STEP-LIKE SHARPENED HELICAL GEAR-SHAPED CUTTER

Abstract: 1. Helical cutter wheel with step sharpening, whose upper and lower tooth flanks (20 and 18) each represent an involute helical surface and whose involutes, measured in any chosen planes normal to the axis, can be represented by corresponding straight lines, characterised in that by a correction of the involute helical surface, the involute profiles measured with a ball probe in planes normal to the axis differ from one another such that the straight lines produced through the end points of the paths of contact in the test diagrams of these profiles differ from one another increasingly when comparing each regrind with the original state in the form of displacements which are opposed to the displacements of the straight lines ascertained on test diagrams measured at the cutting edges with edge probe of the effective cutting edges of an uncorrected cutter wheel formed with exact involutes.

Description: Beschreibung Schrägschneidrad mit Treppenscharfschliff Die Erfindung betrifft ein Schrägschneidrad mit Treppenscharfschliff, dessen hohe und tiefe Zahnflanken je eine Evolventenschraubenfläche darstellen. Schräge Aussen- und Innenstirnräder lassen sich im Wälzstossverfahren mit einem Schrägschneidrad erzeugen, das eine laälzdrehung und zusätzlich eine oszillierende Schraubbewegung ausführt. Die Schneidkanten der Schneidradzähne hüllen dabei ein gedachtes Schrägstirnrad ein, das sich am Werkrad abwälzt. Schneidräder für Stirnräder sind Gegenstand der deutschen Norm DIN 1829, deren Teil 1 Begriffe und Bestimmungsgrössen unter anderem für Schrägschneidräder mit Treppenscharfschliff enthält. Die mittlere Flankenlinie eines Schrägschneidrades ist unter einem Schrägungswinkel, der auch derjenige des Werkrades ist, gegen die Radachse geneigt. Der Treppenscharfschliff ergibt sich dadurch, dass die Spanflächen der Schneidradzähne in bezug auf die achsnormal Stirnebene des Schrägschneidrades um einen Steigungswinkel geneigt sind, der im allgemeinen mit dem Zahnschrägungswinkel übereillstilmt. Beim Schrägschneidrad mit Treppenscharfschliff werden diejenigen Zahnflanken als hohe Flanken bezeichnet, deren Schneidkanten beim Blick in Achsrichtung auf die Spanfläche vorstehen, d.h. höher liegen. Die tiefen Flanken sind die mit den tiefer liegenden Schneidkanten. Die Spanfläche jedes Schneidrades ist - unabhängig davon, ob es sich um ein Gerad- oder Schrägschneidrad handelt - um einen Spanwinkel n, der im allgemeinen die Grössenordnung von 50 hat, gegen die Normalebene des Schneidrades geneigt. Die Evolventenflächen, welche die Zahnflanken eines Schrägschneidrades bilden, sind nicht parallel zur Zahnlängsrich tung, sondern gegen diese um einen Freiwinkel geneigt, der im Teilkreis üblicherweise 20 beträgt. Daraus ergibt sich bei den infolge Abnutzung an den Span- und Freiflächen erforderlichen Nachschliffen eine Profilverschiebung des Schneidkantenprofils, die durch Verringern des Achsabstandes zwischen Schneidrad und Werkrad ausgeglichen wird. Das von den Schneidkanten der Zähne gebildete wirksame Zahnprofil, das auch als Zahnprofil des gedachten Hüllschneidrades bezeichnet werden kann, weicht trotz Berücksichtigung von Span- und Freiwinkel in der Schneidradberechnung bei Gerad- und Schrägschneidradern endlicher Zähnezahl infolge der