DE189581C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 49^. GRUPPE

HERMANN HILLEBRAND jr. in WERDOHL

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. August 1906 ab.

Gegenüber dem Ausfräsen der Zahnlücken an Stirnrädern mit sog. Modulfräsern bietet die Anwendung des Wälzverfahrens namentlich bei der Herstellung von Evolventenverzahnungen den Vorteil der Erzeugung genauerer Zahnformen und erhöhter Leistung. Bekannt ist eine Ausbildung dieses Verfahrens, bei welchem ein schneckenförmiger, hinterdrehter Fräser aller Räder gleicher

ίο Teilung und beliebiger Zähnezahl Satzräder schneidet.

Ein Übelstand dieses Verfahrens liegt nach Re in ecker in dem Umstände, daß Beschädigungen, wie solche namentlich beim Fräsen von Stahlguß infolge harter Stellen sehr leicht vorkommen können, einen wesentlich kostspieligeren Fräser gefährden, als dies beim \^erzahnen mit Modulfräsern der Fall ist, ferner darin, daß auch die Ausgaben für Fräser bei diesem Verfahren höher sind.

Ein weiterer Übelstand des Verfahrens liegt noch darin, daß das die Drehung der Radspindel bewirkende Schneckenrad in seiner Eigenschaft als Arbeitsrad gleichzeitig dem Zahnrade die Teilung vermittelt, daher durch Verschleiß entstandene Teilfehler auf dieses überträgt.

Vermieden werden diese Übelstände bei der Herstellung von Stirnrädern nach dem Wälzverfahren, wie es bei den bekannten Räderfräs- bezw. Hobelmaschinen, z. B. System W a r r e η , System Bilgram,G. Nardin und der Kegelradfräsmaschine System R y c e zur Verwendung gelangt, indem hier 1. die Anwendung einfachster AVerkzeuge gestattet

' wird, 2. das die Teilung vermittelnde Schneckenrad nur als Teil-, nicht auch als Arbeitsrad beansprucht ist.

Das Wälzverfahren beruht auf folgenden Überlegungen:

a) Liegt allen Zahnflanken eines Rädersatzes gleicher Teilung dasselbe Bildungsgesetz zugrunde, so können alle Räder unter sich in Eingriff gebracht werden, ebenfalls greifen alle mit demjenigen vom Durchmesser = 00, der Zahnstange, richtig ein.

b) Demnach kann eine mit der Fähigkeit zum Schneiden der Zähne ausgerüstete Zahnstange alle Räder eines Satzes herstellen, sobald die Teillinie der Zahnstange in Richtung der eigenen Achse mit einer Geschwindigkeit fortbewegt wird, welche gleich der Geschwindigkeit des Teilkreises des zu verzahnenden Rades ist, zu welchem sie Tangente ist.

c) Von dieser Zahnstange sind mindestens zwei Zahnflanken erforderlich, und zwar je die rechte und linke eines Zahnes bezw. einer Zahnlücke; sie genügen zur Erzeugung einer Zahnlücke bezw. eines Zahnes eines Rades von beliebigem Durchmesser, sobald man imstände ist, das zu verzahnende Rad um seine Drehachse so hin- und herzuschwingen und gleichzeitig den formgebenden Zahnflanken eine solche Hin- und Herverschiebung zu erteilen, daß im Bereich der Eingriffsstrecken des Zahnflankenpaares der Teilkreis in jedem Zeitabschnitt die Geschwindigkeit der Zahnteilungslinie der Zahnstange besitzt.

d) Die gleiche Relativbewegung ergibt das Hin- und Herrollen des Teilkreises auf der

ruhenden Teilgeraden. Das formgebende Zahnflankenpaar wird also ebenfalls seinem Bildungsgesetz entsprechende Zahnformen erzeugen, wenn der Teilkreis des zu verzahnenden Rades auf der ruhenden Zahnstange im Bereich der Eingriffsstrecken des Flankenpaares so hin- und hergedreht wird, daß eine mathematische Wälzbewegung entsteht.

