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Die Erfindung befaßt sich mit dem Antrieb der Werkstückspindel einer
Zahnrad-Wälzstoßmaschine.
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Bei Wälzstoßmaschinen ist es üblich, das Werkstück während des Rückhubes
des auf- und abbewegten Schneidzahnrades außer Eingriff mit diesem zu bringen, damit
seine Schneide, die beim Arbeitshub das Werkstück bearbeitet, beim Rückwärtshub
nicht am Werkstück entlanggleitet.
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Es ist zu diesem Zweck bekannt, die Werkzeugspindel, welche bekanntlich
nicht nur rotiert, sondern auch gleichzeitig hin- und hergehend angetrieben wird,
vom Werkstück wegzubewegen. Bei einer solchen Wegbewegung müssen beide Antriebe
aufrechterhalten bleiben. Eine derartige Konstruktion macht es unmöglich, die Richtung
der Wegbewegung in ihrer Winkellage zu ändern, was in Anpassung an unterschiedliche
Arbeitsbedingungen jedoch erforderlich werden kann. Bei solchen Ausführungsformen
bereitet es auch Schwierigkeiten, das Schneidzahnrad vor Beginn seines Schneidhubes
wieder in die korrekte Lage zurückzubewegen, in welcher die gewünschte Schneidarbeit
erfolgt.
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Für Wälzstoßmaschinen gelten im Regelfall die Haupterfordernisse,
daß die Werkstückspindel gegen das Schneidzahnrad fest und während des Schneidvorgangs
völlig frei von jeglichen Schwingungen auch noch so kleiner Amplituden gehalten
sein muß, während sie andererseits während des Rückhubes des Schneidzahnrades in
eine ausreichende Entfernung von diesem gebracht werden muß und vor dem Wiedereinsetzen
des Schneidvorgangs kurz darauf wieder zurück in ihre Ausgangslage. Diese Haupterfordernisse
sind nun selbst dann nicht erfüllt, wenn gemäß einem weiterhin bekannt gewordenen
Vorschlag die Werkstückspindel an einem Schwenkarm ; gelagert wird, der durch eine
einerseits angreifende Feder gegen eine anderseits angeordnete und mit ihrer Drehbewegung
eine Ausweichbewegung hervorrufende Kurvenscheibe angedrückt wird. Hierbei ist nämlich
die Werkstückspindel erkennbar nicht starr , in ihrer Arbeitslage gehalten, das
Werkstück kann also von dem Schneidzahnrad leicht zur Seite gedrückt werden. Die
vorerwähnten Haupterfordernisse sind auch dort nicht erfüllt, wo ein auf der Werkstückspindel
montiertes Schneckenrad von dieser , zurückgezogen wird, um die zugeordnete Schnecke
während des Rückhubes des Schneidzahnrades in ihrer ursprünglichen Lage zu halten.
Hierbei kommen nämlich während des Rückhubes zwei Zahnräder außer Eingriff, es müssen
aber auch ein paar dieser Zahnräder, wenn die entsprechenden Teile gerade vor Beginn
des Schneidhubes wieder in die normale Schneidlage gebracht werden, in ihre Eingriffstellung
bewegt werden. Die Zahnräder müssen also während eines Arbeitszyklus abwechselnd
in und außer Eingriff gebracht werden, wobei sie häufig einem unvermeidbaren Stoß
unterworfen werden. Dies führt zu einer Abnutzung der Zähne der Getrieberäder und
setzt die Genauigkeit des Zahnabschnitts herab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für die Werkstückspindel
einer Zahnrad-Wälzstoßmaschine zu schaffen, der die vorerwähnten Haupterfordernisse
erfüllt und insbesondere bei hoher Maschinenbelastung eine sehr genaue und möglichst
auch auf unterschiedliche Zahnformen Rücksicht nehmende Bearbeitung des Werkstücks
ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Werkstückspindel
in einer im Maschinengehäuse schwenkbar gelagerten ersten Exzenterbuchse gelagert
und diese in einer zweiten Exzenterbuchse gelagert ist, wobei die erste, innere
Exzenterbuchse um ihre Achse im Takt der Auf- und Abbewegung der Werkzeugspindel
antreibbar ist, und die zweite, äußere Exzenterbuchse um dieselbe Achse verdrehbar
und feststellbar ist. Bei einer solchen Exzenterlagerung der Werkstückspindel bleibt
die Lage der Spindel gegenüber seitlichen, vom Werkstück her einwirkenden Betriebsbeanspruchungen
unbeeinflußt, da bei der nur sehr klein gewählten Exzentrizität der Lagerbuchse
für die Spindel eine selbsttätige Drehung derselben ausscheidet. Beim Rückhub des
Schneidzahnrades wird also die Werkstückspindel aus dessen Bereich herausbewegt
und vor Beginn des Schneidhubes wieder in diesen Bereich zurückbewegt. Unabhängig
von der Exzenterstellung der inneren Exzenterbuchse werden alle seitlichen Spindelbelastungen
über die gesamte Exzenterfläche gegen das starre Maschinengehäuse abgestützt, wobei
die zweite, äußere Exzenterbuchse es möglich macht, auch die Ausweichrichtung des
Werkstücks während des Rückwärtshubes des Schneidzahnrades zu ändern und den Erfordernissen
unterschiedlicher Verzahnungen anzupassen.
