DE19915351A1 - Vorrichtung zum Honen von Zahnrädern - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung hat einen Träger (10), in dem ein Dorn (11) in Richtung z' verschiebbar geführt ist. Der Dorn (11) ist durch Federn (15) zentriert und durch Dämpfungsglieder (16) gedämpft. Auf dem Dorn (11) ist ein Ring (18) in x-Richtung senkrecht zur z'-Richtung verschiebbar geführt. Der Ring (18) ist durch weitere Federn (26) zentriert und durch Dämpfungsglieder (27) gedämpft. Auf dem Ring (18) ist ein weiterer Ring (44) mittels Wälzlagern (43) drehbar gelagert. Die Drehachse (7) ist parallel zur z'-Richtung. Auf dem Ring (44) ist ein Honwerkzeug (6) aufgespannt. Mit dieser Vorrichtung können beim Honen auftretende Schwingungen wirksam gedämpft werden. Dadurch wird die Bearbeitung des Zahnrades verbessert und das Honwerkzeug geschont.

Description

Das Honen von Verzahnungen ist bekannt als ein Feinstbearbei­ tungsverfahren, welches heute sehr häufig eingesetzt wird und welches das Geräuschverhalten von Zahnrädern in Getrieben gün­ stig beeinflusst. Gehont wird sowohl mit Innen- wie auch mit aussenverzahnten Honrädern, welche durch Abwälzen auf der Werk­ stückzahnflanke Bearbeitungsspuren erzeugen, die günstig sind für die Wälzbewegung beim Kämmen der Zahnräder. Die Honräder greifen dabei unter einem gewissen Achskreuzungswinkel in die Werkstückverzahnung ein, wodurch beim Abwälzen des Honrades auf der Werkstückoberfläche eine Relativbewegung entsteht, die als Schnittbewegung genutzt wird.

Der Honprozess ist jedoch bezüglich dynamischer Stabilität pro­ blematisch. Es treten prozessbedingte und somit schwer vermeid­ bare Schwingungen auf. Im allgemeinen ist das Ausmass der Schwingungen gering. Bei gewissen ungünstigen Konstellationen von Verzahnungsgeometrie, Werkstückabmessungen, E-Modulen von Werkzeugen und Werkstücken usw. können diese Schwingungen jedoch unzulässig hohe Amplituden annehmen, was sich negativ auf die Oberflächenqualität der Werkstücke auswirkt. Die Honräder werden dabei stark beansprucht, was dazu führt, dass ihre Zähne beschä­ digt werden oder gar ausbrechen. Bei einer möglichen Zerstörung des Honwerkzeuges werden durch die Schwingungen auch Lager usw. übermässig beansprucht, wäs sich negativ auf die Lebensdauer der Maschine auswirkt. Es hat sich gezeigt, dass sich das Schwin­ gungsverhalten der Maschinen durch eine Erhöhung der Steifigkeit bezüglich der geschilderten Problemsituation nur unwesentlich ändert; im Gegenteil: Die Belastungsspitzen auf das Honrad wäh­ rend des Prozesses führen zu einem raschen Formverlust der Werk­ zeugzahnflanken, was wiederum ein häufiges Nachprofilieren er­ fordert.

Aus der US-A-4 354 328 ist ein schneckenförmiges Honwerkzeug be­ kannt, das auf einer Spindel drehfest aber axial und radial mit­ tels O-Ringen abgefedert montiert ist. Dieses Honwerkzeug er­ zeugt eher ungünstige Bearbeitungsspuren am Zahnrad, weil diese annähernd in Flankenlängsrichtung verlaufen. Die Vorrichtung hat den Nachteil, dass die Winkellage des Honwerkzeuges beim Honen unbestimmt ist. Ändert sich infolge z. B. ungleichförmiger Ela­ stizität der beiden radial stützenden O-Ringe die Winkellage des Honwerkzeuges, führt dies zu einer ungleichmässigen Bearbeitung der Zahnflanken über ihre Höhe. Je nach Beschaffenheit der O-Ringe variiert die Anpresskraft über den Drehwinkel. Ausserdem führen die hochfrequenten Wechsellasten auf die O-Ringe zu einer raschen Alterung und zu Temperaturerhöhungen der O-Ringe während des Honvorgangs, was ihre elastischen Eigenschaften im Verlaufe des Honvorgangs und damit die Anpresskraft ändert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hon­ vorrichtung zum Honen von Zahnrädern anzugeben, mit welcher die oben erwähnten Nachteile bekannter Honverfahren reduziert werden können. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der An­ sprüche gelöst.

