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Verfahren zur Herstellung von Zähnen in einem Kronenradrohling Die
Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Kronenradrädern durch erzeugendes
Fräs- oder Hobelverfahren, bei dem ein zahnradförmiges Werkzeug - im nachstehenden
Schneidrad genannt - verwendet wird.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, solche Zahnräder herzustellen,
die mit Ritzeln kämmen sollen, deren Achse zur Zahnradachse versetzt angeordnet
ist, indem die erzeugende Schneidwirkung zahnradförmiger Schneidräder nutzbar gemacht
wird, die wesentlich größer als die Ritzel sind, mit denen die Kronenräder nachher
kämmen sollen, wobei die Schneidräder relativ zu den zu behandelnden Zahnradrohlingen
in Bahnen geführt werden, die mit Bezug auf die Achsen der Zahnräder versetzt angeordnet
sind, und die Größe dieser Versetzung gleich der Größe der Versetzung der Achse
des Ritzels zur Zahnradachse ist, mit denen die Zahnräder nach Fertigstellung kämmen
sollen. Ein besonderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Lehre- zum Einstellen
eines vergleichsweise großen, zahnradförmigen Schneidwerkzeuges in bezug auf den
zu schneidenden Zahnradrohling zu geben, derart, daß die Projektion seines Umfanges
auf eine zu der Achse des mit dem fertigen Zahnrad kämmenden Ritzels senkrecht stehenden
Ebene mit dem mittleren Radius des Ritzels hinsichtlich des Teiles des Umfanges
des Schneidwerkzeugs im wesentlichen übereinstimmt oder ihm im wesentlichen gleich
ist, das in diesem Augenblick in den Zahnradrohling eindringt.
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Zum Zweck der Erläuterung der Erfindung wird ein Kronenzahnrad als
ein Zahnrad beschrieben, das mit einer kreisförmigen Reihe von Zähnen an seiner
Endfläche versehen ist. Diese Zähne sind so geformt, daß sie mit zylindrischen Ritzeln
oder Zahnrädern kämmen. Gewöhnlich sind die Köpfe solcher Zähne und der Grund der
Zahnlücken in Ebenen angeordnet, die senkrecht oder etwa senkrecht zur Achse des
Zahnrades liegen, jedoch umfaßt diese Erfindung weiterhin Zahnräder, bei denen die
Zähne zu der Achse mehr oder weniger geneigt sind.
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Unter einem zahnradförmigen Schneidrad ist ein Schneidwerkzeug zu
verstehen, das Zähne aufweist, die entsprechend den Zähnen eines Zahnrades oder
Ritzels angeordnet sind, die jedoch an einem Ende mit Schneidkanten und hinter den
Schneiden sowohl an den Zahnköpfen als auch an den Flanken mit Hinterschneidungen
versehen sind.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf ein Verfahren zum Herstellen
von Zähnen eines Kronenrades, das mit einem Ritzel mit einer zur Achse des Kronenrades
versetzten Achse gepaart ist, mit einem zahnradförmigen, auf dem Werkstück abrollenden
Schneidwerkzeug, dessen Verzahnung an einer Stirnseite Schneidkanten trägt, dessen
Radebene zur Werkstückebene rechtwinklig ist und dessen Mantelfläche die Werkstückebene
auf einer Linie berührt, die die Projektion der Ritzelachse auf diese Ebene darstellt.
