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Verfahren zum Herstellen eines zahnradähnlichen Honwerkzeuges zum
Fertigbearbeiten von Zahnrädern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Herstellen eines zahnradähnlichen Honwerkzeuges zum Fertigbearbeiten von gehärteten
Zahnrädern, insbesondere Kegel-, Spiralkegel- und Hypoidzahnrädern und insbesondere
solchen mit längsballigen Zähnen.
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Das Nachbearbeiten gehärteter Kegel-, Spiralkegel-oder Hypoidzahnrädern
erfolgt bis heute praktisch ausschließlich durch Lappen. Wenn man beim Lappen ein
begrenztes Tragbild, d. h. hallig geformte Flanken, erhalten will, müssen komplizierte
Läppmaschinen verwendet werden, die den Zahnrädern während des Lappens Zusatzbewegungen
erteilen. Gelappte Zahnräder müssen außerdem durch Aussuchen nach dem Tragbild miteinander
gepaart werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines zahnradähnlichen
Honwerkzeuges zu schaffen, mittels dessen Zahnräder, insbesondere Kegel-, Spiralkegel-
und Hypoidzahnräder mit in ihrer ganzen Ausdehnung nachbearbeiteten längsballigen
Zähnen, erzeugt werden können.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung stellt man von einem Meisterrad
des zu honenden Zahnrads zunächst ein Hilfsmodell her, bei dem mindestens die Oberfläche
der Zähne bis zu einer gewissen Tiefe aus einem harten nachgiebigen Kunststoff mit
eingebetteten Schleifmittelkörnern besteht. Dann läßt man dieses Schleifmittelkörner
enthaltende Hilfsmodell im Eingriff mit einem einem zugeordneten Zahnrad etwa entsprechenden
Modell, vorzugsweise aus Kunststoff, laufen. Danach wird von dem durch die Einwirkung
des Hilfsmodells abgeänderten Modell eine Gießform hergestellt und schließlich in
der Gießform ein zahnradähnliches Honwerkzeug gegossen, dessen Zähne wenigstens
an der Oberfläche bis zu einer gewissen Tiefe aus einem harten nachgiebigen Kunststoff
mit eingebetteten Schleifmittelkörnern bestehen.
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Beim Kämmen des Modells mit dem Hilfsmodell wird mittels der in den
Zähnen des Hilfsmodells eingebetteten Schleifmittelkörner Material von den Kunststoffzähnen
des Modells abgetragen. Bei längsballigen Zähnen wird die Bearbeitung des Modells
so lange fortgesetzt, bis seine Zähne in Längsrichtung hohle Flanken aufweisen,
welche beim Abwälzen mit sich über die ganze Zahnbreite erstreckenden Flankenlinien
mit dem die Schleifmittelkörner enthaltenden Hilfsmodell in Berührung stehen.
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Von dem bei dem Verfahren erhaltenen Modell können beliebig viele
Honwerkzeuge abgegossen werden, deren Zähne wenigstens an der Oberfläche bis zu
einer gewissen Tiefe, wie an sich bekannt, aus einem harten nachgiebigen Kunststoff
mit eingebetteten Schleifmittelkörnern bestehen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung eines Honwerkzeuges
in Gestalt eines beliebigen Zahnrades verwendet werden, welches man zur Bearbeitung
eines Werkstückes in Form eines dem Honwerkzeug allgemein zugeordneten Zahnrades
mit diesem im Eingriff laufen läßt. Insbesondere jedoch läßt sich das erfindungsgemäße
Verfahren zum Herstellen eines Honwerkzeuges für das Honen von Balligen Zähnen verwenden.
Als ballige Zähne werden solche bezeichnet, deren Flanken gegenüber der theoretischen
Form dadurch abgeändert sind, daß an ihren Enden und in manchen Fällen auch in der
Nähe des Zahnkopfes und Zahnfußes etwas Material abgetragen worden ist, um bei Lagerungenauigkeiten
oder Deformationen des Gehäuses ein Kantentragen der Zahnräder zu vermeiden, das
bei größerer Lastübertragung zum Bruch der Zähne führen kann, und um einen ruhigen
Lauf zu erhalten..
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Die durch Fertigbearbeitung mittels eines nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Honwerkzeugs erhaltenen Zahnräder und Zahnradpaare sind
im Vergleich zu solchen, die mittels bekannter Verfahren hergestellt sind, in einem
viel größeren Ausmaß untereinander austauschbar.
