DE138287C

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Publication number: DE138287C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Globoidschraubenrädern und betrifft im Besonderen ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ausübung des letzteren, welche es ermöglichen, eine Verzahnung des Globoidschraubenrades herzustellen, die mit beliebiger Genauigkeit an die theoretisch richtige Verzahnung herankommt.

Bisher sind zur Herstellung von Globoidschraubenrädern meistens Fräser angewendet worden, welche die Form der zugehörigen Globoidschraube besitzen und aus einem Stück hergestellt sind. Derartige Fräser, bei welchen der Vorschub senkrecht zur Drehachse des Fräsers entweder durch Bewegung des letzteren oder des Werkstückes bewirkt werden mufs, sind jedoch nicht allgemein anwendbar, sondern nur in solchen Fällen, wo infolge geringer Länge der Globoidschraube und geeigneter Wahl des Schraubengangprofiles ein sogen. Unterschneiden der Zahnflanken nicht stattfindet. In den Fällen aber, wo es darauf ankommt, das Rad von der Schraube auf einer gröfseren Strecke umfassen zu lassen — wo also gerade der grofse Vortheil des Globoidschraubengetriebes gegenüber dem gewöhnlichen Schneckengetriebe zur Geltung gebracht werden kann —, ist es unmöglich, das Globoidschraubenrad mittelst eines Fräsers von der Gestalt der fertigen zugehörigen Globoidschraube herzustellen. Liegt hierin schon ein bedeutender Mangel des Verfahrens, so kommt noch hinzu, dafs die dabei benöthigten Fräser sich beim Härten leicht verziehen und von vornherein ungenau arbeiten, aufserdem aber auch sehr theuer sind und leicht unbrauchbar werden, da sie beim Nachschleifen ein anderes Profil erhalten. Dadurch aber wird das ganze Verfahren sehr kostspielig.

Um letztere Uebelstände zu beseitigen, ist auch vorgeschlagen worden, Globoidschraubenräder ohne Anwendung eines Fräsers von der Gestalt der fertigen Globoidschraube mit Hülfe von zwei mit ihren Schneiden gegen einander gerichteten, um die Achse der zum fertigen Schraubenrad gehörigen Globoidschraube rotirenden Drehstählen, schwingenden Hobelstählen oder rotirenden und um ihre eigene Achse sich drehenden Fräsern herzustellen. Diese Werkzeuge, welche je eine Schneidkante des sonst zur Herstellung von Globoidschraubenrädern gebräuchlichen Schneckenfräsers ersetzen und eventuell während der Arbeit radial aus der Arbeitswelle vorgeschoben werden, schneiden bei jeder Umdrehung je einen Span aus dem Werkstück, welches im Verhältnifs des fertigen Schraubenrades zur zugehörigen Globoidschraube rotirt oder — bei Anwendung der schwingenden Hobelstähle — nach jeder Theildrehung zurückschwingt. Nach dem Vorschub des Werkstückes nach den Werkzeugen oder der Werkzeuge nach dem Werkstück hin bis zur Herstellung des erforderlichen Lückenprofiles ist ein fertiges Schraubenrad entstanden. Es arbeiten also bei diesem Verfahren nur zwei Stähle oder Fräser, von denen der eine die linke, der andere die rechte Zahnflanke in Uebereinstimmung mit den äufsersten Schraubengängen der Globoidschraube erzeugt; der ganze mittlere Theil des Schneckenprofiles

bleibt dagegen unberücksichtigt und aufserdem wird nur ein Theil eines einzigen Profiles eingeschnitten.

Durch das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren soll nun ebenfalls ohne Anwendung eines Fräsers von der Gestalt der fertigen Globoidschraube das Einschneiden einer theoretisch richtigen Verzahnung in das Globoidschraubenrad mit beliebiger Genauigkeit für jede Form der Globoidschraube auf folgende Weise ermöglicht werden:

Mit Hülfe eines rotierenden Werkzeuges, dessen Drehachse während des ganzen Arbeitsganges in Bezug auf die Achse des zu schneidenden Schraubenrades ebenso liegt, wie die Achse der zugehörigen Globoidschraube während des Betriebes, werden in den Radkranz eine dem gewünschten Genauigkeitsgrade entsprechend grofse Anzahl von Profilen eingeschnitten, welche sich durch verschiedene Axialschnitte' der Globoidschraube ergeben. Dabei ist es natürlich erforderlich, dafs das Werkzeug und das Werkstück zwangläufig in dem Uebersetzungsverhältnisse des herzustellengen Globoidschraubengetriebes gedreht werden, und dafs das jeweilig durch die Schneidkanten des Werkzeuges dargestellte Profil in Bezug auf das zu schneidende Schraubenrad ebenso liegt wie der diesem Profil entsprechende Axialschnitt der Globoidschraube während des Betriebes.

