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Verbindungen von Wellen und Naben unter
Benutzung unrunder Querschnittsprofile (soge- nannter Zapfen-Loch-Verbindungen) haben sich in der Praxis schon in erheblichem Umfange durchgesetzt. Es liegt deshalb das Bedürfnis vor, dass solche Unrundprofile in allen im
Maschinenbau gebräuchlichen Grössen (Durch- messern) zur Verfügung stehen, u. zw. möglichst mit untereinander gleichen Eigenschaften.
Als Begrenzungslinie des unrunden Quer- schnittes an Aussen-und Innenprofilen hat sich bisher fast ausschliesslich die Zykloide sowie deren Äquidistanten behauptet, obwohl die getriebemässige Nachbildung des mathematischen
Entstehungsgesetzes der Zykloide zu einem ziemlich verwickelten Getriebe führt und man sich überdies jeweils mit einer einzigen Zykloide begnügen muss. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, dass die Äquidistanten der als Grundkurve festgelegten Zykloide nur innerhalb eines ziemlich kleinen Durchmesserbereiches brauchbar sind, weil die durch die Äquidistanten entstehenden Kurvenformen um so ungünstiger ausfallen, d. h. für den beabsichtigten Verwendungszweck (Zapfen-LochVerbindungen) um so weniger geeignet sind, je mehr sich die Äquidistanten von dem Grundprofil entfernen, d. h. je grösser man den Durchmesserbereich wählt.
Um den von der Praxis geforderten verhältnismässig grossen Durchmesserbereich dennoch zu erreichen, geht man bisher in der Weise vor, dass mehrere in ihrer Grösse abgestufte zykloidenförmige Grundkurven festgelegt und die Zwischenstufen durch Äquidistanten dieser Grundkurven ausgefüllt werden, so dass sich die Äquidistanten jeder einzelnen Grundkurve auf einen geringen Durchmesserbereich beschränken können. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass nicht einmal die zykloidenförmigen Grundkurven selbst ein und derselben Kurvenart (Epi-bzw. Hypozykloide) angehören.
Es müssen daher für die jeweiligen Durchmesserbereiche eine Reihe von Maschinen oder zum mindesten auswechselbare Getriebeeinheiten bereitgehalten werden, was aber im allgemeinen nicht wirtschaftlich ist und auch (durch Unachtsamkeit) zu Beschädigungen der im vorliegenden Falle besonders hochwertigen und kostspieligen Werkzeugmaschinen führen kann.
Demgegenüber wird durch die Erfindung zu- nächst eine Herstellungsweise für zykloidische Unrundprofile entwickelt, die in kinematischer
Hinsicht viel einfacher als die bisher angewendeten
Verfahren ist. Ausserdem zeigt die Erfindung auch noch den Weg, wie man über einen beliebigen
Durchmesserbereich stets geometrisch ähnliche
Profile, also Profile mit-trotz verschiedenen
Durchmessers-untereinander gleich günstigen
Eigenschaften erhalten kann, so dass nicht mehr (als Notbehelf) auf die Äquidistanten einer oder mehrerer Grundkurven zurückgegriffen zu werden braucht.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass bei den für die Praxis in erster Linie in
Frage kommenden (zykloidischen) Profilen, bei denen bekanntlich ein möglichst grosser
Krümmungsradius anzustreben ist, die Relativbewegung zwischen Werkzeug-und Werkstückachse, d. h. die profilformende Bahn, nach einer gekrümmten Ellipse verläuft ; insbesondere weicht die profilformende Bahn bei allen Zykloidenprofilen von der reinen Ellipse dadurch ab, dass die längere Achse der Ellipse ihrerseits nach einer Ellipse gekrümmt ist.