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Zur Herstellung von Profilschleifwalzen für das Bearbeiten von Feilen
ist es bereits bekannt, durch Abrollen einer Mutterquetschwalze mit dem Originalprofil
am Umfang eines Hilfsmodells das Gegenprofil des Originalprofils. zu erzeugen und
dieses Hilfsmodell,
ohne es zu zerstören, auf die gleiche Weise,
d. h. mittels Abrollen, zu vervielfältigen, um Schleifwalzen mit dem Originalprofil
zu erhalten.
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Gemäß der Erfindung geht man bei der Herstellung eines Honwerkzeugs
für die Fertigbearbeitung eines Zahnrades von einem Meisterzahnrad aus. Der erste
Schritt besteht in der Anfertigung eines Hilfsmodells dieses Meisterzahnrades aus
Kunststoff. Dies geschieht in der Weise, daß man eine Kunststofform von dem Meisterzahnrad
herstellt, die Oberfläche der Form mit einem Trennmaterial, z. B.-" Wachs, behandelt
und die Form dann zum Herstellen eines Hilfsmodells des Zahnrades benutzt, bei dem
mindestens die Oberflächenabschnitte der Zähne bis zu einer gewissen Tiefe aus einem
harten nachgiebigen Kunststoff mit eingebetteten Schleifmittelkörnern bestehen.
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In ähnlicher Weise stellt man ein Modell eines dem Meisterzahnrad
zugeordneten Zahnrades her, indem man das zugeordnete Zahnrad abformt und die gewonnene
Form zum Gießen des Modells verwendet. Als ein dem Meisterzahnrad zugeordnetes Zahnrad
wird vorzugsweise das Zahnrad verwendet, das später im Betrieb mit dem zu honenden
Zahnrad gepaart werden soll. Es sei jedoch bemerkt, daß das Modell nicht unbedingt
eine Nachbildung dieses Zahnrades sein muß, sondern daß es im Vergleich dazu ein
im Bereich der Zahnflanken überschüssiges Material haben kann, das beider Bearbeitung
des Modells abgetragen wird.
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Das Modell des dem Meisterzahnrad zugeordneten Zahnrades kann vollständig
aus Kunststoff bestehen oder aber einen Kern aus einem anderen Material, z. B. aus
Metall, besitzen. Ein wesentliches Erfordernis besteht darin, daß in den Oberflächenbereichen
der Zähne genügend Kunststoff vorhanden ist, damit bei dem nachfolgenden Schritt
eine erhebliche Materialmenge abgetragen werden kann.
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- Nun läßt man das Modell im Eingriff mit dem Hilfsmodell des Meisterzahnrades
laufen. Die Drehbewegung der Modelle wird dadurch erzielt, daß man nur eines der
Modelle antreibt, wobei der Mitnahme des anderen Modells mittels einer Bremsvorrichtung
ein Widerstand entgegengesetzt wird. Dabei wird das angetriebene Modell zunächst
in der einen Richtung und dann in der anderen Richtung in Drehung versetzt. Während
dieses Laufens werden von dem Hilfsmodell infolge der in den Oberflächenabschnitten
seiner Zähne eingebetteten Schleifmittelkörner die Flanken des Modells des zugeordneten
Zahnrades bearbeitet. Diese Bearbeitung wird fortgesetzt, bis die Zahnflanken der
Kunststoffzähne des Modells mit sich über die ganze Zahnbreite erstreckenden Flankenlinien
mit den Zahnflanken des Hilfsmodells in Berührung stehen.
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Wenn das Meisterzahnrad, -von dem das Hilfsmodell eine Nachbildung
darstellt, ballige Zähne besitzt, beschränkt sich die Berührung zwischen den Zähnen
des Hilfsmodells und des Kunststoffmodells zu Beginn des Bearbeitungsvorganges auf
eine zentrale Zone der Zähne. Wenn man die Modelle jedoch in gegenseitigem Eingriff
umlaufen läßt, so wird durch das Abtragen von Material von den Zähnen des Kunststoffmodells
bewirkt, daß diese in Längsrichtung konkav werden und nunmehr die Zähne des schleifend
wirkenden Hilfsmodells über ihre ganze Länge berühren können.
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Das durch diesen Verfahrensschritt abgeänderte Kunststoffmodell des
zugeordneten Zahnrades wird zur Herstellung einer Gießform verwendet, indem man
das abgeänderte Kunststoffmodell mittels Kunststoff abformt, den Kunststoff härtet
und von der so erhaltenen Form das abgeänderte Modell trennt. Diese Form wird dann
zum Gießen des endgültigen Honwerkzeuges benutzt, dessen Zähne wenigstens an der
Oberfläche aus einem harten nachgiebigen Kunststoff mit eingebetteten Schleifmittelkörnern
bestehen.
