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Abwälzverfahren zum Erzeugen von Zahnradflanken, insbesondere an Kegel-und
Hyperboloidrädern mit großer Kegeldistanz, und zur Ausführung des Verfahrens bestimmte
Maschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer Zahnflanke,
bei welchem das Werkstück um seine Achse umläuft und zeitlich abgestimmt dazu eine
relative Drehung zwischen dieser ersten Achse und der von dem spanabhebenden Werkzeug
beschriebenen Bahn um eine zweite Achse stattfindet, die zur Werkstückachse geneigt
ist. Dieses Verfahren dient in bekannter Weise zum Verzahnen von Kegelrädern.
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Erfindungsgemäß wird zeitlich abgestimmt zu den Drehungen eine relative
translatorische Bewegung zwischen der Werkstückachse und der vom Werkzeug beschriebenen
Bahn in einer Richtung herbeigeführt, die mit der zweiten Achse einen konstanten
Winkel einschließt und auch zur Werkstückachse in einem gleichbleibenden Winkel
geneigt ist. Dadurch wird die Möglichkeit geboten, Kegelräder mit einer größeren
Kegeldistanz zu verzahnen, als es mit den bekannten Verfahren möglich war.
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Bei dem spanabhebenden Werkzeug kann es sich um ein Fräswerkzeug oder
um Hobelstähle oder um ein Schleifwerkzeug handeln.
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Die Erfindung läßt sich beispielsweise mit Hilfe einer Maschine ausführen,
bei der in bekannter Weise entweder das spanabhebende Werkzeug oder die das Werkstück
tragende Spindel auf einer drehbar gelagerten Wiege angeordnet ist und entweder
das Werkzeug oder die Werkstückspindel von einem Schlitten getragen werden und durch
diesen relativ zueinander in einer Richtung verschiebbar sind, die mit der Wiegenachse
einen konstanten Winkel und auch mit der Werkstückspindelachse einen konstanten
Winkel einschließt, wobei die Werkstückspindel und die Wiege durch ein Getriebe
kraftschlüssig zu gleichzeitiger Drehung verbunden sind. Diese bekannte Maschine
ist nun zur Ausführung des neuen Verfahrens erfindungsgemäß in der Weise ausgestaltet,
daß das Getriebe auch mit dem Schlitten gekuppelt ist, um diesen zeitlich auf die
Drehungen der Wiege und der Werkstückspindel abgestimmt zu verschieben.
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Bei den bekannten nach dem Abwälzverfahren arbeitenden Maschinen zum
Verzahnen von Kegel-und Hyperboloidzahnrädern entsteht also die Abwälzbewegung zwischen
Werkzeug und Werkstück lediglich dadurch, daß die Wiege sich dreht und zeitlich
abgestimmt auf diese Drehung die Spindel in Umlauf versetzt wird. Infolgedessen
bewegt sich das Werkstück auf der Spindel gegenüber der vom spanabhebenden Werkzeug
beschriebenen Schneidbahn in ähnlicher Weise wie gegenüber einem Zahn eines mit
ihm kämmenden Zahnrades. Bei der Maschine nach der Erfindung aber tritt zu der relativen
zwischen Werkzeug und Werkstück herbeigeführten Bewegung noch diejenige des Schlittens
hinzu, der eine relative translatorische Bewegung zwischen dem Werkzeug und der
Werkstückspindel herbeiführt, wobei diese Bewegung durch das Getriebe zeitlich abgestimmt
auf den Umlauf der Werkstückspindel erfolgt.
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Zum Erzeugen von Kegel- oder Hyperboloidzahnrädern mit kurzer Kegeldistanz
läßt sich die Maschine in der gleichen Weise betreiben wie die vorstehend erläuterte
bekannte Maschine, wozu der Schlitten stillgesetzt wird, nachdem er bei der Einrichtung
der Maschine in der erforderlichen Weise eingestellt worden ist.
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Um mit der Maschine auch zylindrische Zahnräder, d. h. gerad- oder
schrägverzahnte Stirnräder, herstellen zu können, wird sie erfindungsgemäß derart
ausgestaltet, daß der die Werkstückspindel in Umlauf versetzende Antrieb wahlweise
entweder mit dem Schlitten oder, wie an sich bekannt, mit der Wiege kuppelbar ist,
um gleichzeitig mit dem Umlauf der Werkstückspindel entweder den Schlitten in senkrechter
Richtung zu verschieben oder die Wiege zu drehen. Will man Stirnräder herstellen,
so wird die Wiege gegen Drehung verriegelt und die Werkstückspindel gleichzeitig
mit dem Schlitten angetrieben. In diesem Falle erfolgt die Abwälzbewegung des Werkstücks
gegenüber dem Werkzeug ebenso wie gegenüber einem Zahn einer mit ihm kämmenden Zahnstange.
Bei
dem bekannten Abwälzverfahren zum Herstellen von Kegel- oder Hyperboloidzahnrädern
fällt die Wiegenachse mit der Achse des gedachten Zahnrades zusammen, das durch
das Werkzeug dargestellt wird. Dementsprechend ist die Kegeldistanz des Werkstücks
durch das Maß begrenzt, um das sich das Werkzeug gegenüber der Wiegenachse verstellen
läßt. Mit dem Verfahren nach der Erfindung aber lassen sich Kegelräder jedes beliebigen
Kegelabstands unter Verwendung einer Maschine gegebener Größe herstellen. Will man
ein Kegelrad mit großer Kegeldistanz erzeugen, so werden hierzu der Schlitten und
die Wiege gleichzeitig durch das Abwälzgetriebe, zeitlich abgestimmt auf den Umlauf
der Werkstückspindel, angetrieben. Infolgedessen beschreibt die Schneidbahn des
Werkzeugs, statt sich relativ zur Werkstückachse um die Wiegenachse zu drehen, einen
Weg längs einer Trochoide. Das hat dieselbe Wirkung, als ob die Schneidbahn um eine
Achse wandert, die sich von der Wiegenachse in der gewünschten Entfernung befindet.
