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Verfahren zur Herstellung von Kronenrädern oder Planrädern Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kronenrädern oder Planrädern,
die im Fertigzustand mit einem zylindrischen Ritzel kämmen.
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Das Prinzip der Bearbeitung von Zahnrädern unter gegenseitigem Abwälzen
von Werkstück und Werkzeug ist seit langem bekannt. Ferner ist eine Hilfsvorrichtung
zum Bearbeiten kegeliger Stirnräder durch Stoßen mittels eines zylindrischen Schneidrades
bekannt. Diese Hilfsvorrichtung dient in erster Linie dem Zweck, den Umbau einer
Stoßmaschine für zylindrische Stirnräder zu vermeiden, wenn kegelige Stirnräder
nach dem Abwälzverfahren hergestellt werden sollen. Diese Hilfsvorrichtung besteht
aus einem gegenüber der Werkzeugachse im Winkel einstellbaren und mit dem Werkstück
undrehbar verbundenen Wälzgetriebe, das seinen Antrieb von dem ortsfesten Übertragungsgetriebe
mittels geradzahniger Stirnräder erhält. Die Hilfsvorrichtung ist nur dazu geeignet,
nach dem Abwälzverfahren Kegelräder herzustellen.
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Ferner ist ein Verfahren und eine Maschine zum Schneiden von Zahnrädern
bekannt, bei welchem Kegelräder mit kleinen Winkeln von einem zahnradförmigen Werkzeug
hergestellt werden sollen und bei welchem das verwendete Werkzeug eine andere Form
als das Werkstück hat. Bei dieser bekannten Maschine ist das Schneidwerkzeug mit
Bezug auf das Werkstück so angeordnet, daß die Achsen des Schneidwerkzeuges und
des Werkstückes nicht in der gleichen Ebene, sondern in einem Winkel zueinander,
d. h. versetzt zueinander angeordnet sind. Durch diese Ausführung ist es möglich,
die Größe des Zahndruckes bzw. der Berührungsfläche zwischen den kämmenden Zahnflächen
der Zahnräder zu verändern, indem die Größe der Versetzung der Achsen von Werkstück
und Werkstück verändert wird.
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Demgegenüber bezweckt die Erfindung zur Hauptsache ein Verfahren zur
Herstellung von Kronenrädern oder Planrädern mit einem Werkzeug zu schaffen, bei
dem die Seitenflanken der Zähne des Kronen- oder Planrades ballig sind.
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Demgemäß wird bei einem Verfahren zum Herstellen von Kronenrädern
oder Planrädern, die im Fertigzustand mit einem zylindrischen Ritzel kämmen und
bei dem das zahnradförmige Werkzeug und das Werkstück sich gegenseitig abwälzen,
gemäß der Erfindung zur Herstellung von Zahnrädern mit Zähnen, deren Seitenflanken
in Längsrichtung entgegengesetzt gekrümmt, d. h. längsballig sind, ein Schneidwerkzeug
in der Art eines zylindrischen Stirnrades verwendet, dessen Grundkreis größer als
der Grundkreis des später mit dem Kronenrad bzw. Planrad kämmenden zylindrischen
Ritzels ist. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
zur Darstellung gebracht.
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Fig.1 eine Draufsicht auf ein Stirnrad, das mit einem Kronenrad kämmt,
bei dem die Zähne des. Kronenrades längsballig ausgebildet sind; Fig. 2 ist ein
Schnitt durch die gemeinsame axiale Ebene von Stirnrad und Kronenrad der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines auf ein Schneidwerkzeug gelegten Stirnrades,
wobei das Schneidwerkzeug mit Bezug auf das Stirnrad so angeordnet ist, daß eine
gegebene Wölbung oder Balligkeit an den Flächen der Zähne des Kronenrades hergestellt
wird; .
