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Verfahren und Maschine zur Herstellung von Kegel- und Hyperboloidrädern
mit kreisbogenförmig verlaufenden Zahnlängskurven mittels zweier ineinandergreifender
Stirnmesserköpfe Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine zur Herstellung
von Kegel- und Hyperboloidrädern mit kreisbogenförnügen Zahnlängskurven, deren Zahnlücken
von einem zum anderen Ende, der Breite verjüngt sind.
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Kreisbogenverzahnte Kegelräder mit in der Höhe und Breite verjüngt
verlaufenden Zahnlücken stellte man bisher in der Weise her, daß das kleine Glied
des Zahnradpaare-s an der einen Seite einer jeweils zu bearbeitenden Lücke von einem
Messerkopf mit einer bestimmten Achslage und an der anderen Seite von einem Messerkopf
mit einer anderen Achslage geschnitten wurde. Durch die exzentrische Lage der Achsen
der beiden Messerköpfe laufen die Messer beider Messerköpfe in exzentrisch verschobenen
Kreisen um. Die Verjüngung in der Breite- der Zahntücke bedingt die Anordnung.
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Um jedoch bei diesem bekannten Verfahren wirtschaftlich verzahnen,
d. h., wenigstens ein Rad mit einem Messeilkopf in einem Schnitt bearbeiten
zu können, muß da-, Kegelrad einen in der Höhe verjüngten Zahn aufweisen. Diese
Verjüngung beding daß für die Bearbeitung das Werkstück auf den Fußkegel eingestellt
werden muß, damit die Messerspitzen des Werkzeuges an der Fußfläche der Zahnlücke
arbeiten.
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Die Herstellung von Kegelrädern nach diesem Verfahren zeichnet sich
durch folgende Eigenarten aus. Die Verzahnung erhält durch Einschwenken
des
Messerkopfes oder Werkstückes auf den Fußkegelwinkel, entlang der Flankenlinie,
einen veränderlichen Eingriffswinkel, der zur Folge hat, daß der Zahn eine veränderliche
Eingriffsteilung besitzt.
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Die, Veränderung , der Eingriffsteilung bei Rad und Gegenrad
und somit bei den zusammenkämmenden Flanken liegt jeweils entgegengesetzt, so daß
ein solches Räderpaar nicht einwandfrei miteinander kämmt. Damit nun die Eingriffsteilung
der Kegelräder sich nicht stören, setzt man die Flanke an diesen Stellen zurück.
Dies wird dadurch erreicht, daß der für ein begrenztes Tragbild notwendige Krümmungsunterschied
für die rechte und lii4e Flanke, vergrößert wird. Die veränderliche Eingriffsteilung
bleibt jedoch bestehen.
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Bei Getrieben, deren Zahnräder kreisbogenförmig gekrummte. Zähne haben,
welche in der Hohe von einem bis zum anderen Ende verjüngt v:erlaufen, tritt durch
die erwähnte. Veränderung des Eingriffswinkels ein Schieftragen ein, d. h.
eine Berührung der miteinmder zusammenarbeitenden Zahnflächen in einer Linie,
die sich diagonal von einem bis zum anderen Ende der Zahnflanken erstreckt. Dieses
schrägliegende Tragbild bewirkt einen gerauschvollen Lauf gegenüber einem Getriebe
mit einwandfreiem, d. h. parallel zur Zahnlängsrichtung liegendem Trag-bild.
Durch Maschineneinstellungen ist zwaT ein Korngieren des TraO",bildes möglich, es
erfordert jedoch große Erfahrungen und viel Mühe. In bestimmten Fällen läßt sich
die gewünschte Lage des Tragbildes nur unter Verwendung von einer der im folgenden
Abschnitt erläuterten Zusatzeinrichtung erreichen.
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Um die Laufgäte der Getriebe zu erhöhen, sind schon verschiedene Mittel
vorgeschlagen und angewandt worden, um ein annähernd zur Zahnlangsrichtung parallel
liegendes Tragbild zu erzielen. So wird z. B. die, Geschwindigkeit der Wälzbewegung
während des Schneidens einer Zahnlücke kontinuierlich verändert, indem der Schnecke
das Teilgetriebes für die Wälztrommel zusätzlich eine axiale Bewegung erteilt wird.