Das Maß dieser Entfernung hängt dabei von dem Verhältnis ab, das zwischen der durch
die Wiegendrehung bewirkten, bogenförmigen Verschiebung und der durch die Schlittenbewegung
bewirkten translatorischen Verschiebung besteht.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für die begrenzte Länge
der bogenförmigen Bewegung, die für die Abwälzerzeugung erforderlich ist, die Abweichung
der Trochoide von einem Kreisbogen einen so geringen Einfluß auf das Zahnflankenprofil
hat, daß dieser Einfluß vernachlässigt werden kann. Das ist insbesondere deshalb
der Fall, weil dieser Einfluß weitgehend ausgeglichen wird, wenn das andere Zahnrad,
mit dem das Werkstück später kämmen soll, mit dem gleichen Verfahren verzahnt wird.
Im übrigen kann man, ebenso wie bei dem bekannten Abwälzverfahren, das Zahnprofil
in gewünschter Weise auf verschiedenen bekannten Wegen beeinflussen, z. B. dadurch,
daß man das Übersetzungsverhältnis der Werkstückspindel zur Wiege im Verlauf der
Abwälzung ändert. Weiter kann man durch entsprechende Änderung des Verhältnisses
zwischen der Drehung der Wiege und der translatorischen Verschiebung des Schlittens
Zahnflanken erzeugen. die genau dieselbe Gestalt haben, wie sie sich bei der bekannten
Abwälzerzeugung ergibt.
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Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht der Maschine
mit einer solchen Einstellung des Werkstückspindelstockes, daß die Achsen von Werkstück
und Wiege parallel verlaufen, Fig. 2 einen Grundriß der Maschine mit einer solchen
Einstellung des Werkstückspindelstocks, wie sie zum Verzahnen eines Kegelrades erforderlich
ist, Fig: 3 ein Getriebeschema der Maschine bei schrittweiser Teilbewegung, Fig.
4 und 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung der relativen Einstellung von
Werkzeug und Werkstück, welche die Zahnform eines auf der Maschine verzahnten Stirnrades
bestimmt, Fig. ö eine schematische Darstellung des vom Werkzeug beschriebenen gedachten
Planrades in der Teilkreisebene, die erkennen läßt, wie sich beim Abwälzverfahren
eines Kegelrades die translatorische Schlittenbewegung auf den Durchmesser des Planrades
auswirkt, Fig. 7 ein ähnliches Diagramm in der Teilkreisebene zur Erläuterung der
geometrischen Beziehungen, die beim Abwälzverzahnen von Kegelrädern mit großem Kegelabstand
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestehen, Fig. 8 eine schematische Darstellung
der von den Messern eines spiralförmigen Stirnmesserkopfes gegenüber dem Werkstück
beschriebenen Bahnen, Fig. 9 einen schematisch in einem kleineren Maßstab als Fig.
2 gehaltenen Grundriß einer Abänderung in der Anordnung der Hauptteile der Maschine,
Fig. 10 einen Aufriß einer weiteren Ausführungsform der Maschine, deren Werkzeug
aus kämmenden Scheibenfräsern besteht, mit deren Hilfe gerad- und schrägverzahnte
Stirnräder und Kegelräder gefräst werden können, und Fig. 11 ein Diagramm in der
Teilkreisebene, welche die geometrischen Beziehungen erkennen läßt, die beim Abwälzerzeugen
gerad- oder schrägverzahnter Kegelräder mit großem Kegelabstand auf einer Maschine
der in der Fig. 10 gezeigten Bauart bestehen.
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Die Erfindung eignet sich für Maschinen verschiedener Bauarten. In
Fig. 1 und 2 ist sie in Anwendung auf eine bekannte Maschine gezeigt, die wie folgt
beschaffen ist: Im Rahmen 10 ist eine Wiege 11 um eine waagerechte Achse 12 drehbar
gelagert. Auf der Wiege ist um eine Achse 14, die zur Wiegenachse 12 parallel verläuft,
einstellbar eine Trommel 13 angebracht. In der Trommel ist eine Messerkopfspindel
16 mit der Achse 15 drehbar gelagert: Sie trägt einen Stirnmesserkopf. Die Achse
15 verläuft bei dieser Maschine parallel zu den Achsen 12 und 14. Verstellt man
die Trommel auf der Wiege durch Drehen um ihre Achse 14, so wird dadurch der .Abstand
zwischen den Achsen 12 und 15 nach Wunsch verändert. Diese radiale Einstellung des
Messerkopfes gegenüber der Wiegenachse ist durch die Exzentrizität der Achsen 12,
14 und 15 begrenzt, und diese wiederum ist durch den Durchmesser der Wiege begrenzt.
Gewünschtenfalls kann die Maschine mit Einrichtungen versehen sein, mit deren Hilfe
sich die Messerkopfachse zur Wiegenachse geneigt einstellen läßt, was bei Maschinen
zum Verzahnen von Kegel- und Hyperboloidrädern bekannt ist.