Geometrie der Spanfläche von einem den Verzahnungsdaten des Werkrades entsprechenden genauen Evolventenprofil ab. Während jedoch die Profil-Formabweichungen bei Geradschneidrädern sehr gering sind und zudem immer in Form konkaver Abweichungen auftreten, die eine im allgemeinen erwünschte konvexe Profilkorrektur am Werkrad hervorrufen, erreichen die Profil-Formabweichungen bei Schrägschneidrädern mit zunehmendem Schrägungswinkel erhebliche Beträge, die ausserdem den Nachteil haben, dass sie auf der hohen und der tiefen Flanke entgegengesetzt gekrümmt sind, und zwar auf der hohen Flanke konvex und auf der tiefen Flanke konkav. Bei Schrägschneidrädern mit Treppenscharfschliff sind die Profil-Formabweichungen der wirksamen Schneidkanten ausserdem mit Profil-inkelabeichungen verbunden, derart, dass die ausmittelnden Geraden der mit Schneidentaster gemessenen oder durch Berechnung bestimmten Prüfbilder der wirksamen Schneidkanten beim Vergleich des neuen Zustandes mit jedem Nachschliff infolge der durch die stetig abnehmende Profilverschiebung bewirkten stetigen Verlagerung des Profil-Prüfbereiches zu kleineren Wälzlängen zunehmend verschränkt sind. Diesen Profil Winkelabweichungen am Schneidrad entsprechen Profil-Winkelabweichungen am Werkrad, die bisher nur dadurch in zulässigen Grenzen gehalten werden konnten, dass man von der gesamten Zahnbreite des Schneidrades nur einen verhältnismässig geringen Teil als Nutzbreite zuliess und somit die Anzahl der möglichen Nachschliffe, als- die Nutzungsdauer des Schneidrades, entsprechend beschränken musste, um den Anforderungen an die Genauigkeit der mit Schrägschneidrdern hergestellten Zahnräder, beispielsweise für Kraftfahrzeuggetriebe, genügen zu können. Unter dieser Beschränkung leidet die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Schrägschneidrädern trotz hoher Zerspanungsleistung, die den Einsatz von Schneidrädern gerade in der Gross serienfertigung besonders wünschenswert macht. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bisher bei Schrägschneidrädern infolge ihres Treppenscharfschliffes auftretenden und deshalb üblicherweise als Treppenschliffehler bezeichneten Abweichungen zu vermindern, ohne die Herstellung oder Instandhaltung solcher Schrägschneidräder wesentlich aufwendiger zu machen. Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Profile der Evolventenschraubenflächen im Stirnschnitt von einem exakten, mit Kugeltaster messbaren Evolventenprofil in einer Weise abweichen, durch welche die ausmittelnden Geraden der Prüfbilder dieser Profile sich beim Vergleich des neuen Zustandes mit jedem Nachschliff zunehmend unterscheiden in Form einer Verschränkung, die der Verschränkung der ausmittelnden Geraden der mit Schneidentaster messbaren Prüfbilder der wirksamen Schneidkanten von mit exakten Evolventenprofilen ausgebildeten Zahnflanken entgegengesetzt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäSen Schrägschneidrades beträgt die Verschränkung der ausmittelnden Geraden der Evolventenschraubenflächen beim Vergleich des neuen Zustandes mit dem letzten möglichen Nachschliff des Schrägschneidrades null bis vierzig Winkelminuten, vorzugsweise vier bis fünfundzwanzig Winkelminuten, bezogen auf die Änderung der betreffenden Normaleingriffswinkel. Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. iA einen Schnitt parallel zur Mittenebene eines Zahnes eines Schrägschneidrades, Fig. 1B den Teilzylinderschnitt B-B in Fig. 1A, Fig. 1C den Normalschnitt C-C in Fig. 1B, Fig. 1D einen Schnitt desselben Schrägschneidrades in einer die Schneidradachse enthaltenden Ebene, Fig. 1E den Stirnschnitt E-E in Fig. 1D, Fig. 2A ein mit einem Evolventenprüfgerät mittels Schnei dentaster aufgenommenes (oder berechnetes) Prüf bild der wirksamen Schneidkante einer hohen Zahn flanke, deren Evolventenschraubenfläche im Stirn schnitt ein übliches, exakt evolventenförmiges Pro fil aufweist, Fig. 2B ein entsprechendes Prüfbild der wirksamen Schneid kante einer tiefen Zahnflanke, Fig. 3A zwei übereinander projizierte Prüfbilder der wirk samen Schneidkante der hohen Zahnflanke nach dem ersten und nach dem letzten möglichen Treppenscharf schliff, Fig. 3B zwei entsprechende Prüfbilder der tiefen Zahnflanke, Fig. 4A eine durch Spiegelung des in Fig. 3A dargestellten Prüfbildes an einer waagerechten Bezugslinie sich ergebende gedachte Korrektur der hohen Zahnflanke, welche die Fehler von deren wirksamer Schneidkante vollständig ausgleichen würde, Fig. 4B die entsprechende gedachte Korrektur der tiefen Zahnflanke, Fig. 5A das Prinzip der Erzeugung der Evolventenschrauben fläche einer hohen Zahnflanke mit Korrektur im Wälzverfahren, Fig. 5B einander überlagerte, mit Kugeltaster im Stirn schnitt gemessene Prüfbilder der in Fig. 5A darge stellten, mit aussermittigem Rollbogen wälzgeschlif fenen Zahnflanke am vorderen und am hinteren Ende ihres nutzbaren Bereichs, Fig. 6A das Prinzip der Erzeugung der Evolventenschrauben fläche einer tiefen Zahnflanke mit Korrektur im Wälzverfahren, Fig. GB einander überlagerte, mit Kugeltaster gemessene Prüfbilder der in Fig. 6A dargestellten tiefen Zahnflanke, die durch Wälzschleifen mit aussermit- tigem Rollbogen eine zur Kompensation der Ballig keit ihrer wirksamen Schneidkante an sich richtige Korrektur erhalten hat, die jedoch den falschen Drehsinn der Ausgleichsverschränkung der ausmitteln den Geraden aufweist, Fig. 6C einander überlagerte, mit Kugeltaster gemessene Prüfbilder der in Fig. 6A dargestellten tiefen Zahnflanke, die durch Wälzschleifen mit aussermit tigem Rollbogen eine im Hinblick auf den richtigen Drehsinn der Verschränkung der ausmittelnden Gera den ihrer Schneidkanten richtige Korrektur erhalten hat, Fig. 7A die Stirnansicht'eines neuen Schneidradzahnes, Flg.'7B die Stirnansicht des Zahnes im abgeschliffenen Zu stand, Fig. 8A eine Seitenansicht eines Schrägschneidrades mit Treppenscharfschliff, Fig. 8B eine perspektivische Darstellung des Schrägschneid rades, und Fig. 8C die Draufsicht des Schrägschneidrades. Die Darstellung von Teilen eines Schrägschneidrades in Fig. 1A bis 1D entspricht DIN 1829 Teil 1 Seite 8. Jeder Zahn 10 des Schrägschneidrades hat eine Spanfläche 12, die im Schnitt durch die Zahnmittenebene gemäss Fig. 1A gegen die Normalebene 14 des Schneidradzahnes um den Spanwinkel n geneigt ist und ferner im Teilzylinderschnitt gemäss Fig. 1B gegen die Stirnebene 11 um den Steigungswinkel T geneigt ist. Jeder Zahn hat ferner eine Zahnkopffläche 16, die irn Achsschnitt gemäss Fig. 1D um den Freiwinkel exO geneigt ist. Ferner hat jeder Zahn eine tiefe xO Flanke 18 und eine hohe Flanke 20, die gegen die Zahnmittenebene gemäss Fig. 1B um den Flankenfreiwinkel