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Fig. 4 ist eine im vergrößerten Maßstab dargestellte Ansicht der nebeneinanderliegenden
Seiten zweier Zähne des Stirnrades und Sehneidwerkzeuges in ihrer gegenseitigen
Lage; Fig.5, 6 und 7 sind in vergrößertem Maßstab gezeichnete abgewickelte Schnitte
nach den Linien 5-5, 6-6 und 7-7 der Fig.2 durch einen der Zähne des Kronenrades
und veranschaulichen zwei Zähne des Schneidwerkzeuges in ihrer gegenseitigen Arbeitslage.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein typisches, aus einem Kronenrad und einem
Stirnrad bestehendes Getriebe dargestellt, bei dem G das Kronenrad und P das zugehörige
Stirnrad ist, welches mit dem Kronenrad in der richtigen Weise kämmt. Das Kronenrad
G und das StirnradP sind so angeordnet, daß sieh ihre Achsen rechtwinklig schneiden.
Die Zähne des Stirnrades P sind mit tp und die des Kronenrades G mit tg bezeichnet,
wobei die Zähne tg auf der einen Fläche
des Kronenrades in Form-.eines
Zahnkranzes bergestellt sind und radial verlaufen.
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Die gemäß der Erfindung hergestellte Balligkeit der Zähne des Kronenrades.G=.:erzeugt
zwischen den in Eingriff stehenden Zähnen an deren 'inneren und äußeren- Enden ZWischenräume
und begrenzt die Berührungsfläche auf einen Bereich zwischen den genannten Enden;
diese Zwischenräume verringern sich in der Breite allmählich- auf - die --Uerühiungsfläche
zu. Diese Zwischenräume und Berührungsflächen sind in den Fig. 5, 6 und 7 gezeigt,
welche in vergrößertem Maßstab gezeichnete Abwicklungen eines .der Kronenradzähne
tg nahe dem äußeren Ende bzw. in der Mitte der Länge und am inneren Ende des Kronenradzahnes
sind. In diesen Figuren sind auch die Umrisse der benachbarten Flächen zweier Stirnradzähne
gezeigt, welche den Kronenradzahn in Eingriffsstellung umgreifen. Die Zahnflächen
der Stirnradzähne sind durch die vollen Linien f und f' bezeichnet.
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Die Eingriffslinien des Stirnrades mit dem Kronenrad in den angegebenen
Ebenen, wobei sich diese Räder entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung drehen, sind
in diesen Figuren mit lp, 1'p' und 12p2 bezeichnet. Die: Eingriffslinien bei einer
Drehung in der Uhrzeigerrichtung sind nicht gezeigt, verlaufen aber entgegengesetzt
und symmetrisch zu den angegebenen Linien. Es ist zu erkennen, daß die Berührungsstelle
in der Ebene 6-6 auf der Eingriffslinie d'p' (Fig. 6) liegt, während ein Spiel auf
den Wirkungslinien lp und 12 p2 und an den äußeren und inneren Umfängen des Zahnes
des Kronenrades vorhanden ist.