Die Erfindung beruht darauf, dass im Gegensatz zu den herkömmli­ chen Verfahren die durch den Prozess zwangserregten Massenkompo­ nenten des Honwerkzeuges reduziert und weiter von den restlichen Baugruppen der Maschine entkoppelt werden, und zwar derart, dass eine Winkelauslenkung des Honwerkzeuges relativ zur Werkstück­ achse verhindert wird. Damit werden zum einen die Kräfte auf Werkzeug und Werkstück reduziert, während andererseits, im Ge­ gensatz zu den bekannten Vorrichtungen, eine geometrisch korrek­ te Abbildung des Werkzeugprofils ohne Winkelfehler auf die Werk­ stückoberfläche sichergestellt wird. Dies wird erreicht durch eine geeignete Wahl der Art und Anordnung der Feder- und Dämp­ fungselemente und der Führungen. Die so erreichte Entkoppelung befindet sich entsprechend möglichst nahe am Erregungsort. Über die Dämpfungselemente wird dem unerwünschterweise ins Schwingen geratenen System mechanische Energie entzogen, wodurch das Sy­ stem beruhigt und stabilisiert wird.

Weil die Feder- und Dämpfungselemente zwischen nichtdrehenden Teilen angeordnet sind, wird bei gegebener Auslenkung eine kon­ stante Anpresskraft unabhängig vom Drehwinkel des Honwerkzeuges erreicht. Die Federelemente sind nur statisch belastet, so dass als Feder- und Dämpfungselemente z. B. auch elastomere Körper mit der erforderlichen Eigendämpfungscharakteristik eingesetzt wer­ den können.

Wenn die Vorrichtung auch für mehrfach abrichtbare Honwerkzeuge verwendet wird, muss die Geometrie des Profilierwerkzeuges auf das Honwerkzeug sehr exakt übertragen werden. Das bedeutet, dass beim Abrichtvorgang (Profilieren) die Freiheitsgrade zumindest in radialer Richtung eingeschränkt oder aufgehoben werden müs­ sen. Dazu ist ein Schaltmechanismus vorgesehen, durch welchen die Feder- und Dämpfungselemente selektiv aktiviert oder deakti­ viert werden können.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Honvorrichtung.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Honwerkzeug 6 bzw. das Honrad fliegend gelagert. Dies hat Vorteile bezüglich der Zugänglichkeit für einen effizienten Werkzeugwechsel. Es sind aber auch Ausführungen denkbar, bei de­ nen das Honwerkzeug symmetrisch gelagert ist. Auch unterschied­ liche Neigungswinkel des Honwerkzeuges 6 zum Werkstück 2 sind denkbar. Sie können u. U. zu einer Optimierung der Abtragleistung und/oder der Oberflächenrauhigkeit verhelfen. Das Honwerkzeug 6 ist als aussenverzahntes Honrad dargestellt. Es kann jedoch auch innenverzahnt ausgebildet werden.

Die Honvorrichtung 1 lässt sich durch eine Zustellbewegung in x-Richtung mit der Verzahnung des Werkstückes 2, welches auf dem Dorn 3 gespannt wird, in Eingriff bringen. Der Dorn 3 wird zwi­ schen der Spitze 4 und dem Futter 5 gehalten, wobei der Antrieb über das Futter 5 erfolgt. Das Honwerkzeug 6 dreht frei mit. Durch eine Zustellung in x-Richtung wird die zur Bearbeitung notwendige Honkraft aufgebracht, was zu einem Spanabtrag auf der Werkstückoberfläche führt. Die Drehachse 7 des Honwerkzeugs 6 kreuzt die Drehachse 8 des Zahnrades 2 windschief.

Das Honwerkzeug 1 hat einen Träger 10, in dem ein Dorn 11 in Richtung z' parallel zur Achse 7 längsverschiebbar aber drehfest gelagert ist. Die Richtung z' ist senkrecht zur Zustellrich­ tung x. Der Dorn 11 hat einen Flansch 12 und einen aufgeschraub­ ten Gegenflansch 13. Zwischen diesen Flanschen 12, 13 und dem Träger 10 sind Feder- und Dämpfungselemente 14 z. B. in Form von vorgespannten Metallfedern 15 und hydraulischen oder pneumati­ schen Dämpfungsgliedern 16 eingesetzt. Zwischen dem Flansch 12 und einem weiteren auf den Dorn 11 aufgeschraubten Flansch 17 ist ein zylindrischer Ring 18 in x-Richtung verschiebbar ge­ führt. Die Achse 7 des Rings 18 ist senkrecht zur x-Richtung. Der Ring 18 ist gegenüber den Flanschen 12, 17 durch in x-Richtung verlaufende Führungsschienen 20 gegen Verdrehen gesi­ chert, die in entsprechende Nuten des Rings 18 eingreifen. Zwi­ schen dem Ring 18 und dem Dorn 11 sind weitere Dämpfungselemen­ te 25 in Form vorgespannter Federn 26 und Dämpfungsglieder 27 eingesetzt.