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Nach weiteren Gestaltungsmerkmalen schlägt die Erfindung vor, bei
einem an sich bekannten Antrieb der Werkstückspindel über ein auf ihr festgelegtes
Schneckenrad über eine mit -diesem in Eingriff stehende Schnecke und über zwei Stirnzahnräder,
von denen das eine auf der Schneckenwelle festgelegt und das andere am Maschinengehäuse
gelagert ist, die die Achsen der beiden Stirnzahnräder aufnehmende Ebene quer zur
Ebene des Schneckenrades verlaufen zu lassen. Macht die Schneckenwelle mit dem einen
Stirnzahnrad hierbei eine durch die Schwenkbewegung der inneren Exzenterbuchse bedingte,
geringfügige Bewegung innerhalb der Ebene des Schneckenrades, so kann sich diese
geringfügige Bewegung praktisch nicht auf die Eingriffsverhältnisse zwischen den
beiden Stirnzahnrädern auswirken. Es bleibt also ein genauer, stetiger Antrieb der
Werkstückspindel ganz unabhängig von den verschiedenen Exzenterbewegungen gewährleistet.
Die Schneckenwelle sollte vorzugsweise an beiden Schenkeln einer mit ihrem Stegteil
auf der Werkstückspindel drehbar gelagerten und über ihren einen Schenkel am Maschinengehäuse
undrehbar gehaltenen Gabel gelagert sein. Damit ist dann sichergestellt, daß die
Schnecke stets in einem gleichbleibenden optimalen Eingriff mit dem Schneckenrad
bleibt, auch wenn die Werkstückspindel ihre abwechselnden Ausweichbewegungen macht.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
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Es zeigt F i g. 1 den erfindungsgemäßen Antrieb der Werkstückspindel
einer Zahnrad-Wälzstoßmaschine in einem Schnitt nach der Linie A -A der F
i g. 2, F i g. 2 einen axialen Längsschnitt nach der Linie B-B der F i g. 1, F i
g. 3 einen axialen Längsschnitt nach der Linie C-C der F i g. 1, F i g. 4 einen
Teilschnitt nach der Linie D-D der F i g. 2, und
F i g. 5 eine Schemadarstellung
zur Veranschaulichung -der unterschiedlichen Einstellbarkeit der Ausweichbewegung
der Werkstückspindel.
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Der dargestellte Antrieb einer Wälzstoßmaschine zum Herstellen der
Verzahnung eines Zahnrades dient zum Antrieb des Werkstücks und weist eine Werkstückspindel1
auf, an deren oberem Ende das nicht dargestellte Werkstück mittels eines Haltedorns
2 festgelegt wird. Am unteren Ende der Werkstückspindel 1 ist ein Schneckenrad 3
aufgekeilt, das mit einer Schnecke 4 in Eingriff steht. Die Schneckenwelle 4' ist
in den beiden Schenkeln 6 und 7 einer Gabel gelagert, die mit ihrem die Form einer
halbkreisförmigen Scheibe aufweisenden Stegteil5 auf der Werkstückspindel 1 mittels
einer Lagerbuchse 5' drehbar gelagert ist. Der Schenkel 6 der Gabel weist eine Verlängerung
6' auf, welche in der gleichen Ebene, in welcher auch das Schneckenrad 3 liegt,
über zwei gegenüberliegend angreifende Gleitstücke 8" und 9" zwischen einer Schraube
8' und einem Federkörper gehalten ist. Die Schraube 8' ist an einem Arm 8 und der
Federkörper ist an einem Arm 9 gelagert, beide Arme sind am Maschinengehäuse F starr
festgelegt. Die Vorspannung des Federkörpers und damit die Anpreßkraft des Gleitstücks
9" an der Verlängerung 6' kann mittels einer Schraube 9' geregelt werden. Diese
Halterung der Gabel verhindert deren Mitdrehung mit der Werkstückspindel.