Auf diese Art jedoch läßt sich nur eine Flanke korrigieren, während die, andere
eine davon unterschiedliche Einstellung verlangt. Dem gleichen Zweck dient das Verschieben
des Werkstückes gegenüber der Planradebene.
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Die ge-wünschte Lage des Tragbildes ist mit den erwähnten Maßnahmen
nicht ohne weiteres vorausbestimmbar. Sie muß durch Versuche ermittelt werden, so
daß dieses Verfahren aus wirtschaftlichen GrÜnden vorwiegend bei Massenfertigung
Anwendung findet. Eine weitere Eigenheit besteht darin, daß die Veränderung der
Wälzbewegung eine Änderung der Krümmung der Flankenlinie mit sich bring' so
daß
entweder andere Messerkopfdurch-messer errechnet werden müssen, oder die Korrektur-
wird auf Kosten der Breitenballigkeit durchgeführt.
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Eine weitere Möglichkeit zur Korrektur des Tragbildes besteht darin,
daß die gedachte Kegelspitze des Werkstückes gegenüber der Planradmitte verschoben
wird. In dieser verschobenen Stellung wird das Kegelrad verzahnt. Auch diese Art
der Verzahnung von Kegelrädem bedingt zusätzliche Berechnungen, verschiedene Messerköpfe
für die linke und rechte Flanke und lohnt sich nur bei Massenfertigung, wenn die
beiden Flanken des Werkstücke-s auf zwei Masch-inen getrennt beallMtet werden können.
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Ferner ist es möglich, das Schrägzahntragen zu vermeiden, indem die
Drehbewegung von Werkstück und Werkzeug und die Form der Messer aufeinander abgestimmt
werden, so daß z. B. jeder Schneidkante ein ganz bestimmtes Stück der Flankenfläche
zugeordnet ist. Die Beseitigung des Schieftragens erfolgt hier ohne zusätzliche
Maschinenbewegung. Dies geschieht, indem die Messer des Messerkopfes so gestaltet
sind, daß ihre- Schneidkanten nach Punkten auf einer Schraubenlinie um die Messerkopfachse
zusammenlaufen. Dabei haben die Messer verschiedene Höhe, so daß jedem Messer im
Hinblick auf das Schneiden ein bestimmtes Stück der Zahnlänge zugeordnet ist. Die
Schnittpunkte, der auf einer Schraubenlinie angeordneten seitlichen Schnittkanten
bewirken, daß beim Um-lauf des Messerkopfes, ün Eingriff mit dem Werkstück die-
aufeinanderfolgenden Messer eine axiale Verschiebung auf das Werkstück erhalten,
so, als ob bei normaler Messexkopfäusführung dieser während der Umlaufbewegung axial
verschoben würde. Dieses Verfahren bedingt ein. in seinem Aufbau kompliziertes Werkzeug.
Der Anwendungsbereich des Messerkopfes bezüglich Modul und Zähnezahl der -gewünschten
Verzahnung ist sehr begrenzt. Dieses Verfahren lohnt sich deshalb auch vorwiegend
für die Massenfertigung.
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Es ist zu erkennen, daß bei den bekannten Verfahrp-n für Kreisbogenverzahnungen
ein erheblicher Aufwand nötig ist, um lediglich das schrägliegende Tragbild zu vermeiden.
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Darüber hinaus erfolgt bei einem bekannten Verfahren zum Erzeugen
von Kegelrädem mit nach zyklischen Kurven gekrümmten Zahnlängslinien im kontinuierlichen
Wälzver#fahren das Ausarbeiten der Zahnlücken mit zwei kammartig ineinandergreifenden
Messerköpfen, deren Achsen gegeneinander exzentrisch versetzt sind, so daß die Messer
der beiden Messerköpfe auf unterschiedlichen Kreisbahnen umlaufen und
je zwei aufeinanderfolgende Messer in ein und derselben Zahnlücke arbeiten.
