Schneckengetriebe zum Antrieb der Arbeitsspindel von Zahnradbearbeitungsmaschinen und Teilköpfen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneckengetriebe zum Antrieb der Arbeits spindel, z. B. der #erkstückspindel oder der @@ erkzeugspindel, von Zahnradbearbeitungs maschinen. Das Getriebe ist auch verwendbar für den Antrieb der Arbeitsspindel von Teil köpfen, auf welchen sich z. B. das Werkstück befindet.
Der Zweck dieser Erfindung ist die Schaf fun- eines Schneckengetriebes, bei dem sowohl die Zahnflanken des Schneckenrades als auch die Schraubenflächen bildenden Zahnflanken der Schnecke durch Schleifen genau herge stellt und durch Messungen geprüft werden können. Ein derartiges Getriebe, z. B. zum Antrieb für die Arbeitsspindel von Zahnrad Wälzfräsmaschinen, Zahnradhobelmaschinen oder in Doppelanordnung zum Antrieb sowohl der Werkstück- als auch der Werkzeugspindel von Zahnradstossmaschinen nach dem Schneid verfahren verwendet, kann die Arbeitsgenauig keit dieser Maschinen gegenüber Maschinen mit der Verwendung von üblichen Schnecken getrieben verbessern.
Dasselbe kann auch von Teilköpfen gelten, die auf Universalfräs maschinen, angetrieben von der Spindel des Längstisches über Wechselräder und ein Schneckengetriebe, verwendet werden, um Schraubensteigungen an Werkstücken zu frä sen. Eine Genauigkeitssteigung der erzeugten Schraubenflächen kann dann auch hier er reicht werden. Schneckengetriebe für Zahnradbearbei tungsmaschinen und Teilköpfe, bestehend aus: 1. Geschliffener, geradflankiger Schnecke und gefrästem, gewöhnlichem Schneckenrad, 2. Schnecke mit Evolventenprofil im Stirn schnitt und Schneckenrad mit Evolventenver- zahnung, wobei diese beiden Elemente unter üblichen bzw. genormten Eingriffswinkeln (z. B. 20 oder 15 ) miteinander in Eingriff stehen, sind bekannt.
Das Schneckengetriebe nach der vorliegen den Erfindung zum Antrieb der Arbeitsspin del, z. B. der Werkstückspindel oder der Werk zeugspindel, von Zahnradbearbeitungsmaschi nen oder für Teilköpfe besteht aus einer Schnecke mit Evolventenprofil im Stirnschnitt und einem Schneckenrad mit Evolventenpro- fil im Stirnschnitt.
Das Schneckengetriebe nach der Erfindung ist dadurch gekennzeich net, dass nach dem Prinzip der Schrauben räder von Beale der Eingriffswinkel zwischen Schnecke und Schneckenrad gleich 0 bis höch stens 1 ist, dass die Summe aus dem Steigungs winkel der Schneckenverzahnung am Grund zylinder plus dem Steigungswinkel der Schnek- kenradverzahnung am Grundzylinder gleich dem Kreuzungswinkel der Achsen von Schnecke und Schneckenrad ist und dass das Eingriffsfeld für Linkslauf sowohl in einer andern Schneckenhälfte als auch in einer an dern Schneckenradhälfte liegt wie das Ein griffsfeld für Rechtslauf.
Die beigefügte Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert wird.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch die Achse der Schnecke und die Radebene des Schnecken rades, Fig. 2 einen Schnitt durch die Achse des Schneckenrades, Fig. 3 eine Aufsicht auf Schnecke und Schneckenrad mit Darstellung der Eingriffs felder.
Wie in der Folge näher beschrieben wird, ist der Einbau des dargestellten, nachstehend beschriebenen Getriebes in Zahnradbearbei tungsmaschinen einfacher als der Einbau übli cher Schneckengetriebe. Auch wird gezeigt werden, dass beim Serienbau von Zahnrad bearbeitungsmaschinen das hier beschriebene Schneckengetriebe eine Vorrathaltung an Schnecken und Schneckenrädern wie auch den leichten Austausch dieser Teile ermöglicht.