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Ferner ist auf Gleitführungen 18 des Rahmens 10, die zur Wiegenachse
parallel verlaufen, eine Grundplatte 17 verschiebbar und einstellbar, die ihrerseits
eine Drehscheibe 19 trägt. Diese kann auf einer bogenförmigen Gleitführung 21 um
eine lotrechte Achse 22 verschwenkt und im Winkel eingestellt werden, welche die
Wiegenachse 12 rechtwinklig schneidet. Die Drehscheibe ist mit einer Gleitbahn 24
versehen, auf der sich geradlinig ein Ständer 23 rechtwinklig zur Achse 22 verstellen
läßt. Der Ständer ist mit einer senkrechten Gleitbahn 28 versehen, auf der der Spindelstock
25 der Werkstückspindel 26 geführt ist. Die Achse 27 dieser Spindel verläuft parallel
zur Gleitbahn 24 und schneidet die lotrechte Achse 22 im rechten Winkel. Mithin
kann sich die Spindelachse 27 gegenüber der Wiegenachse 12 auf und ab verschieben.
Mit Hilfe der erläuterten Einstellung kann man das auf der Spindel 26 sitzende
Werkstück G derart einstellen, daß es mit Hilfe des Messerkopfes C verzahnt werden
kann, wie Fig. 2 zeigt.
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Das Triebwerk der Maschine, das in Fig. 3 schematisch dargestellt
ist, enthält einen Motor 31, der den Messerkopf C über einen Getriebezug antreibt,
der aus einem Kegelrad 32, einer Welle 33, Wechselrädern 34 zur Bestimmung der Schnittgeschwindigkeit,
Kegelrädern 35, einer Welle 36, Zahnrädern 37, einer Welle 38, Zahnrädern 39, einem
Kegelritzel 41 und einem Tellerrad 42 auf der Werkstückspindel 16 besteht. Die
Welle
36 ist gleichachsig zur Wiegenachse 12 und die Welle 38 gleichachsig zur Trommelachse
14 gelagert, wodurch die beschriebene radiale Einstellung des Werkzeugs auf der
Wiege ermöglicht ist.
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Die Abwälzbewegungen der Maschine werden durch einen Getriebezug bewirkt,
der von der Welle 33 über Wechselräder 43 zur Bestimmung der Abwälzgeschwindigkeit
und über Kegelräder 44 zu einer Welle 45 verläuft, auf der sich Zahnräder 46 und
47 befinden, durch die eine Umsteuertrommel 48 abwechselnd in entgegengesetzten
Richtungen angetrieben werden kann. Während das Zahnrad 46 unmittelbar mit einem
zur Trommel gleichachsigen Zahnrad 49 kämmt, treibt das Zahnrad 47 ein zweites zur
Trommel gleichachsiges Zahnrad 51 über ein Zwischenrad 50 an. In der Trommel befindet
sich ein Schaltwerk, das jeweils in Gang kommt, wenn die Trommel eine bestimmte
Anzahl von Drehungen vollendet hat und dann die Trommel abwechselnd mit den Zahnrädern
49 und 51 kuppelt und jeweils das andere Zahnrad abkuppelt. Bei Einkupplung des
Zahnrades 51 läuft die Trommel in der gleichen Richtung wie die Welle 45. Bei Einkupplung
des Zahnrades 49 läuft sie in der entgegengesetzten Richtung. Das Umsteuergetriebe
ist an -sich bekannt (deutsche Patentschrift 609 767). Mit der Trommel läuft ein
Zahnrad 52 um, das mit einem Zahnrad 53 kämmt und über dieses und weitere Zahnräder
54 eine Welle 55 antreibt, die im Maschinenrahmen zur Wiegenachse 12 parallel waagerecht
gelagert ist. Durch die Kegelräder 56 treibt die Welle 55 eine Schnecke 57 an. die
mit einem an der Wiege 11 befestigten Schneckenrad 58 kämmt und dadurch die Wiege
um die Achse 12 dreht.
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Die Drehgeschwindigkeit der Wiege kann durch Hinundherverschiebung
der Schnecke 57 in Achsenrichtung durch ein an sich bekanntes Schaltwerk (deutsche
Patentschrift 929 289) geändert werden. Dieses Schaltwerk enthält einen Exzenter
59, durch den die Schnecke in Achsenrichtung hin und her verschoben wird und der
seinen Antrieb von der Schnekkenwelle über Schneckenräder,60, Wechselräder 61, Schnecke
62 und ein Schneckenrad 63 erfährt, mit welchem der Exzenter als Ganzes umläuft.
Die Exzentrizität des Exzenters gegenüber dem Schnekkenrad 63 läßt sich durch entsprechende
(nicht dargestellte) Mittel einstellen.
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Die Werkstückspindel26 steht mit der die Wiege antreibenden Schnecke
57 in einer Getriebeverbindung von konstantem Übersetzungsverhältnis. Sie wird von
der Welle 55 aus über einen Getriebezug angetrieben, der aus folgenden Maschinenelementen
besteht: Wechselräder 64, welche das Übersetzungsverhältnis zwischen Wiege und Werkstückspindel
bestimmen, Welle 65, Zahnräder 66, 67 und 68 eines Differentialgetriebes mit dem
Planetenradträger 69, waagerechte Teleskopwelle 71, Zahnräder 72, senkrechte Welle
73, Zahnräder 74, geneigte Welle 75, Zahnräder 76, waagerechte Teleskopwelle 77,
Kegelrad 78, senkrechte Teleskopwelle 79, Wechselräder 81 für die Teilbewegung,
Schnecke 82 und Schneckenrad 83 auf der Werkstückspindel26. Die waagerechte Teleskopwelle
71 verläuft parallel zur Gleitbahn 18 und ermöglicht die Verschiebung des Schlittens
17 auf dieser Gleitbahn, wobei die senkrechte Welle 73 gleichachsig zur Achse 22
verbleibt, so daß die Drehscheibe 19 verstellt werden kann. Die geneigte Welle 75
befindet sich in einem rohrförmigen Gehäuseteil 75" der Drehscheibe. Die
waagerechte Teleskopwelle 77 verläuft in einem rohrförmigen Gehäuseteil
77' der Drehscheibe in der Richtung der Gleitführung 24 und ermöglicht daher
die Verstellung des Ständers 23 in der Richtung der Werkstückachse 27, während die
senkrechte Teleskopwelle 79 im Ständer 23 und Spindelstock 25 angeordnet ist und
daher die senkrechte Verschiebung des Spindelstocks 25 auf dem Ständer ermöglicht.