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. Dieses Ergebnis wird durch die Benutzung eines zahnradartigen Schneidwerkzeuges
erzielt, das eine größere Anzahl von Zähnen als das Stirnrad P hat, die aber die
gleiche Zahnteilung haben, oder welches mit Bezug auf das Stirnrad überdimensioniert
ist oder aber auch mehr Zähne und eine-größere Zahngröße hat. Schneidwerkzeuge,
welche diese Kombination von Merkmalen aufweisen, werden bevorzugt verwendet, und
ein solches Schneidwerkzeug ist in den Zeichnungen als Beispiel dargestellt. Die
Umrißlinien der Schneidkanten oder der wirksamen Flächen von zwei Zähnen eines "solchen
Schneidwerkzeuges und in Stellungen, die -denjenigen des dargestellten Stirnrades
entsprechen, sind durch die gestrichelten Linien e und e' in den Fig. 5, 6 und 7
gezeigt. Die Kurven e und e' sind Evolventen eines größeren Grundkreises als der
der Kurven der Stirnradfläche, und das Schneidwerkzeug wird für die Ausführung seiner
Arbeit in einem größeren Mittenabstand von dem Kronenrad als das Stirnrad angebracht,
mit dem das Kronenrad später zusammenarbeiten soll. Das Schneid= Werkzeug stellt
somit die Seitenflächen der Kronenradzähne nach den Eingriffslinien lc, IV und 12c2
(in. den drei obenerwähnten Ebenen) her. Die Eingriffslinie des Schneidwerkzeuges
in der Ebene 5-5 liegt dem Fuß des Kronenradzahnes näher als die Eingriffslinie
des Stirnrades und in der Ebene 7-7 näher dem: Kopf des Kronenradzahnes als die
zugehörige Eingriffslinie des Stirnrades, und in der Ebene 6-6 fallenbeide Eingriffslinien
annähernd zusammen. Zwischen den Enden der Kronenradzähne gibt es eine Stellung,
in der beide Eingriffslinien genau zusammenfallen.
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Infolge der flacheren Krümmung der Evolventenkurven des Schneidwerkzeuges
gegenüber-den Krümmungen des Stirnrades und infolge-der Tatsache; daß die Schneidwerkzeug-
und Stirnradflächen tangential zu den Punkten verlaufen, an denen die zusammen-.
fallenden Eingriffslinien sie kreuzen, wird durch. das Schneidwerkzeug das erwähnte
Spiel hergestellt.. .Die Berührungsstellen der Stirnrad- und Kronenradzähne werden
allmählich kleiner, und das Spiel nimmt in der Breite auf jedes Ende der Zähne von
der dazwischenliegenden Fläche aus zu, an der eine volle Berührung auftritt.
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Eine Darstellung der gegenseitigen Lagen von Stirnrad und Schneidwerkzeug
ist in Fig.4 dargestellt, in der der Punkt a die Achse des Stirnrades und der Kreisbogen
bc dessen Grundkreis ist; ä bezeichnet die Achse des Schneidwerkzeuges, und der
gestrichelte Kreisbogen b'c' bezeichnet den Grundkreis des Schneidwerkzeuges. Die
Umrißlinien der Stirnrad- und Schneidwerkzeugzähne und die Eingriffslinien in den
drei obenerwähnten Ebenen sind mit denselben Bezugszeichen wie in den Fig. 5, 6
und 7 bezeichnet. In Fig. 3 ist das ganze Stirnrad und das Schneidwerkzeug. in übereinanderliegender
Läge dargestellt.
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Die für diesen Zweck benutzten Schneidwerkzeuge können entweder zahnradartige,
formgebende Schneidwerkzeuge sein, welche zahnartige Räderzähne haben, aber an dem
einen Ende mit Schneidkanten und hinter diesem Ende mit einem seitlichen Spielraum
versehen sind. Es können auch Schlichtwerkzeuge benutzt werden, welche zahnartige
Räderzähne haben, Schneid kanten durch Schlitze zwischen ihren Enden gebildet werden,
oder es können Läppwerkzeuge benutzt werden, die ähnlich wie Zahnräder ausgebildet
sind und in Verbindung mit einem losen Schleifmittel benutzt werden. Die zahnradartigen,
formgebenden Schneidwerkzeuge, d. h. die Schneidräder, können die Zähne aus einem
vollen Werkstück herstellen, während die Werkzeuge einer der anderen genannten Arten
für die Fertigbearbeitung von vorher geschnittenen Zähnen benutzt werden, welche
die gewünschte Balligkeit aufweisen sollen.
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Durch dieses Verfahren werden Zahnräder für eine begrenzte Berührung
mit Stirnrädern von einer bestimmten Zahl von Zähnen mit einer Längsballigkeit versehen.