Von den bisherigen Schneckengetrieben für Zahnradbearbeitungsmaschinen sind hinsicht lich. der Schnecken mit geschliffener, gerad- flankiger Verzahnung und der Schnecken räder mit gefräster, gewöhnlicher Verzahnung folgende Nachteile bekannt: Das Schneckenrad besteht in der Regel aus Gusseisen oder Bronze; seine Zähne wer den im Wälzverfahren mit dem Schnecken fräser gefräst. Man muss sich mit Teilgenauig keiten und Zahnformen begnügen, wie sie das Wälzverfahren auf der eigens für diesen Zweck gebauten Maschine ergibt. Eine Prüf möglichkeit besteht nur für die Teilfehler, nicht aber für die Zahnformfehler.
Sehr problematisch ist auch die Prüfung und die Herstellung der Zahnform an der dem gefrästen Schneckenrad zugeordneten Schnecke. Diese Prüfung hat sich darauf zu erstrecken, ob die aus Regelschraubenflächen bestehenden Flanken der Schnecke denjenigen Regelschraubenflächen entsprechen, die man sich durch Schraubung der Schneiden jenes Schneckenfräsers entstanden denken kann, mit welchem das zugehörige Schneckenrad gefräst wird. Da es sich hierbei um offene, nichtab wickelbare Regelschraubenflächen handelt, ist ein Erfassen dieser Flächen durch Messung und das Angleichen der Schnecke an den Schneckenfräser schwierig.
Ausserdem nützt sich der Schneckenfräser ab, der Flanken durchmesser seiner Schneiden wird durch das Nachschärfen infolge des Hinterschliffes stän dig kleiner, so dass eine Vorrathaltung an Schnecken und Schneckenrädern nicht mög lich ist. In der Praxis wird so vorgegangen, dass der Schneckenfräser nach dem Fräsen des Schneckenrades in bezug auf den Flanken durchmesser und den Flankenwinkel gemessen wird. Nach den ermittelten Werten wird die zu dem eben gefrästen Schneckenrad gehörige Schnecke geschliffen. Es handelt sich bei diesem Vorgang um eine ausgesprochene Ein zelfertigung, die bei Serienbau unwirtschaft lich ist.
Ein weiterer Nachteil ist der hohe Arbeits aufwand, um bei der Montage der Maschine die Schnecke in die richtige Lage zum Schnek- kenrad zu bringen, das heisst in jene Lage, die vorher beim Fräsen die Schneiden des Fräsers eingenommen hatten. Diese Bedingungen zu erfüllen, sind drei Bestimmungsstücke einzu halten Der Achsenabstand zwischen Schnecke und Schneckenrad, der Kreuzungswinkel der Achsen, die Lage der Schneckenachse in der rich tigen Radebene des Schneckenrades.
Wird aber die Montage des Getriebes unter Nichteinhaltung eines der drei Bestimmungs stücke vorgenommen, so sind keine einwand freien Eingriffsverhältnisse gegeben, und die Folge davon sind Teilfehler am auf der ent sprechenden, mit dem Schneckengetriebe aus gerüsteten. Bearbeitungsmaschine wälzgefräs ten oder wälzgestossenen Zahnrad. Gelingt es, die Schnecke in die richtige Lage zum Sehnek- kenrad zu montieren, so arbeitet ein derartiges Schneckengetriebe einige Zeit, in den Grenzen der Genauigkeit des gefrästen Schneckenrades einwandfrei.
Da aber im neuen Zustande beim Gleiten der Schnecke in den ungehärteten Schneckenradzähnen das Gleiche eintritt wie beim üblichen Einlaufenlassen jedes normalen Schneckengetriebes, nämlich eine gewisse Ab nützung, bis die Schnecke bezüglich des Schneckenrades zum richtigen Tragen kommt, so bleibt die Teilgenauigkeit nicht so lange er halten, wie dies auf Grund des hohen Auf wandes und der verwendeten Sorgfalt eigent lich zu erwarten wäre. Die zwar geringe Ab nützung kann nicht gesetzmässig gesteuert werden, und es kommt vor, dass eine Maschine nach erfolgtem Einlaufen in der Teilgenauig keit besser, eine andere hingegen schlechter wird.