CH bzw. 5T geneigt sind. Die Schneidrad-Eingriffswinkel in achsnormaler Schnittebene an der tiefen Flanke 18 bzw. der hohen Flanke 20 sind in Fig. 1E mit cttOT bzw. atOH bezeichnet. Die tiefe Zahnflanke 18 bildet mit der Spanfläche 12 gemäss Fig. 1B eine Schneidkante 22, während die hohe Zahnflanke 20 mit der Spanfläche 12 eine Schneidkante 24 bildet, deren wirksame Stirnschnitt-Zahnformen in Fig. 2B bzw. Fig. 2A als Evolventenprüfbilder dargestellt sind. Unter der Voraussetzung, dass die Zahnflanken 18 und 20 auf je einer exakten Evolventenschraubenfläche liegen, ist deren in beliebigem Stirnschnitt berechenbares oder mit einem Kugeltaster messbares Profil eine Evolvente, die in dem üblichen Evolventenprütbild als waagerechte Gerade erscheint. Eine solche Evolvente ist in den Figuren jeweils mit ev bezeichnet. Unterhalb dieser Evolvente erscheint in Fig. 2A das mit einem Schneidentaster messbare Prüfbild der wirksamen Schneidkante 24 der hohen Zahnflanke in Gestalt eines konvexen Bogens. In entsprechender Weise erscheint die wirksame Schneidkante 22 der tiefen Zahnflanke 18 in Fig. 2B oberhalb der Evolvente ev als konkaver Bogen. Die Profil-Formabweichung ff des Prüfbildes der wirksa men Schneidkanten 22 und 24 bezeichnet den Treppenschliffehler, den die Schneidkanten 22 und 24 aufweisen, obwohl sie an Zahnflanken 18 bzw. 20 ausgebildet sind, deren berechenbares oder mit Kugeltaster messbares Prüfbild im Stirnschnitt voraussetzungsgemäss und in der bisher üblichen Weise genau evolventenförmig ist. Die in Fig. 2A und 2B dargestellten Evolventenprüfbilder der Schneidkanten 24 bzw. 22 sind beliebig herausgegriffen, d.h. es handelt sich um Schneidkanten nach einem beliebigen Scharfschliff. In Fig. 3 sind zwei Prüfbilder der Schneidkante 24 der hohen Zahnflanke 20 dargestellt, und zwar ein Prüfbild 24', das sich nach dem ersten Scharfschliff, also bei der Herstellung des sel- ben Schrägschneidrades ergibt, dessen Prüfbilder auch in Fig. 2A und 2B dargestellt sind. Ferner ist in Fig. 3A das Prüfbild 24" dargestellt, das die Schneidkante 24 an der hohen Zahnflanke 20 desselben Schrägschneidrades nach dem letzten möglichen Scharfschliff ergibt. Die beiden Prüfbilder, die sich teilweise überdecken, sind ergänzt durch je eine ausmittelnde Gerade 26' bzw. 26'', welche die beiden Enden der Eingriffsstrecke LaNeu bzw. LaAlt der Schneidkante 24 der hohen Zahnflanke 20 im neuen bzw. alten Zustand miteinander verbindet und die Lage des Prüfbildes in bezug auf die exakte Evolvente ev kennzeichnet. In entsprechender Weise sind in Fig. 3B die Prüfbilder 22' und 22'' der Schneidkante 22 der tiefen Zahnflanke 18 nach dem ersten und nach dem letzten möglichen Scharfschliff, also in neuem und in altem Zustand, dargestellt und auch hier sind die zugehörigen ausmittelnden Geraden 28' und 28'' eingezeichnet. Die gesamte bisherige Darstellung beruht, um dies noch einmal hervorzuheben, auf der Voraussetzung, dass die Prüfbilder der tiefen Zahnflanken 18 und der hohen Zahnflanken 20 des Schrägschneidrades, wie bisher angestrebt, auf der genauen Evolvente ev liegen, wenn man sie im Stirnschnitt misst oder berechnet. In Fig. 4A und 4B sind nun die Prüfbilder aus Fig. 3A und 3B an der waagerechten Bezugslinie, welche die exakte Evolvente ev darstellt, gespiegelt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Treppenschliffehler