Gemäß der Erfindung ist bei einem solchen Verfahren, bei dem das zahnradförmige
Werkzeug parallel zur Kronenradebene von außen gegen dessen Mitte vorgeschoben wird,
der Durchmesser des Werkzeuges größer als der Durchmesser des Ritzels, und das Werkzeug
wird so geneigt, daß die Projektion seiner Umfangslinie auf eine zur Ritzelachse
rechtwinklige Ebene eine Ellipse darstellt, deren Krümmung in demjenigen Teil, der
das Werkstück berührt und der die auf das Werkstück einwirkenden Schneiden trägt,
der Krümmung des Ritzels an seinem Außendurchmesser weitgehend angenähert ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Neigungswinkel,
welcher dem Schneidwerkzeug gegeben wird, derart gewählt, daß sein Sinus im wesentlichen
gleich dem Verhältnis zwischen der Sehne desjenigen Teiles des Ritzelumfanges, wie
er kämmend in das Kronenrad eingreift, und der Sehne desjenigen Teiles des Umfanges
des Schneidwerkzeuges wird, soweit er in den Zahnradrohling hineindringt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung
können das Schneidwerkzeug und der Rohling während des Schneidvorganges um ihre
Achsen mit einem Geschwindigkeitsverhältnis gedreht werden, das einem Verhältnis
entspricht, das ein Zahnrad von gleicher Größe wie das Schneidwerkzeug und ein sich
im Eingriff mit ihm befindliches Kronenrad gleicher Größe haben würde.
Die
Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand eines Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit schematischen Zeichnungen beschrieben..
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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines Kronenrades und eine Seitenansicht
eines Schraubenritzels, das versetzt zu ihm mit ihm kämmt, und zeigt weiterhin im
Querschnitt ein zahnradförmiges Schneidwerkzeug, das gemäß den Grundsätzen der Erfindung
angeordnet ist, um in dem Zahnrad Zähne zu erzeugen, die mit denen des Ritzels gepaart
sind; Fig.2 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Zahnrades und des
Ritzels und enthält ein Schema, welches die Winkellage zwischen einem Schneidwerkzeug,
das wesentlich größer als das Ritzel ist und weit mehr Zähne hat, zu dem mit Zähnen
zu versehenden Zahnrad wiedergibt, die zu den Ritzelzähnen gepaart sind.
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In den Zeichnungen benennt G ein Kronenzahnrad, das in seiner Randzone
Zähne t hat, die zur Achse A
des Zahnrades in der gleichen Richtung
angeordnet sind, und P stellt ein Schneckenritzel dar, mit dem das fertige Zahnrad
kämmen soll, wobei die Achse 0-0 des Ritzels zur Achse --4 des Zahnrades um eine
Entfernung e versetzt ist. In dieser Darstellung sind die Zähne t auf einer Teilungsebene
angeordnet, die senkrecht zur Zahnradachse steht, und die Ritzelachse
0-0 liegt parallel zu dieser Ebene. Die Zähne t sind in bezug auf
die Radien des Zahnrades, auf denen sie jeweils angeordnet sind, schräg angeordnet
und sind in Längsrichtung gekrümmt ausgebildet. Der Schrägungswinkel und die Krümmung
verändern sich bei verschiedenen Kronenrädern gemäß der Größe der Versetzung und
dem Schraubenwinkel der Ritzel, die mit den Zahnrädern kämmen sollen. Die Kronenräder
können so ausgeführt sein, daß sie sowohl mit Stirnritzeln als auch mit Schraubenritzeln
kämmen. Zum Zweck der Definition soll im vorliegenden Fall ein Stirnritzel als ein
Schraubenritzel angesehen werden, welches den Schraubenwinkel Null hat.
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C bezeichnet ein zahnradförmiges Schneidwerkzeug von größerem Durchmesser
als der des Ritzels P und weist Zähne c mit Schneidkanten auf, die in der Stirnfläche
f des Schneidwerkzeuges liegen, wobei die Zahnkonturen in Ebenen senkrecht zur Achse
R-R des Schneidwerkzeuges den Zahnradzähnen entsprechen, die die gleiche normale
Kreisteilung und den gleichen Flankenwinkel in der senkrechten Ebene wie die Zähne
des Ritzels P haben.
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In der Praxis ist es wichtig, daß die Schneidwerkzeuge möglichst groß
sind und innerhalb der obengenannten Grenzen möglichst viele Zähne haben und innerhalb
der Grenzen liegen, die zur Vermeidung von Störungen notwendig sind, einmal um die
Gesamtlebensdauer des Schneidwerkzeuges und das andere Mal um seine Standzeit möglichst
lang zu machen.