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Auf der Schneckenwelle 4' ist zwischen den beiden Schenkeln 6 und
7 der Gabel ein Stirnzahnrad 10 festgelegt, das mit einem in der gleichen Ebene
angeordneten Stirnzahnrad 11 kämmt. Das Stirnzahnrad 11 ist über eine Welle in zwei
Armen K gelagert, von denen in den F i g. 2 und 4 nur einer dargestellt ist. Diese
Arme sind gleichfalls am Maschinengehäuse F festgelegt.
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Wie in F i g. 4 angedeutet, erfolgt der rotierende Antrieb der Werkstückspindel
1 über die zugleich die Antriebswelle bildende Welle des Stirnzahnrades 11, das
mit diesem kämmende Stirnzahnrad 10, die Schneckenwelle 4', die Schnecke 4 und das
auf der Werkstückspindel aufgekeilte Schneckenrad 3. Die Schneckenwelle 4' und die
Antriebswelle des Stirnzahnrades 11 befinden sich dabei in der gleichen Vertikalebene,
diese Ebene steht zur Ebene des Schneckenrades 3 senkrecht. Geringfügige Bewegungen
des Schneckenrades 3 und der Schnecke 4 innerhalb der Ebene des Schneckenrades 3,
die in nachstehend noch näher beschriebener Art und Weise im Betrieb des Antriebs
vorkommen, können sich durch diese Anordnung praktisch nicht auf die Eingriffsverhältnisse
zwischen den beschriebenen Antriebsrädern und insbesondere zwischen den beiden Stirnzahnrädern
10 und 11 auswirken.
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Auf der Schneckenwelle 4' ist weiterhin eine Riemenscheibe 12 festgelegt,
die von einem nicht dargestellten Antrieb her über einen Riemen antreibbar ist.
Hierdurch kann die Mitte des Werkstücks bei seiner Anbringung auf der Werkstückspindel
1 bestimmt werden.
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Wie insbesondere aus F i g. 2 hervorgeht, ist die Werkstückspindel
1 in einer Lagerbuchse 13 mittels eines Rollenlagers 14 verdrehbar gelagert.
Die Lagerbuchse 13 weist an ihrem oberen Ende einen Außenflansch 13' auf, der auf
einer Querfläche F des Maschinengestells F schwimmend gelagert ist, so daß
die Lagerbuchse 13 zusammen mit der Werkstück-Spindel 1 Querbewegungen gegenüber
dem Maschinengestell F ausführen kann.
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Die Lagerbuchse 13 ist in einer Exzenterbuchse 15 gelagert, die ihrerseits
in einer weiteren Exzenterbuchse 16 gelagert ist. Die Achse der zylindrischen Berührungsfläche
der beiden Exzenterbuchsen 15 und 16 verläuft bei der dargestellten Stellung der
einzelnen Teile durch den Punkt 0' der F i g. 1, während die Achse der Werkstückspindel
1 durch den Punkt 0
der F i g. 1 verläuft.
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Die Exzenterbuchse 15 trägt einen durch eine Ausnehmung der Exzenterbuchse
16 nach außen ragenden Arm 17, an dessen freiem Ende eine Verbin-. dungsstange 18
angelenkt ist, deren anderes Ende am@ äußeren Ende des einen Schenkels eines Winkelhebels
19 gelenkig gelagert ist. Der an seiner Scheitelstelle schwenkbar gelagerte Winkelhebel
19 trägt amt äußeren Ende seines anderen Schenkels eine Rolle 20,
die mit einer Kurvenscheibe 23 zusammenwirkt. Die Kurvenscheibe 23 ist von
ihrer Welle 22 her -antreibbar. Der Winkelhebel 19 ist durch eine Feder 21 im Sinne
einer Anlage der Rolle 20 an der Kurvenscheibe 23 vorbelastet. Wenn die Welle 22
mit der gleichen Drehzahl wie die nicht dargestellte Werkzeugspindel der Wälzstoßmaschine
angetrieben wird, dann macht der Arm 17 je Umdrehung der Werkstückspindel 1 eine
Hin- und Herschwenkung. Setzt man voraus, daß die Exzenterbuchse 16 im Maschinengehäuse
F in der aus F i g. 1 hervorgehenden Lage festgelegt ist, dann ergibt sich bei den
Hin- und Herschwenkungen des Armes 17 eine Drehung der Exzenterbuchse 15
und der in dieser gelagerten Teile um die Achse 0'. Infolgedessen macht bei diesen
Schwenkbewegungen auch die Werkstückspindel 1 mit ihrer Achse 0 eine kreisförmige
Schwenkbewegung um die Achse 0'. Diese Schwenkbewegung wird zur Erzeugung der erforderlichen
Ausweichbewegung des Werkstücks während des Rückhubes der Werkzeugspindel und des
Schneidzahnrades ausgenutzt.