Dabei werden die Zahnlängslinien der hohen Flanken auf Rollkreise anderer Größe
bezogen als die Zahnlängslinien der erhabenen Flanken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur wirtschaftlichen Herstellung
von Kegel- und Hyperboloidrädem mit kreisbogenförinig verlaufenden Zahnlängskurven
ein Verfahren zu schaffen, das die beiden zu einer Zahnlücke gehörenden kreisbogenförmigen
Zalinlängskurven in einem Schnitt mittels zwei ineinandergreifenden Stimmesserköpfen
erzeugt, während die Wälz- und Schmittbewegung voneinander unabhängig bleiben.
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Dabei brauchen für unterschiedliche Spiral- und Zahnfußwinkel keine
Messereingriffswinkel berechnet zu werden. Die Eingriffswinkel werden nicht verändert
und dadurch ein vorausbestimmbares einwandfreies Tragbild erreicht.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in dem einfachen Aufbau der
für die Durchführung des Verfahrens vorgesehenen Maschine, die zur Herstellung von
theoretisch einwandfreien Verzahnungen wesentlich weniger Berechnungen und Maschineneinstellun-,gen
erforderlich macht.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß aufeinanderfolgende
Werkzeugschneiden zweier kammartig ineinandergreifender Stirnmesserköpfe bei ihrer
Bewegung auf zwei gleich großen, in ein und dersel,ben Ebene liegenden Kreisen die
in ihrer Länge gleich tiefen Zahnlücken erzeugen, und dadurch, daß die, Achsen der
Messerköpfe um einen gemeinsamen Drehpunkt, von der ursprünglich gemeinsamen Mitte
aus, so gegeneinander verschwenkt werden können, daß in an sich bekannter Weise
die Messer des einen Mosserkopfes die hohle und die Messer des anderen die erhabene
Flanke mit gleichem Spiralwinkel erzeugen. Auf diese Weise kann die Zahnlücke in
einem Schnitt hergestellt werden.
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Die Erfindung baut darauf auf, daß die im Werkstück erzeugte Zahnlücke
sich in der Höhe nicht verjüngt. Ein Schwenken der Messerkopfachse ist deshalb nicht
mehr erforderlich.
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Die wesentlichen Vor-teile des Verfahrens bestehen darin, daß für
unterschiedliche Spiral- und Zahnfußwinkel keine besonders zu berechnenden Messereingriffswinkel
nötig sind. Alle Spiralwinkel sind ein-£ach ein- und herstellbar. Das Tragbild ist
mit Sicherheit vorausbestimmbar, wodurch ein Schrägzahntragen vermieden wird. Beide
Räder eines Getriebes lassen sich bei einer Maschineneinstellung herstellen, so
daß gegenüber dem -bekannten Verfahren eine höhere Leistung erzielt wird. Die laut
der Erfindung getroffene Lösung ist nicht an bestimmte Spiralwinkel, Zähnezahlen,
Messerkopfausführungen bzw. auch nicht an einen bestimmten Modul gebunden, also
trotz ihrer Einfachheit vielseitig anwendbar.
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Zur Erzeugung normaler Verzahnungen ohne Korrektur des Tragbildes
oder Balligkeit, liegen die Schnittpunkte der beiden Messerkopfachsen mit der Teilebene
auf einem Kreisbogen um die gedachte Planradmitte. Diese Lage der beiden Achsen
der Messerköpfe ist Ausgangspunkt für eventuelle Korrekturen, so kann z. B. durch
Drehen der Schwenktrommel das Tragbild nach innen oder außen entlang der Zahnbreite
verlangt werden. Weiterhin ist es möglich, auf einfache Weise ohne umfangreiche
Berechnungen balffge Zahnflanken zu erzeugen, indem die Messerbahnen der beiden
Messerköpfe, unterschiedliche Durchmesser erhalten.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich an Kegelrädem mit
kreisbogenförmig verlaufenden Zahnlängskurven eine neuartige Zahnforin, bei welcher
den kreisbogenförmig verlaufenden Zahnlängskurven einer Zahnlücke eine konstante
Zahnhöhe zugeordnet ist bei theoretisch exakten Eingriffsverhältnissen entlang der
ganzen Flankenfläche.
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Die Unabhängigkeit zwischen Wälz- und Schnittgeschwindigkeit wirkt
sich günstig bei hartmetallbestückten Messerköpfen und bei hohen Schnittgeschwindigkeiten
aus.