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Die Erfindung ermöglicht es, daß ein Schneidwerkzeug, das viel größer
als das Ritzel ist, mit einem mit einem Ritzel gepaarten Kronenzahnrad kämmt, um
entsprechende Zahnräder zu schneiden, indem das Schneid-,verkzeug in einem Winkel
zu einer Linie angeordnet wird, die zu der Zahnradachse in einem Abstand versetzt
angeordnet ist, der gleich der Versetzung der Ritzelachse ist, und schafft ein Verfahren
zum Bestimmen der Werte eines solchen Winkels bei einem gegebenen Schneidwerkzeug
mit Bezug auf ein gegebenes Ritzel. Dieses Verfahren bildet das Wesen der Erfindung.
Es wird erfindungsgemäß eine an sich bekannte relative Querbewegung (oder ein Schneidvorschub)
zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Zahnrad jedoch längs der erwähnten Linie vorgenommen,
während das Schneidwerkzeug in dem bestimmten Winkel gehalten wird und das Schneidwerkzeug
und das Zahnrad um ihre Achsen mit gewünschten Geschwindigkeiten und in den gewünschten
Richtungen, wie an sich bekannt, gedreht werden.
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Der Winkel, unter welchem das Schneidwerkzeug zur Durchführung dieses
Verfahrens eingestellt wird, ist derjenige, durch welchen die Projektion des Umfanges
des Schneidwerkzeuges auf eine Ebene senkrecht zur Schneidrichtung eine Ellipse
ist, deren kleinster Krümmungsradius der Länge des Radius des Ritzels weitestgehend
angenähert ist. Ein graphisches Verfahren zur Bestimmung dieses Winkels wird durch
die Zeichnung erläutert.
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Eine Linie f', welche die schneidende Stirnfläche des Schneidwerkzeuges
darstellt und die geiche Länge wie der Durchmesser des Umfanges dieser Stirnfläche
hat, wird in Fig. 1 durch das Ritzel P rechtwinklig zu seiner Achse 0-0 gezogen
und ist mit Bezug auf diese Achse symmetrisch angeordnet. Diese Darstellung der
Stirnfläche wird auf die Fig. 2 als Kreis C projiziert, der zu dem Umfang
des Ritzels an der tiefsten Eindringstelle des Ritzels in das Zahnrad tangential
liegt. Der Ritzelumfang kreuzt die Ebene der Zahnköpfe des Zahnrades an den Punkten
a und b, und der Umfang C kreuzt die gleiche Ebene an den Punkten
e und d. Der Kreis C wird um seinen Durchmesser gemeinsam mit
dem Ritzel gedreht, bis der Punkt c mit dem Punkt a übereinstimmt und der Punkt
d mit dem Punkt b übereinstimmt. Die Projektion des Kreises
C auf eine Ebene senkrecht zur Ritzelachse (die Ebene der Fig. 2) ist eine
Ellipse C", die etwa mit dem Umfang des Ritzels zwischen den Punkten a und b übereinstimmt.
Die Ebene des Kreises, wenn er um das vorbeschriebene Ausmaß gedreht worden ist,
wird durch die Linie f" in Fig. 1 angedeutet, und der Winkel, um welchen er gedreht
worden ist, ist mit N bezeichnet. Das Verhältnis der Sehne a-b zur Sehne c-d ist
der Cosinus des Winkels N. Daher ist der Winkel, unter welchem das Schneidwerkzeug
mit Bezug auf die Bahn der Schneidbewegung eingestellt ist, der Ergänzungswinkel
zu dem Winkel N, d. h. 90°-N, und das Verhältnis von a-b zu c-d ist
der Sinus des Winkels 900-N.