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Das so erhaltene Honwerkzeug ist profilmäßig kongruent zu dem abgeänderten
Kunststoffmodell, und infolgedessen sind seine Zähne in Längsrichtung in einem solchen
Ausmaß konkav, daß sie an den fertigen balligen Zähnen eines zum Meisterzahnrad
kongruenten Werkstückrades über die ganze Zahnlänge gleichmäßig angreifen.
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Das endgültige Honwerkzeug kann vollständig aus hartem jedoch nachgiebigem
Kunststoff hergestellt werden, doch wird man gewöhnlich einen Metallkern in Form
einer Scheibe verwenden und nur den verzahnten Abschnitt aus Kunststoff herstellen.
In manchen Fällen kann diese Metallscheibe kurze Zähne tragen, die sich bei dem
fertigen Werkzeug teilweise in die Kunststoffzähne hinein erstrecken.
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Es ist wichtig, wenigstens die Zahnabschnitte des Honwerkzeugs aus
einem harten jedoch nachgiebigen Kunststoff herzustellen. Die Härte dieses Kunststoffs
muß ausreichen, um einer Verformung einen erheblichen Widerstand entgegenzusetzen,
so daß hohe Stellen und Unregelmäßigkeiten auf den Zähnen des fertigzubearbeitenden
Metallzahnrades einer starken Honwirkung unterzogen werden. Gleichzeitig muß das
Kunststoffmaterial genügend nachgiebig sein, um ein Abbröckeln oder Ausbrechen von
Materialteilchen zu verhindern, wenn es starken örtlichen Belastungen ausgesetzt
wird, wie es z. B. der Fall ist, wenn die mit ihm kämmenden Zähne eines fertigzubearbeitenden
Zahnrades Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweisen. Schließlich muß der Kunststoff
ein Rückfederungsvermögen besitzen, damit ein aus seiner Lage gebrachter Oberflächenbezirk
beim Wegnehmen der Last wieder in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt, so daß das
einer Fertigbearbeitung unterworfene Zahnrad -genau bearbeitete Zahnoberflächen
erhält.
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Die Korngröße der Schleifmittelkörner hängt einerseits von dem Material
des zu bearbeitenden Zahnrades und andererseits davon ab, ob bei dein Honen erhebliche
Materialmengen abgetragen oder lediglich Oberflächenfehler u. dgl. behoben werden
sollen.
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Ausgezeichnete Ergebnisse werden erzielt, wenn man als Kunststoff
für das Honwerkzeug ein Epoxygußharz mit den nachstehenden physikalischen Eigenschaften
verwendet: Schwindung etwa 0;07°/0; Dichte etwa 1,77 g/cms; Zugfestigkeit etwa 560
kg/cm2; Druckfestigkeit etwa 1350kg/cm2; Biegfestigkeit etwa 700 kg/cm2; Rockwellhärte
M 100; Hitzebeständigkeit etwa 93' C; Kerbschlagfestigkeit (nach I z o d):
etwa 2,765 cmkg/cm.
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Die vorstehenden Eigenschaften gelten für ein Epoxygußharz, das durch
Hinzufügen eines schleifend wirkenden Füllstoffs eine erhöhte Abriebfestigkeit besitzt.
Durch die bei dem Verfahren nach der Erfindung vorgesehene Beigabe der Schleifmittelkörner
sowie durch Hinzufügen von Verstärkungsmaterial, wie Glas- oder Asbestfasern u.
dgl., werden mindestens einige dieser physikalischen Eigenschaften geändert.
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Hervorragende Ergebnisse werden erzielt, wenn man als Schleifmittel
z. B. Siliziumkarbid mit einer Korngröße von etwa 0,4 mm verwendet.
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Das gleiche Epoxyharz oder ähnliche Epoxyharze kann man für die Herstellung
des Meisterzahnrades und des zugeordneten Zahnrades verwenden, nach denen zunächst
die Modelle hergestellt werden, sowie für die Modelle selbst, von denen eines Schleifmittelkörner
enthält, und für die nach dem abgeänderten
Kunststoffmodell hergestellte
Gießform zur Anfertigung der endgültigen Honwerkzeuge. Es ist jedoch vorzuziehen,
für die Herstellung der Formen ein Material mit einer etwas höheren Wärmebeständigkeit
zu verwenden, da es dann möglich ist, das Epoxyharz beim Gießen oder Formen der
Modelle zu erhitzen. Es ist daher zweckmäßig, die Formen aus Phenolharzen, z. B.
aus Phenolformaldehyd und Phenolfurfurolverbindungen mit relativ hoher Hitzebeständigkeit,
herzustellen. Aus dem gleichen Grunde eignet sich für die Herstellung der Formen
auch Polychlortrifluoräthylen.