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Die Maschine zur Verwirklichung des Verfahrens ist zweckmäßig so ausgebildet,
daß die beiden Messerköpfe um eine gemeinsame Achse gegeneinander verschwenkt werden
können, die, gleichzeitig
die Mittelachse für den Antrieb der beiden
Messerköpfe ist, daß ferner die Mitte der Wälztrommel mit der gemeinsamen Mitte
der beiden Messerkopfachsen zusammenfällt und diese zur Einstellung des gewünschten
SpiralwinkcJs radial verstell- und schwenkbar ist.
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Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen im einzelnen erläutert.
Es zeigt Abb. 1 die schematische Darstellung des neuen Verfahrens, Abb. 2
die Eingriffsverhältnisse der Messer der Messerköpfe und des Planrades, Abb.
3 einen Schnitt durch die Maschine zur Ausübung des neuen Verfahrens, Abb.
4 eine Seitenansicht zu Abb. 3.
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Die Bewegungen, die zum Verständnis des neuen Verfahrens -erforderlich
sind, werden in der Teilebene dargestellt. Einen Ausschnitt eines Planrades
1 der Teilebene zeigt Abb. 1.
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Dieser läßt eine Zahnlücke mit der hohlen Zahnlängskurve 2 und der
erhabenen Zahnlängskurve 3
erkennen. Zur Erzeugung einer theoretisch einwandfreien
Verzahnung ist es erforderlich, daß beide Zahnlängskurven den gleichen Spiralwinkel
ß besitzen. Dies wird dadurch erreicht, daß die beiden Achsen der beiden
Messerköpfe, um welche die Messer kreisen, um einen gemeinsamen Drehpunkt 4 aus
ihrer ursprünglichen gemeinsamen Mitte 5, die gleichzeitig Mittelpunkt der
Schwenktrommel 18 ist, so gegeneinander verschwenkt werden können, daß die
Achse 6 des Messerkopfes zur Erzeugung der erhabenen Zahnlängskurve
3, auf einem Kreisbogen 8 um die gedachte Planradmitte 0 zu
liegen kommen. Die auf den Bahnen 9 und 10 um die Achsen
6 und 7 kreisenden Messerschneiden erzeugen dann die kreisbogenförmig
gekrümmten Zahnlänggskurven 2 und 3.
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Abb. 2 zeigt die Eingriffsverhältnisse zwischen Messerkopf, den Messern
und dem Planrad. Die Messerköpfe 11, 13 mit ihren Messem 12, 14 stellen einen
Zahn des ideellen Planrades dar, welches einen Teilkegelwinkel von 180' besitzt.
Dadurch wird eine Zahnlücke mit gle-icher Höhe erzeugt. Der Eingriff der Messer
im Planrad erfolgt unter 901. Die Messer 12 und 14 besitzen gleiche Eingriffswinkel
a, haben gerade Flanken und können in beliebiger Anzahl je
nach der Größe
der Messerköpfe 11, 13 auf diesen untergebracht werden. Die Justierung der
Messer innerhalb eines Messerkopfes sowie die der beiden Messerköpfe zueinander
kann durch Verschieben der einzelnen Messer auf ihren Messerkörpem erfolgen. Es
ist auch möglich, die Justierung der beiden Messerköpfe durch axiale-s Verschieben
eines Messerkopfes zu erreich-en. Die Auflageflächen für die Messer sind abgeschrägt,
so daß sich diese zur Messerkopfachse um den Eingriffswinkel neigen.