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Der Planetenradträger 69 des Differentialgetriebes ruht während der
Abwälzdrehungen der Wiege 11 und der Werkstückspindel 26. Während des Rücklaufs
der Wiege und der Werkstückspindel wird der Planetenradträger jedoch angetrieben,
um die Werkstückspindel um eine oder mehrere Zahnteilungen des Werkstücks zu drehen
und um dadurch den nächsten Zahnlückenraum dem Werkzeug darzubieten. Vor dieser
Teilbewegung wird der Schlitten 17 auf der Gleitbahn 18 zurückgezogen, wodurch das
Werkstück vom Werkzeug frei kommt. Bewirkt wird dieser Rückzug durch einen (nicht
dargestellten) Nocken, der von der stets in derselben Richtung umlaufenden Welle
45 angetrieben wird, und zwar mittels Kegelräder 84, einer Schnecke 85 und eines
Schneckenrades 86, das zusammen mit dem Nocken umläuft. Die absatzweise Drehung
des Planetenradträgers 69 wird durch ein Maltesergetriebe bewirkt. Dieses besteht
aus einem Antriebsteil 87 mit einer Rolle, die absatzweise in ein Malteserrad
88 eingreift. Der Antriebsteil erfährt seinen Antrieb durch die stets in derselben
Richtung umlaufende Welle 45 über Zahnräder 89, 91, 92 und 93. An dem Malteserrad
88 ist ein Zahnrad 94 befestigt, das mit einem Zahnkranz 95 des Planetenradträgers
69 kämmt. Einmal bei jedem Arbeitsspiel des in der Trommel 48 befindlichen Umsteuertriebwerks,
also einmal bei jedem Umlauf des vom Schneckenrad 86 angetriebenen Nockens, kommt
das Maltesergetriebe 87, 88 zur Wirkung und rückt das Werkstück um eine oder mehrere
Zahnteilungen vor. Der Winkel dieses Vorrückens wird durch das Übersetzungsverhältnis
der Wechselräder 81 bestimmt. Insoweit ist das beschriebene Triebwerk bekannt (deutsche
Patentschrift 929289).
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Erfindungsgemäß ist nun ein zusätzlicher Antrieb vorgesehen, der den
Spindelstock 25 auf dem Ständer 23, zeitlich abgestimmt auf den Umlauf der Werkstückspindel,
verschiebt. Für diesen Zweck ist in Wälzlagern eine senkrechte Schraubspindel 101
mit Hilfe eines Lagerbocks 102 am Ständer gelagert und mit einer Mutter 103 versehen,
die am Spindelstock 25 befestigt ist. Am besten sind Mutter und Spindel in bekannter
Weise mit einer endlosen Kette von Lagerkugeln versehen, die einerseits in der Gewindenut
der Mutter und andererseits in der Gewindenut der Spindel 101 laufen und durch einen
Rücklaufkanal jeweils von dem einen Ende der Mutter zum anderen zurückgeführt werden.
Ihren Antrieb erfährt die Spindel von. der Umsteuertromme148 aus über einen Getriebezug,
der aus den Wechselrädern 105, der Welle 106, den Kegelradpaaren 107 und 108, der
senkrechten Welle 109, den Kegelrädern 111, der ausziehbaren waagerechten Welle
112 im Teleskopgehäuse 112' und aus Kegelrädern 113 besteht.
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Um die Maschine für das Erzeugen von Kegel- und Hyperboloidzahnrädern
auf bekannte Weise im Abwälzverfahren einzurichten, nimmt man ein Wechselrad 105
oder mehrere heraus und steckt einen Schraubenschlüssel auf das Ende der Spindel
101 auf und dreht diese, um dadurch den Spindelstock 25 längs seiner senkrechten
Gleitbahn 28 auf dem Ständer zu verschieben.
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Auf diese Weise kann man die Achse 27 des Werkstücks entweder in dieselbe
waagerechte Ebene einstellen, in der sich die Wiegenachse 12 befindet, oder
auf
einen gewünschten Abstand von dieser Ebene bringen. Alsdann klemmt man die Spindel101
am Ständer 23 fest, so daß sie sich nicht drehen kann. Man kann nun die Maschine
in der üblichen Weise einstellen, um sie in der bekannten Art zum Erzeugen eines
Zahnrades durch Abwälzen zu verwenden. Dabei wandert der Messerkopf infolge der
Drehbewegung der Wiege um deren Achse 12, und zwar zeitlich abgestimmt auf den Umlauf
des Werkstücks um die Achse 27. Ist der Abwälzvorgang so weit fortgeschritten, daß
das Werkzeug außer Eingriff mit dem Werkstück gelangt ist, dann zieht der vom Schneckenrad
86 angetriebene Nocken den Schlitten 17 zurück, und der Antrieb 87, 88 schaltet
das Werkstück um eine Zahnteilung weiter. Dabei wird gleichzeitig die Trommel 48
umgesteuert und läßt die Wiege 11 in ihre Ausgangslage zurückwandern. Alsdann wird
die Trommel von neuem umgesteuert, und der Nocken schiebt den Schlitten wieder vor,
worauf der Abwälz-_vorgang wiederholt wird. Diese Arbeitsweise wiederholt sich so
oft, bis das Werkstück fertig verzahnt ist.