Zur Erzielung einer erleichterten Herstellung von zykloidischen Querschnitten an Aussen-und Innenprofile macht die Erfindung den Vorschlag, den die Form des Profils bestimmenden Bewegungsvorgang dadurch zu vereinfachen, dass die gemäss der Erfindung benutzte profilformende Bahn, d. h. die tatsächliche Relativbewegung zwischen Werkzeug-und Werkstückachse, von der durch die getriebemässige Nachbildung des mathematischen Entstehungsgesetzes der zykloidischen Kurve sich ergebenden theoretischen profilformenden Bahn derart abweicht, dass die gekrümmte Längsachse der theoretischen profilformenden Bahn durch einen Kreisbogen ersetzt wird,
so dass die durch eine Summenbewegung aus einer reinen Ellipse und dem schon erwähnten Kreisbogen entstehende wirkliche profilformende Bahn sich mit grosser Annäherung an die theoretische profilformende Bahn anschmiegt.
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nischen Arbeitsverfahren nicht um die punktförmige Erzeugung einer Kurve, sondern um die flächenmässige Herstellung eines Profils handelt, gilt die weitere Bedingung, dass die Tangenten an Werkzeug (Schleifscheibe) und Begrenzungslinie des Profils stets im Berührungspunkt von Werkzeug und Werkstück zusammenfallen, so dass immer in der Kurvennormalen gearbeitet wird.
Denn ohne diese Bedingung würden die Kurvennormalen der Profilbegrenzungslinie die in Fig. 1 mit Kj, n2, n3, n4 angegebene Lage einnehmen, d. h. sich keineswegs mit den an das Werkzeug (Schleifscheibe) gelegten Tangenten decken.
In Fig. 1 ist ferner gezeigt, wie durch Parallelrichten aller Kurvennormalen, z. B. n'l, n'a, K'g, n'4 der Profilbegrenzungslinie, die Berührungspunkte nicht mehr auf einem Kreis E mit dem Halbmesser e, sondern auf einer Kurve a liegen.
Diese in sich geschlossene Kurve a stellt eine verbogene Ellipse dar, die bei einem Halbmesserverhältnis h : g von Rollkreis H und Grundkreis G von z. B. 1 : 3 und einer Exzentrizität e des erzeugenden Punktes vom Rollkreismittelpunkt M die Achsen e und 3 e besitzt, deren lange Achse jedoch nach einer Kurve b gekrümmt ist, d. h. die tatsächliche (lange) Achse 3 e der Ellipse entsteht durch die Projektion der Kurve b. Somit muss also der eine Bewegungsträger, z. B. das Werkstück, ausser der gleichförmigen Drehbewegung W2 noch zusätzlich die zwischen den Endpunkten 1 bzw. l'und 4 bzw. 4'verschieden grossen Bogenstücke zurücklegen, z.
B. von 2 (auf dem Kreis E) nach 2' (auf der verbogenen Ellipse a), ferner von 3 nach 3'usw., so dass insgesamt ein beschleunigter und verzögerter Bewegungsablauf zustande kommt.
Es wurde nun gefunden, dass die gekrümmte Mittellinie bzw. Längsachse b der als profilformende Bahn massgebenden (verbogenen) Ellipse a durch einen Kreisbogen c mit solcher Genauigkeit ersetzt werden kann, dass die sich ergebenden Abweichungen zwischen dem reinen Kreisbogen c (mit dem Halbmesser R) und der ihrerseits nach einer Ellipse gekrümmten Mittellinie b der Profilbahn a innerhalb der Herstellungs- toleranzen (von einigen jj.) liegen. Man erhält auf diese Weise eine vereinfachte profilformende Bahn d (in Fig. 1 gestrichelt gezeichnet), die sich jedoch mit grosser Annäherung an die eigentliche (d. h. theoretisch richtige) profilformende Bahn a anschmiegt.
Die bisher durch ein Getriebe ziemlich
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ohne weiteres als Summenbewegung aus einer reinen Ellipse mit geraden Achsen (e und 3 e) und einem Kreisbogen c (mit dem Mittelpunkt K) erzeugt werden. Getriebemässig ergibt sich somit lediglich eine Bewegungsüberlagerung von zwei Exzentern e und Je (für die reine Ellipse) mit einem weiteren Exzenter R (für den Kreisbogen), während die ungleichförmige Bewegung z. B. des Werkstückes in bekannter Weise durch ein
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schwingendes Umlaufgetriebe zustande kommt.