Für Schnecken mit Evolventenprofil im Stirnschnitt und Schneckenräder mit Evol- ventenverzahnung, die unter den üblichen ge normten Eingriffswinkeln miteinander in Eingriff stehen, zeigten die bisherigen Schnek- kengetriebe für Zahnradbearbeitungsmaschi nen folgende Nachteile: Wenn ein Evolventenschneckenrad mit einer Evolventenschnecke bei üblichem Ein griffswinkel unter gekreuzten Achsen in Ein griff steht, kann lediglich Punktberührung in den Zahnflanken erzielt werden. Der spezifi sche Flächendruck ist also gegenüber einem Schneckengetriebe mit Linienberührung, bei gleicher Belastung, erheblich höher.
Es stellt sieh, selbst bei gehärteten und geschliffenen Zähnen, nach kurzer Betriebsdauer eine erheb liche Abnützung und damit ein Teilfehler ein. Schneckengetriebe dieser Art haben daher trotz ihrer anfänglich hohen Genauigkeit untergeordnete Bedeutung.
Aus dem bisherigen ergibt sich, dass es nötig ist, ein Schneckengetriebe herzustellen, das hohe Genauigkeit aufweist und bei dem gleichzeitig die Zähne des Schneckenrades die Zähne der Schnecke entlang einer Linie be rühren, und zwar schon im Zustande, wo Schnecke und Schneckenrad noch neu sind und nicht, wie beim normalen Schneckengetriebe, erst nach erfolgtem Einlaufen.
Die Verwendung gefräster Schnecken räder, von denen ein Exemplar mit einem Summenteilfehler von 0 , 0', 20" bereits als hervorragend gut angesprochen wird, ist heute beim Bau von Zahnrad-Wälzfräs- und -Wälz- Stossmaschinen die Regel. Was sich beim Ar beiten einer Zahnradbearbeitungsmaschine in- ; nerhalb einer Schneckenumdrehung an unge setzmässiger Drehübertragung abspielt, hängt ausser vom Einzelteilfehler und Zahnform fehler des Schneckenrades sowie von der über einstimmung zwischen Wälzfräser (Schnecken- ; fräser), mit dem das Schneckenrad der Ma schine verzahnt wurde, und der zugehörigen, geschliffenen Schnecke, auch von der Sorgfalt der Montage ab.
Anderseits aber verlangt und erwartet man vom auf mit einem derartigen, Schneckengetriebe ausgerüsteten Zahnbearbei tungsmaschinen wälzgefrästen bzw. wälzge- stossenen Zahnrad Genauigkeiten, die nahe jenen flankengeschliffener, im Teilverfahren hergestellter Zahnräder liegen.
Durch das gezeichnete und nachstehend be schriebene Schneckengetriebe soll eine Ge nauigkeitssteigerung aller Zahnräder erreicht werden, welche auf entsprechenden, mit dem Getriebe ausgerüsteten Maschinen durch Span a,bhebung im Wälzverfahren erzeugt werden.
Es handelt sich gemäss Zeichnung um ein Schneckengetriebe, bestehend aus einer mög lichst genauen, also flankengeschliffenen Sehneche mit Evolventenprofil im Stirnschnitt und einem Schneckenrad, welches in vor liegendem Falle ein Schraubenzahnrad mit Evolventenprofil im Stirnschnitt ist. Die Ein griffsverhältnisse zwischen diesen beiden Ge triebeelementen lassen sich mit jenen verglei chen, welche Beale (Am. Mach. 1890) bereits für Schraubenräder mit gekreuzten Achsen beschrieben hat. Auch Schiegel behandelt diese Schraubenräder in seinem Buche ( Zahn räder , zweiter Teil, Räder mit schrägen Zäh nen, 2. Auflage, Verlag J. Springer, Berlin, 1923).