Sowohl die Bewegung des Rings 18 als auch die Bewegung des Dorns 11 ist in einer vorgegebenen Stellung blockierbar. Dazu ist im Dorn 11 eine in x-Richtung verschiebbare Kolbenstange 30 eingesetzt, die durch eine Feder 31 in eine Grundstellung vorbe­ lastet ist. Zum Sperren wird der Kolben 32 der Stange 30 mit ei­ nem Druckmedium beaufschlagt, so dass die Stange 30 in die dar­ gestellte Sperrstellung fährt, in welcher zwei konvergierende, gegenüber der Achse 7 geneigte Keilflächen 33 auf entsprechenden Gegenflächen von im Dorn 11 in x-Richtung beweglich geführten Druckstücken 34 auflaufen und deren Stirnflächen gegen die In­ nenseite des Rings 18 anpressen, so dass dieser relativ zum Dorn 11 fixiert ist. In der Grundstellung der Stange 30 werden die Druckstücke 34 durch Federn 35 gegen die Flächen 33 ge­ drückt, so dass die Radialbewegung des Rings 18 freigegeben ist. Die Fixierung des Dorns 11 relativ zum Träger 10 ist durch einen Zylinder 36 angedeutet, dessen Kolbenstange 37 eine konische Spitze 38 hat, die in der Sperrstellung in eine entsprechende konische Ansenkung 39 im Dorn 11 einfährt. Der Kolben wird durch eine Feder 40 in die dargestellt deblockierte Stellung zurückge­ führt.

Auf dem Ring 18 sind die Innenringe zweier Wälzlager 43 mon­ tiert, deren Aussenring einen Flanschring 44 trägt. Auf diesem ist mittels eines Spannflansches 45 das Honwerkzeug 6 montiert.

Statt der Federn 15, 26 und Dämpfungsglieder 16, 27 können auch andere Feder- und Dämpfungselemente 14, 25 eingesetzt werden, z. B. Ringe aus einem Elastomer mit hoher Eigendämpfung. Diese Variante ist in Fig. 2 für die unteren Elemente 14 strichpunk­ tiert angedeutet.

Statt der dargestellten Art der Blockierung in x-Richtung können die Druckstücke 34 auch durch eine durchgehend, am Ring 18 beid­ seits befestigte Stange mit einer konischen Bohrung koaxial zur Achse 7 des Rings 18 ersetzt werden, wobei in der blockierten Stellung eine konische Spitze der Kolbenstange 30 in diese Boh­ rung eingreift. Die Druckstücke 34 könnten statt über die Keilflächen 33 auch über Kniehebelgelenke mit der Stange 30 ver­ bunden sein.

Statt der dargestellten Gleitführungen zwischen Dorn 11 und Trä­ ger 10 und zwischen Dorn 11 und Ring 18 können diese Führungen auch als Wälz-Linearführungen ausgebildet werden. Dies hat den Vorteil kleinerer Haftreibung, so dass schon Schwingungen von so geringer Amplitude gedämpft werden können, wie sie nicht ausrei­ chen würde, um die Haftreibung eines Gleitlagers zu überwinden. Wälzlager ermöglichen meist auch eine spielärmere Führung.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Honen von Zahnrädern, umfassend einen in einer ersten Richtung (x) gegen das zu honende Zahnrad (2) zu­ stellbaren ersten Träger (10), in welchem ein zweiter Trä­ ger (11) gehalten ist, einen auf dem zweiten Träger (11) in der ersten Richtung (x) parallel zu sich selbst beweglich gelagerten dritten Träger (18), mindestens ein zwischen dem dritten Trä­ ger (18) und dem zweiten Träger (11) eingesetztes erstes Feder- und Dämpfungselement (25) sowie ein auf dem dritten Träger (18) drehbar gelagertes Honwerkzeug (6), dessen Drehachse (7) senk­ recht zur ersten Richtung (x) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Lage des dritten Trägers (18) relativ zum zweiten Träger (11) mittels mindestens eines Blockierelementes (30, 34) in einer vorgegebenen Stellung blockierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Blockierele­ ment (30, 34) einen im zweiten Träger (11) verschiebbaren Stös­ sel (30) umfasst, der entweder mindestens eine zur Achse (19) und zur Verschiebungsrichtung des Stössels (11) geneigte Flä­ che (33) hat, auf der mindestens ein Blockierglied (34) gleitet, welches den dritten Träger (18) relativ zum zweiten Träger (11) in der vorgegebenen Stellung blockiert, oder wobei der Stös­ sel (30) über ein blockierbares Kniehebelgelenk mit dem dritten Träger (18) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Träger (11) parallel zur Achse (7) verschiebbar im ersten Träger (10) gelagert ist und zwischen dem zweiten Träger (11) und dem ersten Träger (10) mindestens ein zweites Feder- und Dämpfungsglied (14) eingesetzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der zweite Träger (11) relativ zum ersten Träger (10) in einer vorgegebenen Lage mit­ tels eines zweiten Blockierelementes (37) blockierbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Feder- und Dämpfungselemente (14, 25) aus einer Kombination von Federn (15, 26) und hydraulischen oder pneumatischen Dämpfungs­ gliedern (16, 27) oder aus Elastomerkörpern mit Eigendämpfungs­ eigenschaften bestehen.