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Um nun zylindrische Zahnräder, d. h. gerad- oder schrägverzahnte Stirnräder,
mit derselben Maschine nach dem Abwälzverfahren zu erzeugen, geht man erfindungsgemäß
folgendermaßen vor: Man setzt Wechselräder 105 vom richtigen Übersetzungsverhältnis
ein und löst die Klemmung der Spindel 101. Dann bringt man durch entsprechende Einstellung
die Achse 27 des Werkstücks in eine zu den Achsen 12, 14 und 15 rechtwinklig verlaufende
Lage und stellt den Messerkopf C so ein, daß er einen Zahn einer gedachten Zahnstange
darstellt. Ferner klemmt man die Wiege am Rahmen 10 fest und rückt die Kupplung
114 aus, um die beiden Abschnitte der Welle 55 zu trennen, damit die Wiegentriebräder
57, 58 nicht mehr angetrieben werden. Bei jedem Abwälzspiel der Maschine, das im
übrigen die oben für Kegelräder beschriebene Folge von Vorgängen umfaßt, wird das
Werkstück durch die Schraubspindel 101, abgestimmt auf seinen Umlauf um die Achse
27, senkrecht verschoben, während die Messerkopfachse ortsfest verbleibt. Dabei
entsteht also dieselbe Wirkung, als ob sich das Werkstück an einer Zahnstange abwälzt,
und zwar an einem Zahn dieser Zahnstange, der durch den Messerkopf dargestellt wird.
Falls dabei die Messerkopfachse symmetrisch zum Werkstück eingestellt ist, stellt
der Messerkopf C einen Zahn 115 einer Zahnstange 116 (Fig. 4) dar, der etwa parallel
zur Werkstückachse verläuft. Anders verhält es sich aber, wenn die Messerkopfachse
zum Werkstück in der in Fig. 5 gezeigten unsymmetrischen Weise eingestellt wird.
Dann stellt der Messerkopf einen Zahn 115' einer Zahnstange 116' dar, und dieser
Zahn ist mit seiner mittleren Richtung geneigt zur Werkstückachse gelegen. Man kann
also nach Wunsch gerad- oder schrägverzahnte Stirnräder herstellen. Bei Verwendung
des besonderen beschriebenen Werkzeugs fallen die Zähne längsgekrümmt aus. Gewünschtenfalls
kann man aber dieses Werkzeug auch durch andere ersetzen, die gerade Zähne herausarbeiten,
z. B. durch hin und her gehende Hobelstähle oder Scheibenfräser. Wenn das geschieht,
erhält die Verzahnung des Werkstücks eine solche Gestalt, daß dieses mit einer geradverzahnten
Zahnstange kämmen kann, also die übliche Gestalt von geradverzahnten oder schrägverzahnten
Stirnrädern hat.
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Um nun ein Kegel- oder Hyperboloidzahnrad mit besonders großer Kegeldistanz
im Abwälzverfahren zu verzahnen, geht man so vor, daß man nach Vornahme der erforderlichen
Einstellungen, insbesondere nach Einsetzen der Wechselräder vom richtigen übersetzungsverhältnis
und nach Einrücken der Kupplung 114, sowohl die Werkstückspindel und die Wiege umlaufen
läßt, als auch zeitlich abgestimmt hierzu den Spindelstock 25 mittels der Spindel
101 senkrecht verschiebt.
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An Hand der Fig. 6 sei nunmehr erläutert, welche Wirkung durch diese
senkrechte Verschiebung im Vergleich mit der üblichen Abwälzerzeugung eines Kegelrades
eintritt. Bei dem üblichen Verfahren wandert der '.Messerkopf C mit der Wiege um
die Achse 12, wobei er einen Zahn 115 eines gedachten Zahnrades G1 darstellt, an
welchem das Werkstück abgewälzt wird. Die Achse dieses erzeugenden Rades G1 befindet
sich bei 12. Nimmt der mittlere Punkt 117 der gewölbten Flanke dieses Zahnes die
dargestellte Lage ein, so liegt er in derselben waagerechten Ebene wie die Achse
12. Bei dem Abwälzerzeugen eines Kegelrades kann dessen Achse ebenfalls in dieser
Ebene liegen. Bei der Drehbewegung der Wiege durchwandert die Messerkopfachse auch
die Punkte 15 a und 15 b. Wenn das geschieht, durchwandert der Zahn 115 die Stellungen
115a und 115b. Die Drehung der Wiege, welche die Messerkopfachse trägt, kann längs
der Kreisbahn 110 im Uhrzeigersinn erfolgen, also von dem Punkt 15 a über den Punkt
15 zum Punkt 15 b.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung mag die Achse der Wiege bei 12'
liegen, also ein ganzes Stück unter der waagerechten Ebene 12-117, während sich
die Messerkopfachse bei 15 befindet. Die Mitte des Zahnes 15 befindet sich dann
an der Stelle 117. Die senkrecht durch die Spindel 101 bewirkte Verschiebung
führt zu einer relativen Verschiebung zwischen der Wiegenachse und dem Werkstück,
z. B. zur Verschiebung von 12 c zu 12 d. Während dieser Verschiebung dreht sich
die Wiege um ihre Achse und durchläuft dabei einen Winkel y (in Wirklichkeit verschiebt
die Spindel 101 das Werkstück, während die Wiegenachse ortsfest bleibt). Gelangt
die Wiegenachse nach 12c, dann befindet sich die Messerkopfachse bei 15c und der
vom Werkzeug dargestellte Zahn, an dem sich das Werkstück abwälzt, bei 115 c. Gelangt
die Wiegenachse bei 12d an, dann befindet sich die Messerkopfachse bei 15
d und der Zahn bei 115 d. Die von der Messerkopfachse zurückgelegte
Bahn 120, auf welcher die Punkte 15 c, 15 und 15 d liegen, ist eine Trochoide. Der
hier betrachtete Abschnitt dieser Kurve hat einen mittleren Krümmungsmittelpunkt,
der bei 118 liegt. Obgleich also der radiale Abstand der Messerkopfachse von der
Wiegenachse, d. h. 12' bis 15, ebenso groß ist wie die Strecke 12 bis 15, stellt
nunmehr der Messerkopf ein erzeugendes Zahnrad G 2 dar, dessen Achse bei
118 liegt und dessen Kegeldistanz von der Strecke 117-118 gebildet wird.