weitgehend ausgleichen lassen, wenn die Evolventenschraubenflächen, welche die hohe Zahnflanke 20 bzw. die tiefe Zahnflanke 18 bilden, im Stirnschnitt derart von einem genauen Evolventenprofil abweichen, dass sich an diesen Zahnflanken die in Fig. 4A und 4B dargestellten Prüfbilder im Stirnschnitt mit einem Kugeltaster messen lassen. Es handelt sich hier wohlgemerkt nicht mehr um die Prüfbilder der Schneidkanten, die sich mit einem Schneidentaster messen lassen. In Fig. 5A ist ein Zahn 10 des Schrägschneidrades mit Blickrichtung auf seine Stirnseite dargestellt; der Stirn schnitt erscheint hier in Draufsicht und die hohe Zahnflanke 20 in Schrägansicht. Von diesem Zahn interessieren im Zusammenhang mit Fig. 5B ein vorderer Stirnschnitt 1 und ein hinterer Stirnschnitt 2. Fig. 5A zeigt zwei verschiedenen Lagen der Erzeugenden einer hohen Zahnflanke 20. Der Zahnrücken ist dabei zwecks vereinfachter Darstellung zylindrisch (Schrägstirnrad) statt kegelig (Schrägschneidrad) gezeichnet. In Fig. 5B sind nun die in diesen Stirnschnitten 1 und 2 im Wälzschliff mit entsprechenden Einrichtungen, beispielsweise mit aussermittigem Rollbogen, erzeugten Korrektur-Prüfbilder 20' und 20'' der hohen Zahnflanke 20 dargestellt und die zugehörigen ausmittelnden Geraden mit 30' bzw. 30'' bezeichnet. Die zugehörigen Eingriffsstrecken sind als L 1 bzw. La2 bezeichnet; die Summe dieser Eingriffs strecken abzüglich ihrer Über- lappung ist mit ELa bezeichnet. Die ausmittelnde Gerade 30'' geht aus der ausmittelnden Geraden 30' durch eine Drehung um einen Verschränkungswinkel tH hervor. Die Profilkorrektur der hohen Zahnflanken ist derart gewählt, dass der sich aus ihr ergebende Verschränkungswinkel 5H dem Betrag nach zumindest annähernd gleich gross, der Richtung nach aber entgegengesetzt ist zu dem entsprechenden Schränkungswinkel der Schneidkante 24 der hohen Zahnflanke 20 gemäss Fig. 3A. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Profilkorrektur der hohen Zahnflanke 20 den Treppen schliffehler der Schneidkante 24 dieser Zahnflanke 20 vollständig oder wenigstens annähernd kompensiert, und zwar sowohl hinsichtlich deren balligen Abweichungen von der Evolvente ev wie hinsichtlich der Verschränkungen. Bei der tiefen Zahnflanke 18, die in Fig. 6A in einer Rückenansicht des Zahns 10 dargestellt ist, lässt sich eine gleichermassen vollständige Korrektur nicht durchführen, weil bei der Erzeugung der korrigierten tiefen Zahnflanke 18 im Wälzschliff mittels aussermittigem Rollbogen die Reihenfolge der Prüfbilder in bezug auf den Balligkeitsverlauf sich umkehrt (siehe Fig. 6B), so dass die Verschränkung nicht den nach Fig. 4B gewünschten, aus der Treppenschliffehler-Berechnung hervorgegangenen Drehsinn erhält. Man hat die Wahl, gemäss Fig. 6B die infblge des Treppenschliffehlers auftretende ballige Abweichung der wirksamen Schneidkante 22 von der Evolvente ev weitgehend zu beseitigen und dabei eine zusätzliche Verschränkung gT in Kauf zu nehmen, die mit derjenigen in Fig. 3B richtungsgleich ist; das Ergehnis ist dann, dass die ausmittelnden Geraden der mit Schneidentaster messbaren Prüfbilder der wirksamen Schneidkante 22 nach dem ersten und nach dem letzten Scharfschliff eine entsprechend verstärkte Verschränkung aufweisen. Dies bedeutet, dass nur bei einem mittleren