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Eine allgemeine Formel zur Einstellung des Schneidwerkzeuges wird
wie folgt abgeleitet: Wenn Dc den Durchmesser des Schneidwerkzeuges darstellt, Dp
den Durchmesser des Ritzels, X die halbe Länge der Sehne a-b, Y die
halbe Länge der Sehne c-d und Z die Tiefe, um welche das Schneidwerkzeug und das
Ritzel in das Zahnrad eindringen, dann ergibt sich aus der Formel für die Sehne
eines Kreises X = VZ (DP -Z),
Y = VZ (Dc - Z),
und da
ist, ist
Zur praktischen Ausführung der Erfindung wird dann das Schneidwerkzeug relativ zum
Kronenradrohling so angeordnet, daß ein Durchmesser des Umkreises seiner Schneidfläche
senkrecht zu dem Bereich
des Rohlings liegt, in dem Zähne geschnitten
werden sollen. Weiterhin befindet sich dieser Durchmesser auf einer Linie
0'-0', die um einen Abstand e von der Achse des Zahnradrohlings entfernt
ist. Dieser Abstand ist gleich der vorgeschriebenen Versetzung der Ritzelachse von
der Kronenradachse, wobei die Ebene seiner Schneidfläche zur Linie 0'-0' in einem
Winkel geneigt ist. Der Sinus dieses Winkels hat den Wert, der durch die vorgenannte
Formel bestimmt ist. Während das Schneidwerkzeug in dieser Winkellage gehalten wird,
werden das Schneidwerkzeug und der Kronenradrohling längs der Linie 0'-0' relativ
zueinander vorgeschoben. Beide werden um ihre Achsen in einem Geschwindigkeitsverhältnis
gleichzeitig gedreht, das demjenigen zwischen einem Zahnrad mit gleichem Teilkreisdurchmesser
des Schneidwerkzeuges, das mit einem Kronenzahnrad entsprechend dein herzustellenden
Zahnrad kämmt, und diesem Kronenrad gleich ist.
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Es können entweder Stirnrad- oder Schraubenradschneidwerkzeuge großen
Durchmessers gemäß dem Verfahren nach der Erfindung verwendet werden, um die Zähne
von Kronenrädern zu erzeugen, die mit Stirnritzeln kämmen, oder von Kronenrädern,
die mit Schraubenritzeln kämmen, die einen kleineren Durchmesser als das Schneidwerkzeug
haben. Die richtige Größe der Schrägstellung und/oder der Krümmung der Kronenradzähne,
die mit einem Ritzel gepaart sind, wird durch die Vergrößerung der dem Schneidwerkzeug
erteilten Drehung bestimmt, die von der Schrägung der Zähne des Schneidwerkzeuges
und des Ritzels abhängt.
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In dem Schema der Fig. 2 sind die Umfänge des Ritzels und des Schneidwerkzeuges
als ihre Außenumfänge dargestellt. Es ist jedoch nicht notwendig, daß diese Umfänge
zur Bestimmung der Werte X, Y
und Z verwendet werden, es können auch andere
Umfänge, z. B. die Teilkreise, verwendet werden. Weiterhin wäre noch die zusätzliche
Höhe der Schneidwerkzeugzähne zu berücksichtigen, die notwendig ist, um die Zahnlücken
der Kronenzahnradzähne genügend tief zu schneiden, damit die Zahnköpfe der Ritzelzähne
in den Zahnlücken des Kronenrades Platz finden. Es ist ersichtlich, daß die größeren
Schneidwerkzeugzähne sich über den Umfang hinaus erstrecken, welchen der Durchmesser
Dc gemäß Fig. 2 bestimmt.
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Die Erfindung beschreibt keine besondere Maschine oder Einrichtung
zum Drehen und zum relativen Querbewegen des Schneidwerkzeuges und des Zahnradrohlings.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vielmehr in Verbindung mit bisher bekannten
Vorrichtungen benutzt werden. Sofern diese Vorrichtungen zufolge ihres Aufbaues
die Schrägstellung begrenzen, in der das Schneidwerkzeug mit Bezug auf die querlaufende
Schneidbahn angeordnet werden kann, ermöglicht die obengenannte Formel die Bestimmung
des größten Schneidwerkzeuges, das innerhalb dieser Grenzen verwendet werden kann.