Die Richtigkeit und die Ausübung des Verfahrens ergeben sich auf Grund der folgenden Erwägung. Denkt man sich durch die Achse der Globoidschraube eine Anzahl von Ebenen gelegt, so sind die erzeugten Schnittprofile sämmtlich von einander verschieden. Es ist allerdings das Profil des Kernes, der ja ein einfacher Rotationskörper ist, überall dasselbe; dagegen ist das Profil der Schraubengänge eines jeden Schnittes gegenüber den benachbarten um einen Bruchtheil der Theilung auf dem Erzeugungskreise des Globoidkernes verschoben. Die Gröfse dieser Verschiebung ist natürlich abhängig von dem Winkel, unter welchem sich die verschiedenen Ebenen schneiden, und z. B. bei einem Winkel von i8o° gleich der halben Theilung, bei einem Winkel von 90 ° gleich der Vierteltheilung u. s. f. Da nun sämmtliche verschiedenen Axialschnitte der Globoidschraube im Verlauf einer Umdrehung der letzteren mit der Verzahnung des Globoidschraubenrades in Eingriff kommen, so ist klar, dafs zur Erzielung einer theoretisch richtigen Verzahnung unendlich viele Schnittprofile in den Radkranz eingeschnitten werden müfsten, und dafs durch Einschneiden einer genügend grofsen Anzahl derselben sich eine Verzahnung des Globoidschraubenrades erreichen läfst, welche mit der theoretischen praktisch übereinstimmt.

Die Ausübung des Verfahrens soll nun beispielsweise unter Zugrundelegung einer Vorrichtung beschrieben werden, die auf der Zeichnung in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist.

Fig. ι ist eine Oberansicht,

Fig. 2 ein Horizontalschnitt und

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung.

Fig. 4 ist eine Einzeldarstellung in gröfserem Mafsstabe.

Die Vorrichtung zum Schneiden des Globoidschraubenrades besteht im Wesentlichen aus einem Werkzeugträger A, einem Stahlhalter B und einer Anzahl nachstellbarer Profilschneidstähle C. Der Werkzeugträger A hat die Gestalt einer Welle, die ein stärkeres flaches Mittelstück besitzt; er wird auf der zum Schneiden des Schraubenrades dienenden Werkzeugmaschine zwischen Spitzen oder auf andere Art eingespannt und durch Vermittlung eines aufgekeilten Zahnrades D zwangläufig in eine von der Drehung des Werkstückes abhängige, dem Ueberselzungsverhältnisse des fertigen Globoidschraubengetriebes entsprechende Drehung versetzt. Die Abmessungen des Werkzeugträgers müssen natürlich, wie die Zeichnung erkennen läfst, so getroffen werden, dafs er bei seiner Drehung das Werkstück nicht berührt. Zu dem Zweck ist der mittelste Theil des Werkzeugträgers A, der in unmittelbarer Nähe des Werkstückes liegt, in Uebereinstimmung mit dem Kern der fertigen Globoidschraube abgedreht. In einer zum Erzeugungskreise des Globoides concentrischen Aussparung des Werkzeugträgers ist der entsprechend gekrümmte Stahlhalter B verschiebbar gelagert. Zur Feststellung des letzteren in der jeweilig gewünschten Lage dienen zwei Schrauben E, welche, durch Schlitze F des Stahlhalters hindurchgehend, in den Werkzeugträger geschraubt sind. Die Länge des Schlitzes F ist so bemessen, dafs der Stahlhalter um den der Theilung entsprechenden Centriwinkel — bei der gezeichneten Stellung um die Hälfte desselben nach rechts und nach links — verstellt werden kann. Der Stahlhalter dient zur Aufnahme einer Reihe von Profilschneidstählen C, deren Anzahl der Zahl der mit der Globoidschraube gleichzeitig in Eingriff befindlichen Lücken des Schraubenrades entspricht; in der Zeichnung sind deren fünf angenommen worden. Jeder Stahl besteht (s. Fig. 4) aus dem eigentlichen Schneidentheil c ^J, dessen trapezförmiges Profil mit demjenigen des Schraubenganges der Globoidschraube übereinstimmt, ferner aus einem vierkantigen Führungsstück c² und einem Gewindezapfen c³, welcher den Vorschub des Stahles vermittelt. Die einzelnen Stähle liegen in radialen Durchbrechungen b des Stahlhalters, deren Abstand natürlich von der Theilung abhängig ist. Der innen nach dem Krümmungsmittelpunkte des Stahlhalters