Diese Strecke läßt sich von der Mindestgröße 117-12 bis ins Unendliche dadurch verändern,
daß man das Verhältnis zwischen dem Winkel y und der senkrechten Verschiebung 12
c bis 12 d verändert. Da man durch Einstellung der Maschine aber die Strecke 117-12
bis auf Null verringern kann, kann man der Kegeldistanz 117-118 jede gewünschte
Länge geben.
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Wie Fig. 7 zeigt, kann man eine Drehung des Punktes 15 um den Punkt
12', der sich mit gleichbleibendem Geschwindigkeitsverhältnis zur Drehung senkrecht
verschiebt, dadurch erzeugen, daß man den Punkt 15 auf einen Kreis 119 legt, dessen
Mitte bei 12' liegt und der auf einer senkrechten Linie 121 abgewälzt wird. Zur
weiteren Erläuterung der bestehenden geometrischen Beziehungen ist der Schnittpunkt
der Strecke 15-12' mit der Strecke 117-118 mit 122 bezeichnet.
Von
diesem Punkt ist ein Lot auf-die Strecke 15-118 gefällt, das diese Strecke bei 123
schneidet. Die radiale Linie 12'-123 liegt lotrecht zur senkrechten Linie 121 und
somit parallel zur Linie 117-118. Die verschiedenen Winkel und Abstände in den nachstehend
aufgestellten Gleichungen (1) bis (10) haben folgende Bedeutung:
| qo = Winkel 117-118-15. |
| r = Messerkopfradius 15-117. |
| s = Spiralwinkel des erzeugenden Zahnes des |
| Zahnrades G2. |
| A = Kegeldistanz 117-118. |
| So = Abstand 15-118. |
| Ein = senkrechter Abstand des Punktes 12' von |
| der Linie 117-118, d. h. der Hyperboloid- |
| abstand in der Mitte der Abwälzstrecke. |
| A S = Abstand 118-123. |
| A q = Winkel 12'-15-123. |
| qm = Winkel 122-12'-123. |
| SM = die radiale Einstellung der Maschine, Ab- |
| stand 12'-15. |
| L = das Maß der senkrechten Abwälzverschie- |
| bung in Längeneinheiten je Wiegenumdre- |
| hung ( I- ist zahlenmäßig gleich dem |
| Radius der Scheibe 119). |
| Ra = das Verhältnis der Wälzbewegung des |
| Werkstücks um die Achse 27 zu derjenigen |
| der Wiege um die Achse 12'. |
| R" o = das Verhältnis der Zähnezahl des erzeu- |
| genden Rades G2 zur Zähnezahl des Werk- |
| stücks. |
Wie ersichtlich, gelten die folgenden Formeln:
Die oben beschriebene geometrische Beziehung führt dazu, daß sich die Messerkopfmitte
15 um den Punkt 118 längs einer Bahn 120 bewegt, die mit großer Annäherung einen
Kreisbogen darstellt. Der Punkt
118 ist also der Mittelpunkt des erzeugenden
Planrades. Für eine praktische Anwendung ist diese Annäherung sehr groß. Indessen
ist die Geschwindigkeit, mit welcher der Punkt 15 auf der Bahn 120 wandert, gegenüber
den drei Maschinenbewegungen, nämlich der Drehung der Wiege, der Drehung des Werkstücks
und der Verschiebung des Schlittens, nicht genau konstant, und das führt im Endeffekt
zu einer abgeänderten Abwälzbewegung, welche das Bild der Verzahnung beeinflußt,
nämlich Änderungen in der Profilkrümmung bewirkt. Werden aber die beiden miteinander
kämmenden Zahnräder eines Zahnradpaares mit demselben Abwälzverfahren erzeugt, dann
gleichen sich die an den kämmenden Zahnflanken eintretenden Profiländerungen aus,
und es verbleibt nur ein sehr geringer Einfluß, der gewöhnlich vernachlässigt werden
kann. Gewünschtenfalls kann man diesen Einfluß dadurch berichtigen, daß man die
Wälzbewegung der Wiege mit Hilfe des Exzenters 59 in bekannter Weise abändert (deutsche
Patentschrift 929 289).
