbewegung schematisch dargestellt. Fig.4a zeigt die bereits erläuterte Kreisbahn. Fig.4b zeigt eine andere zyklische Kurve, bei der zwei Abschnitte von Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien aneinandergefügt sind. Während sich bei einer kreisförmigen Zusatzbewegung gemäß F i g. 4a eine große Nebenzeit ergibt, in der die Schleifscheibe keine der Zahnflanken berührt, wird diese Zeit durch eine Form der Zusatzbewegung gemäß Fig.4b reduziert. Außerdem ergibt sich eine größere Variationsbreite bei de- Wahl der gewünschten Breitenballigkeit.

Bei der Bewegungsbahn gemäß F i g. 4c wird in den Endlagen noch jeweils eine Verstellung vorgenommen, die eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung des Rades hat. Auf diese Weise kann ein Spielausgleich zwischen der Schleifscheibe und der Zahnbreite des Rades vorgenommen werden.
Schließlich können die Mittelpunkte der Zusatzbewegung auch beliebig gewählt werden wie dies bei F i g. 4d verdeutlicht ist. Dadurch ist eine günstige Beeinflussung der Tragbildlage auf einer Zahnflanke unabhängig von der Tragbildlage auf der anderen Zahnflanke gegeben. Weitere Möglichkeiten sind in den F i g. 4e—g angedeutet.

Das vorstehend beschriebene Werkzeug eignet sich vor allem für das Schleifen von Präzisionsverzahnungen, z. B. für den Werkzeugmaschinen- und den Druckmaschinenbau, für schnellaufende Getriebe und im Flugzeugbau. Die Vorverzahnung wird man im allgemeinen durch Fräsen erzeugen, danach die Räder härten und dann schleifen. Bei Serienfertigung, z. B. für Kraftfahrzeuge, kann die Vorbearbeitung der Verzahnung durch Präzisionsschmieden und nach dem Härten die Endbearbeitung durch Schleifen erfolgen. Ferner ist es möglich, das eine Rad — in aller Regel das mit der größeren Zähnezahl — durch Formschleifen und das Gegenrad, wie vorstehend erläutert, im Teilwälzverfahren zu bearbeiten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Topfschleifscheibe mit zwei kegeligen Schleifflanken zum Schleifen von spiral- bzw. bogenverzahnten Kegelrädern im Teilwälzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifflanken (71, 72) einander unter Bildung eines eingesenkten Kegelinnenrings zugewandt sind.