hin liegende Theil jeder Durchbrechung ist als Führung für das vierkantige Gleitstück c² ebenfalls viereckig gestaltet und so tief, dafs der Schneidentheil c¹ vollständig in den Stahlhalter zurückgezogen werden kann, während der übrige, nach aufsen liegende Theil der Durchbrechung cylindrisch ausgebohrt ist. In diesem letzteren Theile ist eine cylindrische, aufsen mit einer Ringnuth g¹ versehene Mutter G, die auf den Gewindezapfen c^s geschraubt ist, drehbar gelagert; eine Verschiebung der Mutter in axialer Richtung wird jedoch durch zwei Stiftschrauben H verhindert, welche von aufsen her in die Wandung des Stahlhalters geschraubt sind und in die Ringnuth g¹ der Mutter hineinragen. Durch Drehung der Mutter mittelst eines auf das Vierkant g'² derselben gesetzten Schlüssels kann also der Stahl C aus dem Stahlhalter heraus- oder in denselben hineingeschoben werden. In der eingeschobenen Stellung ist der Gewindezapfen c³ vollständig in die Mutter G eingeschraubt; in der ausgeschobenen Stellung bleiben noch einige Gewindegänge mit der Mutter im Eingriff. Damit die einzelnen Muttern behufs Nachstellung der Schneidstähle von aufsen zugänglich sind, ist der Werkzeugträger mit einem breiten Schlitz α versehen.

Das Schneiden eines Globoidschraubenrades mit Hülfe der vorbeschriebenen Vorrichtung vollzieht sich in folgender Weise: Das Werkstück und der Werkzeugträger werden auf der Werkzeugmaschine aufgespannt; die Schneidstähle befinden sich im Stahlhalter in der eingeschobenen Stellung, und der Stahlhalter möge beispielsweise die gezeichnete Mittelstellung einnehmen. Nachdem die Schneidstähle um eine Spanstärke gegen das Werkstück vorgeschoben worden, sind, wird die Maschine in Betrieb gesetzt. Infolge dessen wird jetzt das der Stellung der Schneidstähle entsprechende Profil der Globoidschraube in den Radkranz eingeschnitten. Während der ersten Umdrehung des Werkstückes findet der erste Schneidstahl, d. h. bei Linksdrehung des Werkstückes der links liegende, bei Rechtsdrehung dagegen der rechts liegende, volles zu zerspanendes Material vor; der jeweilige erste Stahl darf also erst nach Beendigung von beinahe einer vollen Umdrehung des Werkstückes nachgestellt werden, wenn er im Begriff steht, mit der vom letzten Schneidstahl geschnittenen Lücke zum Eingriff zu kommen. Die übrigen vier Schneidstähle lassen sich dagegen schon nach der ersten Umdrehung des Werkzeugträgers weiter nachstellen, da jeder folgende Stahl die vom vorhergehenden Stahl geschnittene Lücke vorfindet und demgemäfs weniger Material fortzuschneiden hat; ebenso können nach der zweiten Umdrehung des Werkzeugträgers die drei letzten Stähle, nach der dritten Umdrehung die beiden letzten Stähle und schliefslich nach der vierten Umdrehung des Werkzeugträgers der letzte Stahl nachgestellt werden. Bei jeder folgenden Nachstellung des ersten Schneidstahles erfolgt die Nachstellung der übrigen in gleicher Weise, bis schliefslich das Profil in seiner vollen Tiefe eingeschnitten ist. Um nun ein zweites Profil, welches z. B. dem um i8o° zum ersten versetzt liegenden Axialschnitte der Globoidschraube entspricht, in den Radkranz einzuschneiden, mufs das Werkzeug entsprechend eingestellt werden. Zu dem Zweck wird also die Maschine stillgesetzt und der Stahlhalter um den der halben Theilung entsprechenden Centriwinkel nach rechts oder links im Werkzeugträger verschoben. Darauf wird der Antrieb des Werkzeugträgers vom Antriebe des Werkstückes entkuppelt, bei stillstehendem Werkstücke der Werkzeugträger um i8o° gedreht und nun die Kupplung der Antriebe wieder eingeschaltet. Das Schneiden des neuen Profils vollzieht sich in derselben Weise, wie vorher erläutert worden ist. Soll nun ein Profil eingeschnitten werden, das z. B. einem um go° versetzt zu dem vorigen liegenden Axialschnitte der Globoidschraube entspricht, so mufs natürlich der Werkzeugträger um 90 ° gedreht und der Stahlhalter um den einer Vierteltheilung entsprechenden Betrag verschoben werden. Wird allgemein der Winkel, welchen der zu schneidende Axialschnitt mit dem zuletzt eingeschnittenen bildet, mit a, und die Theilung mit t bezeichnet, so ist das Mafs der Verschiebung des Stahlhalters, auf dem Theilkreise

gemessen = , während die Drehung des

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Werkzeugträgers natürlich a° betragen mufs. In welchem Sinne bei der Einstellung der Werkzeugträger zu drehen und nach welcher Richtung der Stahlhalter zu verschieben ist, hängt davon ab, nach welcher Richtung der Winkel α gerechnet wird bezw. ob die Globoidschraube rechts- oder linksgängig ist, und ergiebt sich durch eine einfache Ueberlegung ohne Weiteres.