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Eine theoretisch genaue Abwälzerzeugung läßt sich dadurch erreichen,
daß man die Drehungen von Wiege und Werkstück um ihre Achsen im Verhältnis zur senkrechten
Verschiebung des Schlittens derart beeinflußt, daß jederzeit die folgenden Bedingungen
erfüllt werden
Das kann man bei der Maschine nach Fig. 3 dadurch erreichen, daß man durch eine
entsprechende Einrichtung, die dem Getriebe 60, 61, 62, 63, 59 entspricht, die Schnecke
82 in Achsenrichtung verschiebt und den Exzenter 59 dieser Einrichtung und auch
den Nocken 59 zur axialen Verschiebung der Schnecke 57 benutzt. Während sich Werkstück
und Wiege mit konstantem Geschwindigkeitsverhältnis zueinander drehen, bewirken
diese Nocken, daß sich das Verhältnis der Wiegendrehung zur senkrechten Schlittenbewegung
in einer Weise ändert, durch welche die vorstehend genannten Bedingungen (11 und
12) beim ganzen Abwälzvorgang aufrechterhalten werden.
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Die Erfindung ist auch noch auf andere bekannte Bauarten von Maschinen
zum Verzahnen von Kegel-und Hyperboloidzahnrädern nach dem Abwälzverfahren anwendbar.
So eignet sie sich beispielsweise zur Anwendung bei einer Maschine, die, wie in
Fig. 8 gezeigt, mit einem ununterbrochenen Teilverfahren arbeitet und einen Messerkopf
C verwendet, der nach Art eines Schneckenfräsers wirkt und mehrere Messergruppen
trägt. Jede Gruppe besteht dabei aus einem innen zum Schnitt kommenden Messer 134
und aus einem außen zum Schnitt kommenden Messer 135. Messerkopf und Werkstück G
laufen ununterbrochen um, so daß die aufeinanderfolgenden Messergruppen in aufeinanderfolgenden
Zahnlücken des Werkstücks zum Schnitt kommen. Die von den Messern relativ zum Werkstück
beschriebene Bahn stellt daher eine Zykloide 136 dar. Diesen relativen Umläufen
des Messerkopfes gegenüber dem Werkstück werden die Abwälzbewegungen überlagert.
Wie bei Fig. 1 dreht sich zu diesem Zweck eine den Messerkopf tragende Wiege um
ihre Achse 12, wobei das Werkstück G zusätzlich um seine Achse 27 umläuft. Hinzu
kommt die erfindungsgemäß durchgeführte Bewegung, die durch die Schraubspindel 101
(Fig. 3) bewirkt werden kann.
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Die entweder mit schrittweiser Teilbewegung oder mit ununterbrochener
Teilbewegung arbeitende Maschine kann gemäß Fig. 9 ausgestaltet sein. Dort handelt
es sich um eine Maschine, bei der sämtliche Abwälzbewegungen vom Werkstück G ausgeführt
werden, so daß der Messerkopf lediglich um seine eigene Achse umläuft und gegebenenfalls
noch eine Vorschubbewegung in deren Richtung ausführen kann.
Hierbei
ist die Werkstückspindel um ihre Achse 215 umlaufend in einem Spindelstock 216 gelagert,
der für die Zwecke der Einstellung und auch der Vorschubbewegung auf einer Gleitbahn
217 eines Schlittens 218 gleitend geführt. Dieser Schlitten ist auf einer quer verlaufenden
Gleitbahn 219 des Gestells 221 verstellbar. Durch diese Verstellung kann man den
Abstand zwischen Messerachse und Wiegenachse 222 ändern. Die Wiege 223 ist um ihre
Achse 222 drehbar und einstellbar auf einen ortsfesten Ständer 224 des Gestells
gelagert. In radialer Richtung ist auf der Wiege ein Block 225 einstellbar, der
eine Gleitbahn 226 besitzt. Auf dieser ist ein Schlitten 227 in einer Richtung einstehbar,
die zur radialen Einstellrichtung des Blockes rechtwinklig verläuft. Schließlich
kann- sich der Schlitten auch längs der Gleitbahn 226 bewegen, was beim Abwälzerzeugen
zylindrischer Zahnräder oder Kegelräder mit großer Kegeldistanz geschieht. Auf dem
Schlitten 27 befindet sich ein Gehäuse 228 für die Werkstückspindel, das auf dem
Schlitten um eine Achse 229 verschwenkt und eingestellt werden kann, die zur Gleitbahn
226 parallel verläuft. Die Werkstückspindel ist um ihre Achse 231 drehbar in einem
Spindelstock 228 gelagert. Diese Achse 231 schneidet die Achse 229 rechtwinklig.
Die Achse 229 bewegt sich also bei dieser Ausführungsform der Erfindung mit der
Wiege um die Achse 222, und die geradlinige Abwälzbewegung, entsprechend der durch
die Schraubspindel 101 der Fig. 1 bis 3 erzeugten Verschiebung, findet längs der
Achse 229 statt.
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Ein weiteres Beispiel einer Maschine ist in der Fig. 10 gezeigt. Sie
hat zwei kämmende Scheibenfräser C", die auf zueinander geneigten Spindeln zweier
Spindelstöcke 302 befestigt sind. Diese lassen rieh auf einer Wiege 303 so einstellen,
daß die von den seitlichen Schneidkanten der beiden Fräser beschriebenen Flächen
oder flachen Kegel die entgegengesetzten Flanken eines Zahnes oder geradverzahnten
Zahnrades oder einer Zahnstange darstellen.