Gegenstand der Erfindung ist nun die Einrichtung, die eine richtige Wälzbewegung zwischen der schneidenden Zahnstange und dem zu schneidenden Rade bewirkt.

Die Konstruktion des nachstehend beschriebenen Wälzmechanismus beruht auf der großen Genauigkeit, mit welcher der Scheitelkrümmung"skreis der zyklischen Kurve jr=. r - χ · ctg χ die Kurve in der Scheitelgegend deckt.

Fig. ι zeigt die Konstruktion der Kurve, Fig. 2 den Mechanimus in schematischer Darstellung, welche das Arbeitsprinzip des Antriebs am schärfsten hervortreten läßt. Diese Darstellungsweise wurde auch deshalb gewählt, weil für die konstruktive Ausbildung mehrere Möglichkeiten vorliegen. Fig. 3 zeigt eine Umkehrung des Mechanismus.

Auf der Tangente α α (Fig. 1) sei ein Punkt b und auf dem Umfange des Kreises um c ein anderer, d, so angenommen, daß beide im Berührungspunkt e der Tangente aufeinander fallen. Läßt man nun beide Punkte auf ihren Bahnen mit der gleichen Geschwindigkeit und in gleichem Bewegungssinn — zunächst nach rechts in der Pfeilrichtung — fortschreiten, so beschreibt b die Strecke der Bewegung der Punkte teil, so schneiden/ und g einander so lange, bis b die Strecke ξ = r-K und d den Bogen rit durchlaufen hat. Erteilt man b und d darauf eine Bewegung im entgegengesetzten Sinne, so schneiden sich f und g wieder so lange, bis d von e aus nach links gemessen den Weg ξ = r · π zurückgelegt hat. Die Schnittpunkte h liegen auf einer Kurve, deren Gleichung in Parallelkoordinaten lautet—wenn die durch c gehende Parallele zu α α die Abszissen, e c die Ordinatenachse darstellt und χ und 3/ die bezüglichen Ordinaten sind —

2. y = ξ · ctg α = r ' a. ctg α.

Setzt man für den Winkel den zugehörigen Bogen zum Kreise vom Radius 1, so erhält man für die Gleichung 2 die Form

3. y = r · χ . ctg x.

Die Gleichung des Krümmungsradius einer ebenen Kurve für den Punkt (x, y) ist allgemein

90

dx²

die Gleichung der Ordinate des zugehörigen Krümmungsmittelpunktes

eb = ξ und d den Bogen ed = ro., wobei | 5. 3 = y₀ -f-

I. ξ = r · u.

Nehmen nun die durch b gehende Senkrechte / zu α α und der durch d gehende Strahl g an ■ + ffl'

i²/

dx²

Nun ist für den Radius r=i

6.

7-8.

ι χ χ ctg χ = _ __ —

y = χ ctg X=

Iz

dx

3²5

2 χ 4 x⁶

3²5

y =

hm —ft— = ο;
dx

I2X'

d²y ='o~dx^r

lim

In bezug auf den Scheitel e bei χ — ο wird daher 2 3

10.

te = ρ =

hm

d X²

-²I

3J

ic = d = (Hm y = y₀ = i)

II.

und für den beliebigen Radius r:

p=-r;

Die Gleichung des Scheitelkrümmungskreises

mit dem Radius 0 = — r und dem Abstande ^r 2

— r des Mittelpunktes ζ von dem des RoIl-

kreises c, auf dasselbe Koordinatensystem bezogen, ist nach dem pythagoräischen Satz

Die Abweichung des Scheitelkrümmungskreises von der genauen Form der Kurve in Richtung der Ordinatenachse wird bei

α = o^u,

a = ίο⁰,

a = I₅°,

a = 20°,

α = 25°,

a = ^o⁰.

y —y, = 0,0000000 r,

. y —-y_t = — 0,0000068 r,

y —y_? = — 0,000022 r,

y—y_i = —0,000011 r,

y —y_f = -{- 0,000086 r,

y —y_; = -)- o,oooi6 r,

y —y* ⁼ '-\~ 0,0009 >"■

Denkt man sich jetzt die Gerade / mit der Tangente α sowie den Strahl g mit dem Kreis c starr verbunden und erteilt dem starren System ο f eine Verschiebung, bei der sich α in sich selbst verschiebt, gleichzeitig auch dem Rollkreis c eine solche Drehung, daß der Strahl g und die Gerade / sich stets auf der Kurve y = r · χ · ctg χ schneiden, so entsteht zwischen dem Kreis c und der Geraden α eine mathematische Wälzbewegung.