Je nach dem gewünschten Genauigkeitsgrade werden mehr oder weniger Profile der Globoidschraube in den Radkranz des Schraubenrades eingeschnitten; in vielen Fällen wird sich durch Einschneiden von vier auf einander senkrecht stehenden Axialschnitten schon eine genügende Genauigkeit der Schraubenradverzahnung ergeben.

Wie leicht ersichtlich ist, könnten durch Anwendung zweier Werkzeuge, die auf verschiedenen Seiten des Werkstückes, diametral gegenüberstehend, arbeiten, gleichzeitig zwei verschiedene Profile in den Radkranz eingeschnitten und dadurch die Herstellung des

Schraubenrades schneller bewirkt werden. Ferner könnten auch bei genügend grofsem Durchmesser der Globoidschraube, von welchem ja die Abmessungen des Werkzeugträgers abhängen, in ein und demselben Werkzeugträger mehr wie ein Stahlhalter angeordnet und auf diese Weise gleichzeitig mehr wie ein Profil eingeschnitten werden. Auch wäre es möglich, die radial nachstellbaren Schneidstähle durch profilirte Fräser, die um ihre eigene Achse rotiren, zu ersetzen.

Ein derartig abgeändertes Werkzeug ist in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht. Die Wellen der Fräser C¹ C² C³ C⁴ sind in einem Schlitten B^l drehbar gelagert, der in dem abgekröpften Theile des Werkzeugträgers A¹ concentrisch zum Erzeugungskreise des GIoboides verschoben und mittels der Schrauben E¹ festgestellt werden kann. Auf die freien Enden der Fräserwellen sind Kegelräder K¹ K'² K^a K^ aufgekeilt, von denen die benachbarten mit einander in Eingriff stehen. Zum Antrieb dieser Räder ist in einem Lagerauge L des Werkzeugträgers Α^λ eine Welle M drehbar gelagert, welche zwei Kegelräder NN¹ trägt. Das Rad N steht unter Vermittelung eines Zwischenrades O, das in einer Scheere PP¹ (s. Fig. 6) gelagert ist, mit dem Rade K¹ in zwangläufiger Verbindung; das Rad iV¹ dagegen greift in ein Kegelrad R auf einer Welle S ein, die in einer axialen Bohrung des Werkzeugträgers A ² gelagert ist. Wird die Welle S angetrieben, so werden auch die Fräserwellen in Drehung versetzt, und zwar abwechselnd in Rechts- und Linksdrehung. Infolge dessen müssen natürlich auch die Fräser abwechselnd rechts- und linksschneidend sein. Beim Verstellen des Schlittens B¹ wird die Scheere PP¹ mehr oder weniger gestreckt und das Zwischenrad O rollt auf den beiden Rädern K^ N gleichzeitig ab, so dafs der Eingriff dieser Räder stets gewahrt bleibt. Mit Hülfe des vorbeschriebenen Werkzeuges kann natürlich bei einem Durchgange der Fräser durch den Radkranz ein Profil gleich in voller Tiefe eingeschnitten werden.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Ein Verfahren zur Herstellung von GIoboidschraubenrädern, dadurch gekennzeichnet, dafs mit Hülfe eines rotirenden Schneidwerkzeuges, dessen Drehachse während des ganzen Arbeitsganges von der Achse des zu schneidenden Schraubenrades denselben Abstand hat wie die Achse der zugehörigen Globoidschraube während des Betriebes, in den Radkranz des Schraubenrades eine — dem gewünschten Genauigkeitsgrade entsprechend grofse — Anzahl von Profilen, welche sich durch verschiedene durch die zugehörige Globoidschraube gelegte Axialschnitte ergeben, nach einander in der Weise eingeschnitten werden, dafs die Lage des jeweilig durch die Schneidkanten des Werkzeuges dargestellten Profiles in Bezug auf das Schraubenrad mit derjenigen des diesem Profil entsprechenden Axialschnittes der Globoidschraube während des Betriebes übereinstimmt.

2. Eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen rotirenden Werkzeugträger und einen besonderen Stahlhalter, welcher an dem ersteren concentrisch zur Achse des Globoidschraubenrades bezw. zu dem Erzeugungskreise des Globoides verschiebbar angeordnet ist, und in welchem eine Anzahl von Schneidstählen, deren Profil dem Schraubengangprofile der Globoidschraube entspricht, radial nach dem Mittelpunkte jenes Erzeugungskreises hin verstellbar sind, zum Zweck, durch concentrische Verschiebung des Stahlhalters innerhalb einer Theilung jedes durch einen beliebigen Axialschnitt der Globoidschraube erhaltene Profil schneiden zu können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.