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In Abb. 3 und 4 ist als Ausführungsbeispiel eine Maschine zur
Ausübung des neuen Verfahrens dargestellt. Im Gehäuse 15 befindet sich die
Wälztrommel 16, an dieser wiederum der verstellbare Radialschieber
17 mit der Schwenktrommel 18. Der Antrieb der Werkzeuge erfolgt durch
den unmittelbar an der Schwenktrommel 18 befestigten Motor 19 über
das Räderpaar 20, Wechselräder 21 auf die Welle 22 und von dieser über das Räderpaar
23 auf die Welle 24 zu dem Messerkopf 11 sowie von Welle 22 über das
Räderpaar 25 auf die Flanschbüchse 26 zum anderen Messerkopf
13. Der Aufnahmeflansch 27 des Messerkopfes 1-1. kann um den
Drehpunkt 4, der gleichzeitig als Achse der Welle 22 gemeinsamer Antriebspunkt für
die beiden Messerköpfe 11 und 13
ist, was durch die Berührung des Teilkreises
23', 25'
der Antriebsräder des Räderpaares 23 und 25 und der
Tellkreise ZY' und 25" 'der getriebenen Räder des RÜderpaares 23 und
25 in Abb. 1 dargestellt wird, durch die Spindel 28 niittels
des Räderpaares 29, z. B. Ritzel und Zahnkranz, geschwenkt werden. Der andere
Aufnahnieflansch 30 des Messerkopfes 13
ist durch die Spindel
31 mittels des Räderpaares 32
um den Drehpunkt 4 schwenkbar. Um die
Aufnahmeflansche 27 und 30 nach dem Schwenken in ihrer Lage festzuhalten,
werden diese durch die Klemmschrauben 33 gegen die Schwenktrommel
18 gezogen. Die Schwenktrommel 18 am Radlalschieber 17 wird
gegen die Wälztrommel 16 durch die Schrauben 35
gezogen, so daß das
Ganze, die Aufnahmeffansche 27 und 30, die Schwenktrommel
18, der Radialschieber 17 und die Wälz.trommel 16, fest miteinander
verbunden sind. An der Skala 37 ist die Verstellung des Radialschiebers
17 entsprechend dem gewünschten Spiralwinkel. ablesbar. Die Skalen
38 und 39 zeigen den Winkel an, um den die beiden Messerkopfachsen
6 und 7 von der gemeinsamen Achse 5, der Achse der Schwenktrommel
18, geschwenkt worden sind.
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Die Maschine zur Ausfibung des neuen Verfahrens arbeitet folgendermaßen:
Entsprechend dem gewünschten Spiralwinkel wird der Radialschieber17 mit der Schwenktromme118
aus der gedachten Planradmitte, 0 nach der Skala 37
radial verschoben
und durch die Schrauben 35 festce U klemmt (s. Abb. 4), so daß die
Schwenktrommelachse mit dem Punkt 5 (Abb. 1) zusammenfällt. In Abhängigkeit
der gewünschten Zahnlückenbreite und des Spiralwinkels erfolgt durch die Spindel
31 über das Rädexpaar 32 eine auf der Skala 38 ablesbare Schwenkung
des Aufnahme-flansche-s 30 und damit des Messerkopfes 13 mit seiner
Achse 6, vom Schwenkpunkt4 aus betrachtet, nach rechts. Durch die. Spindel
28 wird über das Räderpaar 29 eine auf der Skala 39 ablesbare
Schwenkung des Aufnahme-Rausches 27 -und damit des Messerkopfes
11 mit seiner Achse 7 nach links um den gemeinsamen Drehpunkt 4 vorgenommen.
Der Drehpunkt 4 liegt gleichzeitig auf der Achse der Welle 22 (s. Abb.
1).
Entsprechend wird die Schwenktrommel 18 nach Skala 36 verschwenkt.
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Nachdem alle Maschineneinstellungen erfolgt sind, werden die Aufnameflansche
27 und 30 der Messerköpfe. 11, 13 in der geschwenkten Stellung
mit der Schwenktrommel 18 durch die Klemmschrauben 33
fest verriegelt
die Schwenktrommel 18 mittels, ihrer Kle,mmstücke 34 am Radialschieber
17 festgehalten und, wie, bereits erwähnt, dieser durch die Schrauben
35 an der Wälzztrommel 16 festgekleimmt. Die Zahnlücke kann auf diese
Weise im Einzelverfahren in einem Schnitt im Walzvorgang hergestellt werden. Durch
die drei Maschineneinstelhingen, radiale Verschiebung des Radialschiebers
17, Schwenkung der Schwenktrommel 18 und Schwenken der beiden Aufnahineflansche
27, 30 mit ihren Messerkopfachsen 6
und 7, ist es möglich, die
gewünschte Verzahnung zu erhalten, d. h. zwei kreisbogenförmig verlaufende,
Zahnlängskurven 2 und 3 mit gleichem Spiralwinkel, ein einwandfreies-, an
der gewünschten Stelle liegendes Tragbild und eine entsprechend ballige Zahnanlage.