Die Gründe, aus denen Schiegel diese Räder als unpraktisch bezeichnet, nämlich grosse Beschneidung der Eingriffsfelder in folge notwendigen Unterschnittes, fallen weg, wenn das eine Schraubenrad wie im vorliegen den Fall zur Schnecke und das Schrauben räderpaar somit zum Schneckengetriebe wird. Die Eingriffsverhältnisse liegen dann, wie kinematische Untersuchungen des Erfinders ergeben haben, wesentlich günstiger, indem sich im Bereiche der Schneckenradzähnezahlen über 50, welche in der Hauptsache für den Antrieb von Werkstück- oderlund Werkzeug spindel in Zahnradbearbeitungsmaschinen und in Teilköpfen angewandt werden, die Ein griffsfelder, welche Rechtecke sind, mit einem Eck im Zentralpunkt berühren.
Die Konstruktion des Schneckengetriebes wird so vorgenommen, dass sich die Grund zylinder g2 und g1 (Erzeugungszylinder) der Evolvente von Schnecke und Schneckenrad be rühren. Der Berührungspunkt ist der Zentral punkt. Als Folge davon wird der Eingriffs winkel zwischen Schnecke und Schneckenrad gleich Null. Der Eingriff erfolgt, wie bei den Schraubenrädern von Beale, sowohl bei Rechts lauf als auch bei Linkslauf in der gleichen Ebene, nämlich in der gemeinsamen Tangen tialebene an die beiden Grundzylinder, welche durch den Zentralpunkt geht. In dieser Ebene liegen die rechteckigen Eingriffsfelder ea, e,,.
Damit Linienberührung zwischen Schnecken- und Schneckenradverzahnung eintritt, muss die Bedingung erfüllt sein, dass die Summe aus dem Steigungswinkel ss2 der Schneckenver zahnung am Grundzylinder g2 plus dem Stei gungswinkel f1 der Schneckenradverzahnung am Grundzylinder g1 gleich ist dem Kreu zungswinkel der Achsen von Schnecke und Schneckenrad. In der Praxis werden Schnecke und Schneckenrad meist unter einem Achsen- Kreuzungswinkel von 90 stehen, so dass hier die angeführten Steigungswinkel zu Komple mentärwinkeln werden.
Eine wertvolle Eigen schaft dieses Schneckengetriebes ist das Zer fallen des Eingriffsfeldes in zwei zentral symmetrisch zum Zentralpunkt liegende Recht ecke, so dass das Eingriffsfeld .für Links lauf b (Fig. 1) sowohl in einer andern Schneckenhälfte als auch Schneckenradhälfte liegt wie das Eingriffsfeld für Rechtslauf a. Diese Eigenschaft erlaubt es, entweder das Schneckenrad oder die Schnecke in der Mittel ebene rechtwinklig zur eigenen Achse in zwei Teile zu zerlegen, wie dies z.
B. bezüglich Zer legung des Schneckenrades bei Teilköpfen üblich ist, um den toten Gang auszuschalten. Während beim normalen Schneckenrad die Zerlegung desselben in der Radmittelebene und Drehen der Radhälften gegeneinander um einen kleinen Winkel eine Herabsetzung der tragenden Zahnflankenteile auf die Hälfte bewirkt, hat dies bei dem beschriebenen Schneckengetriebe keinen verminderten Ein griff zur Folge, da die Eingriffsfelder für Links- und Rechtslauf in der einen bzw. an dern Schneckenhälfte bzw. Schneckenrad hälfte liegen.
Gegenüber den bekannten Ausführungen bietet. das hier beschriebene Schneckengetriebe folgende Vorteile 1. Mit geringem Aufwand erreichbare Li nienberührung zwischen Schneckenradflanke und Schneckenflanke entlang einer Geraden, wobei im Bereiche hoher Schneckenradzähne zahlen eine Eingriffsdauer von drei erreichbar ist (drei Zähne sind ständig im Eingriff). Folge: Lange Lebensdauer und gute Überbrük- kung der Einzelteilfehler.
\?. Der entscheidenste Vorteil, den die An wendung des Prinzips der Beale'schen Schrau benräder auf das Schneckengetriebe bietet, besteht darin, dass die Zahnflanken des Schneckenrades nunmehr geschliffen und in ihrer Form (Kreisevolvente) und Teilung so genau hergestellt werden können, wie dies mit den heutigen Mitteln nur möglich ist. Sowohl der Summenteilfehler als auch der Einzelteil fehler des Schneckenrades hängen nur von der Güte der für die Herstellung der Verzahnung verwendeten Teilscheibe ab, die in der Ge nauigkeit bis zu 0 , 0', 04" für den Summen teilfehler und 0 , 0', 01" für den Einzelteil fehler angefertigt werden kann.