Durch eine kontinuierliche Verstellung der für die (reine) Ellipse sowie für den Kreisbogen c massgebenden Werte e und R erhält man Profile, die stets untereinander geometrisch ähnlich sind, mithin auch die gleichen günstigen Eigenschaften haben.
Da es ferner keine Schwierigkeiten bietet, durch Veränderung des den Kreisbogen c ersetzen- den Exzenters die Schnittpunkte des Bogens c mit der Kurve a, genauer gesagt mit der Kurve d, etwas gegenüber den theoretisch richtigen Punkten (vgl. Punkt 3') zu verlagern, so kann leicht eine geringe Verschiedenheit in der Profilform, etwa eines Innenprofils im Vergleich zu dem zuge- hörigen Aussenprofil, erzielt werden, sofern dies in bestimmten Fällen erwünscht ist, z. B. um bessere Anlagepunkte für die beabsichtigte
Zapfen-Loch-Verbindung zu erlangen.
Fig. 2 zeigt ein grundsätzliches Schema zur Verwirklichung des Erfindergedankens. Zur Erzeugung der (reinen) Ellipse dienen die Exzenter 1 und 2, die auf der starr gelagerten Exzenterwelle 3 sitzen, wobei von dem Exzenter 1 nur die waagerechte Komponente und von dem Exzenter 2 nur die senkrechte Komponente auf den Schleifbock 4 übertragen wird. Zwischen dem Übertragungsglied 9 für die waagerechte Bewegung und dem Schleifbock 4 liegt der Exzenter 5, so dass insgesamt als profilformende Bahn die schon erläuterte verbogene (aber vereinfachte) Ellipse (Kurve d, Fig. 1) entsteht. Zur Erzielung einer Parallelführung müssten allerdings zwei Exzenterwellen Verwendung finden, oder es wäre noch ein zweiter Exzenter 5 am entgegengesetzten Ende des Übertragungsgliedes 9 anzuordnen.
Bei der in den Fig. 3 und 4-teilweise nur schematisch - dargestellten Ausführungsform einer Schleifmaschine sind die beiden Exzenter 1 und 2 (Fig. 2) zu einem einzigen Exzenter 6 zusammengefasst, da hier die nötige Übersetzung zwischen der waagerechten und der senkrechten Bewegung durch ein nachgeschaltetes Hebelwerk erzielt wird. Dieses Hebelwerk, das aus den Einzelhebeln 7,7 und 8, 8 besteht, kann auch zugleich für die Parallelführung herangezogen werden, die man bisher gesondert vorsehen musste. Die Hebel 7,7 wirken unmittelbar auf den Schleifbock 4, während die Hebel 8,8 den Rahmen 9 beeinflussen, der seinerseits über den Exzenter 5 auf den Schleifbock 4 einwirkt.
Wenn man die Achse der Schleifscheibe 16 in Höhe des Rahmens 9 anordnet, so gehen Führungsbahnfehler nicht in die waagerechte Bewegung ein (Abbesches Prinzip).
Der Rahmen 9 wird von Lagern 10 aufgenommen, während für die Hebel 7 und 8 die Lager 11 und 12 vorgesehen sind, die ebenso wie die Lager 13 der Exzenterwelle 25 mit dem Bett der Maschine in fester Verbindung stehen. Der Antrieb der Maschine erfolgt über ein Zahnrad 14 und die Exzenterwelle 25. Die Schleifscheibe 16 wird gesondert angetrieben.
Das Umlaufgetriebe 20 wirkt auf das Werkstück 18 bzw. auf dessen Achse 19. Zum Antrieb dient ein Motor 17, der auch den Schleifbock 4 bewegt. Um der Schwinge 22 die zusätzliche Bewegung zu erteilen, durch welche die erforderliche ungleichförmige Drehbewegung des Werkstückes 18 zustande kommt, muss die senkrechte Komponente des Schleifbockes 4 auf die Schwinge 22 übertragen werden, es sei denn, dass man diese senkrechte Komponente im Werkstückspindelbock nochmals erzeugt.