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Besonders vorteilhaft ist, daß die Werkstückspindel 1 über die Exzenterbuchse
15 und den Arm 17 jederzeit leicht im Sinne der Durchführung der beschriebenen Ausweichbewegung
verschoben werden kann, obgleich jede selbsttätige Querverschiebung der Werkstückspindel
1 durch die beschriebene Exzenterlagerung ausgeschlossen ist. Die Werkstückspindel
1 ist vielmehr während des ganzen Bearbeitungsvorgangs über die Exzenterbuchsen
15, 16 und die Lagerbuchse 13 außerordentlich starr am Maschinengehäuse F gelagert,
und es ist deshalb eine sehr genaue Bearbeitung des Werkstücks gewährleistet.
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Die Exzenterbuchse 16 ist an zwei diametral gegenüberliegenden, äußeren
Umfangsstellen mit je einer segmentförmigen Schneckenradverzahnung versehen, in
die eine Schnecke 24 eingreift, welche im Maschinengestell F verdrehbar gelagert
ist.
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Wenn die beiden Schnecken 24 über einen geeigneten Antrieb angetrieben
werden, dann wird dadurch die Exzenterbuchse 16 innerhalb der Führungsbohrung des
Maschinengestells F verdreht. Dieso Drehung erfolgt um die Achse der Führungsbohrung
des Maschinengestells F, die gemäß F i g. 1 durch den Punkt 0 verläuft. Die Drehung
der Exzenterbuchse 16 hat also eine Bewegung der Achse 0' entlang einem Kreisbogen
zur Folge, dessen Mittelpunkt auf der Achse 0 liegt. Je nach der Drehbewegung der
Schnecken 24 kann die Kreisbogenbewegung der
Achse 0' nach
links oder nach rechts (gemäß F i g. 1) erfolgen. Nach Festlegung der Exzenterbuchse
16 in der neuen Stellung ergibt die bereits beschriebene Schwenkbewegung des Armes
17 und der Exzenterbuchse 15 eine entsprechend anders verlaufende kreisbogenförmige
Ausweichbewegung der Werkstückspindel 1, als es vorher der Fall war.
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In F i g. 5 ist schematisch dargestellt, wie sich eine Drehung der
Exzenterbuchse 16 auf die Ausweichbewegung der Werkstückspindel 1 auswirkt. Mit
0 ist die Achse der Werkstückspindel 1 und mit 0' die Achse der zylindrischen Berührungsflächen
zwischen den beiden Exzenterbuchsen 15 und 16 bezeichnet. Wenn man annimmt, daß
die beiden Achsen 0 und 0' zunächst auf der Linie anliegen und die Achse
0'
anschließend im Uhrzeigergegensinn verschwenkt wird, so daß sich die neuen
Verbindungslinien b und c ergeben, dann ändert sich auch die Ausweichbewegung der
Achse 0 der Werkstückspindel 1, von dem Kreisbogen a'-a' über den Kreisbogen
b'-b' bis zum Kreisbogen c'-c'. Man kann also durch eine entsprechende Verschwenkung
der Exzenterbuchse 16 die Ausweichbewegung der Werkstückspindel
1
den verschiedenen Verzahnungsformen der herzustellenden Zahnrades, wie sie
z. B. bei innerverzahnten Rädern oder bei schraubenlinienförmigen oder anderen Verzahnungen
mit unterschiedlichem Eingriffswinkel vorkommen, anpassen.
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Wesentlich ist bei der beschriebenen Lagerung der Werkstückspindel
1, daß sie bei allen möglichen Stellungen doch starr gegenüber den äußeren Arbeitsbeanspruchungen
abgestützt ist, so daß das Werkstück selbst bei einer großen Schneidleistung der
Wälzstoßmaschine nicht ausweichen kann und somit sehr genau bearbeitet wird. Ein
weiterer Vorteil liegt darin, daß der über die Schnecke 4 erfolgende, rotierende
Antrieb der Werkstückspindel l durch deren Ausweichbewegungen praktisch keine Beeinträchtigung
erfahren kann. Dies wird dadurch erreicht, daß der Antrieb des auf der Schneckenwelle
4' festgelegten Stirnzahnrades 10 in einer senkrecht zur Ebene des Schneckenrades
3 verlaufenden Richtung erfolgt, weshalb sich die parallel zur Ebene des Schneckenrades
erfolgenden Ausweichbewegungen auf den Eingriff des Stirnzahnrades 10 mit
dem darüber befindlichen Stirnzahnrad 11 nicht ungünstig auswirken können.