Abnutzungszustand des Schneidrades Werkräder gefertigt werden können, deren Eingriffswinkelabwei- chung an den von den Schneidkanten 22 bearbeiteten Flanken innerhalb enger Toleranzen liegen; im neuen und im nahezu vollständig verbrauchten Zustand erzeugt das Schneidrad dagegen Werkräder mit entsprechend vergrösserter, im allgemeinen nicht zulässiger Eingriffswinkelabweichung. Deshalb ist es im allgemeinen vorzuziehen, die Profilkorrektur der tiefen Zahnflanke 18 gemäss Fig. 6C so zu wählen, dass die Verschränkung der ausmittelnden Geraden der mit Kugeltaster im Stirn schnitt messbaren Prüfbilder in den Stirn schnitten 1 und 2 eine Verschränkung T aufweist, die der in Fig. 4B dargestell- ten entgegengerichtet ist. Die Schneidkante 22 der tiefen Zahnflanke 18 ergibt dann nach dem ersten und nach dem letzten möglichen Scharf schliff mit Schneidentaster messbare Prüfbilder, deren Verschränkung gleich oder nahe null ist. Gegenüber diesem im Hinblick auf die Genauigkeit der Eingriffswinkel der Werkräder entscheidenden Vorteil ist es von untergeordneter Bedeutung, dass der grösste Absolutbetrag der Frofil-Formabweichung der Prüfbilder der Schneidkante 22 von der Evolvente ev grösser ist als wenn eine Flankenkorrektur an der tiefen Zahnflanke 18 unterlassen worden wäre, zumal die vergrösserte Profil-Formabweichung eine vergrösserte Konvexballigkeit der erzeugten Werkrad-Zahnprofile bewirkt, die im allgemeinen erwünscht, in besonderen Fällen (Vorverzahnung der beim Rollen gezogenen Werkradflanken) sogar erforderlich ist. In Fig. 7A'und 7B ist das unkorrigierte, genaue Evolventenprofil der tiefen Zahnflanke 18 und der hohen Zahnflanke 20 jeweils mit dicken Linien dargestellt, und zwar in Fig. 7B für den Stirnschnitt 1 und in Fig. 7B für den Stirnschnitt 2. Mit dünnen Linien sind schematisch und unmassstäblich die zugehörigen Korrekturen dargestellt, welche die Flankenprofile in den betreffenden Stirnschnitten übereinstimmend mit Fig. SB und Fig. 6C aufweisen müssen, damit sich die erwünschte Korrektur des Treppenschliffehlers der wirksamen Schneidkanten 22 und 24 ergibt.

Claims: Patentansprüche 1. Schrägschneidrad mit Treppenscharfschliff, dessen hohe und tiefe Zahnflanken je eine Evolventenschraubenfläche darstellen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Profile der Evolventenschraubenflächen im Stirnschnitt von einem exakten, mit Kugeltaster messbaren Evolventenprofil in einer Weise abweichen, durch welche die ausmittelnden Geraden der Prüfbilder dieser Profile sich beim Vergleich des neuen Zustandes mit jedem Nachschliff zunehmend unterscheiden in Form einer Verschränkung, die der Verschränkung der ausmittelnden Geraden der mit Schneidentaster messbaren Prüfbilder der wirksamen Schneidkanten von mit exakten Evolventenprofilen ausgebildeten Zahnflanken entgegengesetzt ist. 2. Schneidrad nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verschränkung der ausmittelnden Geraden der Evolventenschraubenflächen beim Vergleich des neuen Zustandes mit dem letzten möglichen Nachschliff des Schrägschneidrades einer Änderung des Normaleingriffswinkels an von 0 bis 40, vorzugsweise 4 bis 25 Winkelminuten entspricht.

Inventors: CLARENBACH, JOHANNES, DIPL.-ING.
Applicants: MAAG-ZAHNRADER UND -MASCHINEN AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: B23F21
IPC codes: B23F21