Während bisher die Bewegung der Schwinge durch einen kleinen Exzenter erzeugt wurde, wodurch sich ein auch nur geringer Fehler bis zu dem weit entfernt liegenden Drehpunkt des Umlaufrades entsprechend vervielfacht, erfolgt bei der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 und 4 der Antrieb der Schwinge 22 durch ein gleichsinnig umlaufendes Kurbelpaar 21, 21, das durch eine Koppelstange 23 in Verbindung steht. Auf diese Stange 23 sitzt ein Stein 24, der in die Schwinge 22 eingreift. Für alle Exzenter bei unverändert bleibendem Rollkreis und Grundkreis beschreibt die Schwinge 22 dieselben Schwenkwinkel. Eine Verstellung der Schwinge 22 ist daher nur bei Änderung des Grundkreishalbmessers erforderlich.
Je nach dem Achsabstand kann der mitnehmende Stein 24 der Koppelstange 23 auf der Schwinge 22 dem Umlaufradmittelpunkt beliebig genähert werden. Durch geeignete Wahl von Kurbelhalbmesser und Achsabstand lässt es sich so einrichten, dass der mitnehmende Punkt der Schwinge 22 auf möglichst grossem Halbmesser angreift.
Jedem Halbmesser e des aus Fig. 1 ersichtlichen
Kreise E entspricht bei sonst gleichen Verhältnissen ein bestimmter Halbmesser R für den Kreisbogen c, der die gekrümmte Längsachse b der profilformenden Bahn, d. h. der verbogenen Ellipse a, ersetzt. Anders ausgedrückt, kann man auch sagen, dass zu jedem Profildurchmesser ein bestimmter Wert von e und R gehört, so dass durch eine kontinuierliche Änderung (Verstellung) von e und R stets Profile entstehen, die untereinander geometrisch ähnlich sind. Eine einmal ausgewählte günstige Profilform bleibt daher in ihren Eigenschaften von einer Änderung des Durchmessers unberührt.
Zur Abstimmung des der gekrümmten Längsachse b der profilformenden Bahn angeglichenen Kreisbogens c mit dem Halbmesser R auf die etwa durch den Exzenter 6 (Fig. 3 und 4) erzeugte (reine) Ellipse bedarf es nur einer Einstellung des die Kreisbewegung hervorrufenden Hilfsmittels, z. B. des Exzenters 5 (Fig. 2-4), während beim Übergang auf einen anderen Profildurchmesser sich beide Bewegungskomponenten ändern, mithin der Exzenter 6 mitsamt dem Exzenter 5 neu einzustellen ist. Die praktische Durchführung dieser Bedingungen bietet jedoch dank der Einfachheit des Getriebes, bei dem man mit nur zwei Exzentern auskommen kann, nicht die geringsten Schwierigkeiten. So ist es ohne weiteres möglich, den Exzenter jeweils radial ein-
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stellbar zu machen oder mehrere auf der Exzenterwelle verschiebbare Exzenter vorzusehen.
Auf diese Weise ist ein denkbar grosser Spielraum in Bezug auf den Durchmesser der zu erzeugenden Unrundprofile gegeben. Hinzu kommt übrigens noch, dass sich alle der Abnutzung unterliegenden Teile sehr einfach einzeln nachstellen lassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen-insbesondere durch Schleifen-von zykloidischen Querschnitten an Aussen- und Innenprofilen, wobei - unter ständigenArbeiten in der Kurvennormalendas mathematische Entstehungsgesetz der Unrundkurve getriebemässig nachgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die profilformende Bahn (d), d. h.
die tatsächliche Relativbewegung zwischen Werkzeug-und Werkstückachse, von der durch die getriebemässige Nachbildung des mathematischen Entstehungsgesetzes der zykloidischen Kurve sich ergebenden theoretischen profilformenden Bahn (a) derart abweicht, dass die gekrümmte Längsachse (b) der theoretischen profilformenden Bahn (a) durch einen Kreisbogen (c, mit dem Radius R) ersetzt wird, so dass die durch eine Summenbewegung aus einer reinen Ellipse und dem schon erwähnten Kreisbogen (c) entstehende wirkliche profilformende Bahn (d) sich mit grosser Annäherung an die theoretische profilformende Bahn (a) anschmiegt.