Für ein ausgewähltes, aus einem Kronenrad und einem Stirnrad bestehendes Getriebe,
das die erwähnte Balligkeit haben soll, ist das ausgewählte Schneidwerkzeug ein
solches, das eine größere Anzahl von Zähnen als das spätere Stirnrad hat oder mit
Bezug auf dieses überdimensioniert ist, oder sowohl überdimensioniert ist als auch
mehr Zähne hat. Im allgemeinen ist die Balligkeit bei einem größeren Übermaß in
der Anzahl der Schneidwerkzeugzähne und/oder einer größeren Verbreitung des Schneidwerkzeuges
größer, wenn auch nicht in einem direkten Verhältnis. Die Überdimensionierung des
Schneidwerkzeuges steht in Beziehung zu dem Stirnrad; welches in der richtigen Weise
mit dem Kronenrad in der vorgeschriebenen Beziehung der Zahnteilung kämmen soll.
Die Zähne des überdimensionierten Werkzeuges sind Evolventen eines Grundkreises,
der denselben Durchmesser wie der Grundkreis des Stirnrades hat. Sie haben aber
eine größere Breite, und das Schneidwerkzeug wird in einem Mittenabstand von dem
Kronenrad angebracht, der größer als der ist, mit welchem das Stirnrad sieh drehen
soll.
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Die Schneidwirkung und die erzeugende Drehung kann, im Falle daß ein
Schlichtwerkzeug benutzt wird, eine Hin- und Herbewegung des Schneidwerkzeuges und
eine zugeordnete Drehung des Schneidwerkzeuges und des Werkstückes sein, oder sie
kann eine ständige Drehung beider Teile mit einem allmählichen Vorrücken des Schneidwerkzeuges
sein. Wenn ein Läppwerkzeug oder ein Werkzeug nach dem Preßglätt-bzw# Burnish-Verfahren
benutzt wird, werden das Werkzeug und das Werkstück um ihre zugehörigen
Achsen
gedreht, während allmählich eine relative Hin-und Herbewegung in der Achsrichtung
des Werkzeuges stattfindet.
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Dieselbe Wirkung (d. h. die eines Balligen Zahnes und einer mehr oder
weniger örtlich begrenzten Berührungsstelle) kann auch in genau derselben Weise
bei einem Kronenrad mit versetzter Achse dadurch erzielt werden, daß das Schneidwerkzeug
mit Bezug auf das Werkstück so angeordnet wird, daß seine Achse nach der einen oder
anderen Seite der Achse des Werkstückes versetzt liegt. In der gleichen Weise können
Kronenräder mit Balligen Zähnen zwecks richtigen Ineingrifftretens mit Schraubenrädern
auf entweder sich schneidenden oder versetzt liegenden Achsen dadurch hergestellt
werden, daß schraubenförmige Schneidwerkzeuge verwendet werden. In allen Fällen
wird ein Schneidwerkzeug benutzt, das entweder mehr Zähne als das Stirnrad hat,
mit dem das Kronenrad in Eingriff treten soll, oder vorzugsweise überdimensioniert
ist oder vorzugsweise beides hat.
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Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel befindet
sich die Mitte der Berührungsfläche in der Mitte zwischen den Enden der Kronenradzähne.
Dies ist aber keine wesentliche Bedingung und tritt nur dann ein, wenn die Achse
des Schneidwerkzeuges in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Achse des Werkstückzahnrades
verläuft. Durch Anordnung des Schneidwerkzeuges derart, daß seine Achse in der einen
oder anderen Richtung schräg zu der erwähnten Ebene verläuft, ist es möglich, die
Kronenradzähne verhältnismäßig an dem inneren oder äußeren Ende dünner als in der
Zeichnung dargestellt zu machen und demzufolge die Berührungsfläche gegen das innere
oder das äußere Ende der radial verlaufenden Zähne zu verschieben. Durch die richtige
Auswahl der Winkelstellung des Schneidwerkzeuges kann der Fachmann die Berührungsfläche
an eine gewünschte Stelle legen.