3. Die Zahnform am Schneckenrad und an der Schnecke kann mit üblichen Zahnflanken prüfgeräten geprüft werden. Das Schnecken- rad hat auf\ der ganzen Radbreite in jeder Radebene die gleiche Zahnform.
4. Einbaufehler bei der Montage sind leicht vermeidbar. Es brauchen nur die zwei Be stimmungSstücke: Achsenabstand und Achsen- kreuzungswinkel eingehalten zu werden. Hier bei kommt noch die bekannte Unempfindlich keit der Evolventenverzahnung gegenüber dem Achsenabstand zu Hilfe, so dass selbst verhält- nilmässig erhebliche Abweichungen vom theo retischen Achsenabstand sowohl nach oben als auch nach unten absolut ohne Einfluss auf die Funktion des Schneckengetriebes bleiben.
5. Schneckenrad und Schnecke haben dank des Evolventenprofils jedes für sich eine geo metrisch exakt und einfach festlegbare Zahn form. Für den Serienbau von Zahnradbearbei tungsmaschinen und Teilköpfen, wo für eine und dieselbe Serie der Achsenabstand im Schneckengetriebe konstant bleibt, ist es be deutungsvoll, dass bei Verwendung des be schriebenen Getriebes ein Vorrat an Schnecken und Schneckenrädern gehalten werden kann, da die Verzahnungsgrössen, welche die Mög lichkeit der Paarung bestimmen, wie Zahn stärke und Flankendurchmesser, unveränder lich sind.
Wenn in einer Zahnradbearbei tungsmaschine bisher eine Schnecke üblicher Bauart wegen Abnützung ausgetauscht wer den sollte, musste auch das Schneckenrad aus gebaut, nachgefräst und eine neue, dem eben bestehenden Zustand des Schneckenfräsers an gepasste Schnecke eingebaut werden, auch wenn das Schneckenrad an sich noch keine Abnützung erkennen liess.
Bei dem beschriebenen Schneckengetriebe kann jedoch in Serienmaschinen die Schnecke allein ausgetauscht werden.
6. Bei Verwendung des Schneckenrades des Getriebes zum Antrieb der Arbeitsspindel, also des wertvollsten Bestandteils der Zahn radbearbeitungsmaschine, kann es jetzt auch aus gehärtetem Stahl hergestellt werden, wo durch sieh dessen Lebensdauer gegenüber Busseisernen oder Bronzerädern um ein Viel faches verlängern lässt. Man kann jetzt so vor gehen, dass man eine eventuelle Abnützung lieber in die Schnecke verlegt, weil das Aus tauschen derselben leicht und billig ist. In der maximalen Grösse sind derartige, gehärtete und geschliffene Schneckenradverzahnungen lediglich durch die technischen Möglichkeiten begrenzt. Exakte Linienberührung zwischen den Zahnflanken der Schnecke und des Schnecken rades tritt dann ein, wenn der Eingriffs winkel genau null Grad ist. Es können aber Fälle eintreten, wo diese exakte Linienberüh rung unerwünscht ist, z.
B. dort, wo der theo retische Kreuzungswinkel der Achsen nicht genau eingehalten werden kann oder sich unter Belastung in kleinen Grenzen ändert. Als Folge davon würde das gefürchtete Tra gen der Schnecke in den äussern Radebenen des Schneckenrades auftreten. In diesem Falle lässt man den Eingriffswinkel sehr kleine -Werte bis maximal 1 annehmen. Man erhält dann angenäherte Linienberührung in den Flanken, so zwar, dass sich die Flanken mit einer geringen Balligkeit berühren. Man kann diese Massnahme etwa vergleichen mit dem, was man erreichen will durch Balligschaben oder Balligschleifen von Stirnradflanken in Kraftfahrzeuggetrieben; gemeint ist eine Bal- ligkeit in der Zahnrichtung.