Erhält jedoch der Kreis c eine solche Drehung, daß g und / sich nicht auf der Kurve, sondern auf dem Umfang des Scheitelkrümmungskreises schneiden, so unterscheidet sich die Winkeleinstellung g von der Einstellung bei der mathematischen Wälzbewegung um das Fehlerglied k (Fig. 1). Auf dem Umfang des Rollkreises c gemessen, berechnet sich k aus der oben angegebenen Differenz der Ordinaten y —y_?, wenn

α = 0° zu k = 0,0000000 r,

α = 5° zu k = — 0,0000008 r,
α = io° zu k = — 0,0000029 r, a = 15° zu k = — 0,0000024 r,
α = 2O°_; zu k = + 0,000029 r,

a = 25⁰ zu k = -\- 0,000065 r,

α = 3<3° zu k = + 0,00048 r.

H"

2 T

3 =-T-

Diese äußerst geringen Abweichungen rechtfertigen die Zuhilfenahme des Scheitelkrümmungskreises bei der Konstruktion der Abrollvorrichtung. Die aus dem Fehlerglied h herrührende Ungenauigkeit bei der Erzeugung von Zahnflanken bleibt für jeden in der Praxis vorkommenden Fall, selbst bei der Herstellung zehnteiliger Räder, eine nicht mehr meßbare Größe.

Bei der nachfolgenden Beschreibung ist auf die Übereinstimmung der Bezeichnungen der Elemente des Triebwerkes mit den homologen der Fig. 1 zu achten.

In Fig. 2 ist c die Projektion des Achsenmittels des zu verzahnenden Rades. Auf der Achse sitzt ein Schlitzhebel g, in welchem der an dem um i als Mittelpunkt drehbaren Lenker ρ befestigte Bolzen h eine nach c radiale Führung findet. Die Entfernung der Bolzenmittel i und h, mithin die Länge der Lenkerstange ρ kann durch die bei / angedeutete Einrichtung, die des Bolzenmittels i von dem Achsenmittel c durch eine ebenfalls nur angedeutete, am Maschinengestell m befestigte Vorrichtung η beliebig eingestellt werden. Das Maschinengestell trägt ferner die Geradführung 0, welche einem Schlitten p eine zur Getriebemitte ee senkrechte Führung gibt. Der Schlitten p trägt eine Schleife /, in welcher der Bolzen h eine zu ee parallele Führung, findet.

Ein Getriebe, in Fig. 2 durch einen Kurbeitrieb angedeutet, erteilt dem Schlitten p und somit auch der Schleife / eine hin- und hergehende Bewegung, welche die formgebenden Flanken q und ^₁ mitzumachen gezwungen werden. Ob die letzteren durch die Schneiden no zweier auf dem Schlitten p gelagerter Fräser oder durch die zur Bildebene senkrechte Bewegung der Schneidkanten zweier Hobelstähle, deren Antrieb auf dem Schlitten p angebracht ist, gebildet werden, ist nebensächlieh; es seien der einfacheren Darstellung halber q und q_t mit p starr verbunden gedacht. Werden nun bei stillstehendem Schlitten p die Flanken q, q₁ dem Teilkreis des zu schneidenden Rades und der gewünschten Zahnteilung ¹^o entsprechend mittels der bei ί angedeuteten Stellvorrichtung in die richtige Höhenlage

zum Teilkreis gebracht, so daß sie in der Mittellage ee genügend tief in den Radkörper eindringen, darauf die Lenkerlänge

ρ = ih = — r mittels der Stellvorrichtung / und die Mittelentfernung c i mittels der Vorrichtung «zu 8 = — r eingestellt, dem Schlitten p sodann die vorhin beschriebene hin- und