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Die Werkstückspinde1311 der Maschine ist drehbar in einem Werkstückkopf
312 gelagert, der während des Laufes der Maschine auf einem Ständer 313 auf und
ab verschiebbar und einstellbar ist. Der Ständer 313 wiederum ist auf einem der
Grundplatte 17 der Fig. 2 entsprechenden Schlitten sowohl um eine lotrechte Achse
dreheinstellbar als auch waagerecht einstellbar. Diese Einstellungen ermöglichen
es, nach Wunsch entweder ein zylindrisches oder ein kegliges Werkstück, das auf
der Werkstückspindel sitzt, in die gewünschte Lage gegenüber dem Werkzeug zu bringen.
Der den Ständer tragende Schlitten ist auf dem Maschinenrahmen 314 in der Richtung
der Wiegenachse 308 beweglich.
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Die Wiege kann zeitlich abgestimmt zum Umlauf der Spindel 311 durch
ein Getriebe angetrieben werden, zu dem eine oben über die Maschine hinweglaufende
Welle376 gehört, und der Werkstückspindelkopf kann zeitlich abgestimmt zum Umlauf
der Wiege in senkrechter Richtung durch ein Getriebe verschoben werden, zu dem eine
sich über die Maschine erstreckende Welle 346 gehört.
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Um nun mit dem Verfahren nach der Erfindung Kegelräder mit besonders
großer Kegeldistanz herzustellen, die gerad- oder schrägverzahnt sein können, werden
der Wiegenantrieb und die senkrechte Verstellung gemeinsam verwendet. Das dieser
Abwälzerzeugung zugrunde liegende Prinzip ist in Fig. 11 dargestellt. Dort stellt
der Punkt 308 die Wiegenachse dar, die senkrecht zur Zeichenebene des Diagramms
verläuft, während der Punkt 382 die Achse des gedachten erzeugenden Rades darstellt.
Bei 383 liegt der Mittelpunkt des von den Werkzeugen C" dargestellten Zahnes des
erzeugenden Zahnrades, wenn dieser Zahn die Mitte seines Abwälzhubes durchläuft.
Mit 383' ist ein entsprechender Punkt bezeichnet, der in Betracht kommt, wenn die
Werkzeuge sich über der Mitte ihres Abwälzhubes befinden. Der Punkt 308' stellt
die Lage der Wiegenachse 308 dar, die dann gegeben ist, wenn der Mittelpunkt des
Zahnes sich bei 383' befindet. Die Linie 384 stellt die Richtung des erzeugenden
Zahnes in der Mitte des Abwälzhubes dar. 384' bezeichnet seine Richtung an der Stelle
383'. Der Winkel s', den diese Linie mit einem durch die Achse 382 verlaufenden
Radius einschließt, bleibt bei der Abwälzung gleich groß. Dieser Winkel, der als
Spiralwinkel oder als Zahnschrägwinkel bekannt ist, beläuft sich bei einem geradverzahnten
Kegelrad auf Null. In Fig.11 ist angenommen, daß die Werkstückachse ortsfest verbleibt,
und zwar in der waagerechten Ebene der Achse 382 und des Punktes 383, und daß die
Wiegenachse senkrecht verschoben wird. Das bedeutet die Umkehrung der wirklichen
Arbeitsweise der dargestellten Maschine.
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Wenn die Werkzeuge die Mitte des Abwälzhubes durchlaufen, also wenn
sich die Wiegenachse bei 308
befindet, soll die Geschwindigkeit der senkrechten
translatorischen Bewegung gegenüber der Drehung der Wiege so bemessen werden, daß
das Momentanzentrum der Bewegung des erzeugenden Zahnes (durch die Linie 384 dargestellt)
bei 382 liegt. Dies wird dadurch herbeigeführt, daß die translatorische Bewegung
je Wiegenumdrehung bemessen wird mit
In dieser Gleichung ist A' der Abstand 382-308. Das theoretischeÄquivalent derDrehung
desZahnes 384 um die Achse382 bis zu irgendeiner Stellung384' läßt sich dadurch
erhalten, daß man die Wiege um die Achse 308 dreht (mit der gleichen Geschwindigkeit,
mit der das erzeugende Rad sich um 382 drehen soll) und gleichzeitig eine senkrechte
Bewegung mit einer solchen Geschwindigkeit bewirkt, daß Tl = A' tg O, worin
V irgendein Abstand 308-308' und O der entsprechende Winkel der Wiegendrehung ist.
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Diese theoretisch richtige Beziehung läßt sich dadurch erreichen,
daß man der gleichförmigen Bewegung, wie sie durch ein Getriebe zwischen der Wiege
und dem senkrechten Schlitten bewirkt wird, eine Korrekturbewegung überlagert, z.
B. eine durch einen Nocken herbeigeführte Bewegung, die genau oder annähernd erzeugt
und durch ein Differentialgetriebe in das Getriebe zwischen der Wiege und dem senkrechten
Schlitten eingeführt wird.
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Die Verwendung einer gleichförmigen translatorischen Bewegung gegenüber
der Wiegendrehung gemäß der Gleichung Y= A' - 0
ermöglicht eine vereinfachte
Bauart der Maschine, bei der der obenerwähnte Nocken und das Differentialgetriebe
fortfallen und gleichzeitig Zähne erzeugt werden, die die mit nach dem gleichen
Verfahren hergestellten Verzahnungen einwandfrei kämmen, weil dabei Abweichungen
der Bewegung von der theoretisch richtigen Form durch entsprechende Abweichungen
des anderen Rades ausgeglichen werden.