ίο hergehende Bewegung erteilt, so findet zwischen dem Teilkreis c und der mit q, q_t verbunden gedachten Teilgeraden eine Rollbewegung statt, q, Q₁ schneiden infolgedessen nach dem oben unter c) Gesagten eine genaue Abrollungszahnjücke aus dem Radkörper heraus. Durch eine auf der Achse c befindliche Teilvorrichtung , welche der Übersichtlichkeit halber ebenfalls nicht eingezeichnet ist, wird sodann der Radkörper um eine Zahnteilung weiter geschaltet, eine zweite Zahnlücke geschnitten usf.

Eine Umbildung erfährt diese Abrollvorrichtung durch die in Fig. 3 dargestellte Bauart. Hierbei führen die vorhin stillstehenden' Mittel c und i die hin- und hergehende Bewegung aus, während die vorher hin- und hergehenden Elemente /^: und q, q_x nunmehr mit dem Maschinengestell m starr verbunden sind. Die RelativbeAveg'ung bleibt dieselbe; der Teilkreis rollt auf der ruhenden Teilgeraden a a ab, und es werden demnach nach d) ebenfalls genaue Zahnlücken aus dem Radkörper herausgeschnitten.

Mit der neuen Abrollvorrichtung ausgestattete Zahnradfräsmaschinen bedürfen zur Verzahnung von Rädern beliebiger Größe und Teilung" nur eines einzigen Fräserpaares mit einfach geraden Schneiden, welches je nach der Teilung verbreitert werden kann. Es wird also das Wechseln des Werkzeuges bei jedem Arbeitsstück vermieden; die bedeutenden Fräserunkosten der älteren Verfahren werden auf ein Mindestmaß gebracht. Auch ist es möglich, das »Spiel« der Teilung nach Belieben zu regeln. Ferner ist es nicht erforderlich, das Werkzeug genau auf die Schlcifenmitte / einzustellen, nur muß es während des Schneidens eines Rades seine Stellung beibehalten. Die Fräser schneiden nie mit dem ganzen Profil, es werden also wegen der günstigeren Schnittverhältnisse größere Leistungen wie bei Modulfräsern erreicht.

Die Einstellvorrichtungen s, I und η werden zweckmäßig mit Skalen versehen, damit das Einstellen rasch vonstatten geht. Sind die Fräser spindeln wie bei dem Ry ce-Verfahren verstellbar, so kann man Räder von beliebiger Neigung der Eingriffsstrecke schneiden. Die beschriebene Rollvorrichtung kann ebenfalls als Instrument zum Aufzeichnen genauer Evolventen und. Zykloidenbögen ausgebildet werden.

Claims (2)

Patent-An Sprüche:

1. Zykloidemverk für Zahnradfräs- und Hobelmaschinen, sowie zum Aufzeichnen von Evolventen und Zykloidenbögen, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste, drehbare Achse (c) eine Kurbelschleife (g) trägt, in welcher in radialer Richtung ein Bolzen (h) geführt ist, der einerseits auf einem Bogenstück des Scheitelkrümmungskreises der Kurvey = r · χ · ctg χ mit dem

¹X 7S

Radius ih = 0 = —r um einen anderen ^r 2

festen Bolzen (i) schwingt, der in der durch die Achse (c) gehenden senkrechten

Ebene und im Abstande 3 = ei = — r von

2

der Achse (c) parallel zu dieser angeordnet ist, andererseits durch eine senkrecht zur Mittelebene (ee) des Getriebes hin- und herbewegte Schleife (f) zwangläufig geführt wird, wodurch der Achse (c) eine Drehung erteilt wird, die der Rollbewegung eines Kreises vom Radius (r) auf einer zur Bewegungsbahn der Schleife (f) parallelen Tangente entspricht.

2. Umkehrung" des Zykloidenwerk.es go nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (c und i) die Hin- und Herbewegung ausführen, die Schleife (f) hingegen stillsteht, wobei die Relativbewegung des Triebwerkes dieselbe bleibt wie bei der Ausführung nach Anspruch 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.