DE2052244A1 - Verzahnung mit geraden Zahnflanken fur eine Stirn Umfangs Kupplung und Ver fahren sowie Werkzeug zu deren Her stellung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. Π EvE T 7. sen,
DIpI-In^. K. * AV:.-^J.--£CHT

Dr.-lng. Ti. L; .... i - , II jr. 8Mttnchen22, Sloinsdcrfatr. 1C

233-16.222P(16.223H) 23.10.1970

Liberecke automobilove zävody, närodni podnik Jablonec nad Nlsou (Tschechoslowakei)

Verzahnung mit geraden Zahnflanken für eine Stirn- ™

Umfangs-Kupplung und Verfahren sowie Werkzeug zu

deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Verzahnung mit geraden Zahnflanken für eine Stirn-Umfangs-Kupplung, wie sie vorzugsweise im Fahrzeug- und Maschinenbau Anwendung findet und ein Verfahren sowie ein Werkzeug zu deren Herstellung.

Ss ist bereits bekannt, die beiden Hälften einer Stirnzahnkupplung auf einer Kegelradverzahnmaschine für geradverzahnte Kegelräder herzustellen.

Dies geschieht entweder mit zwei kammartig ineinandergreifenden Stirnmesserköpfen durch Einstechen der Zahnlücken im Sinzelteilverfahren oder durch zwei hin- und herbewegliohe Hobelstähle· Darüber hinaus können die Zahnlücken auch im kontinuierlichen Teilverfahren eingestochen werden, wobei Messerköpfe Anwendung finden, bei denen die Messer in Spiralen in einer Bbene auf dem Messerkopf ange-· ordnet sind.

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Mit den bekannten Verfahren wird ein Kupplungszahn mit geraden Zahnflanken bei einem Eingriffswinkel von 20° erzeugt. Dabei ist es auch möglich, dui*ch Gestaltung, Anordnung oder Bewegung der Messer oder Hobelstähle, längsballige Zähne an beiden Kupplungshälften herzustellen.

Eine derartige Stirnkupplung ist selbstzentrierend, wobei beide Kupplungshälften deckungsgleich sind und genau ineinanderpassen.

Eine nach den bekannten Verfahren hergestellte Stirnkupplung mit geraden Zähnen und geraden Zahnflanken, mit einem lingriffswinkel von 20°, läßt sich jedoch nur dort anwenden, wo für die in Achsrichtung nacheinander angeordneten Kupplungshälften genügend Platz vorhanden und für eine feste Kuppelverbindung ein "Zusammenklemnien" der beiden Kupplungshälften in axialer Richtung möglich ist, da keine Selbsthemmung besteht.

Um diesen entscheidenden Nachteil der bekannten Stirnkupplung, daß für ihren Einbau insbesondere in axialer Richtung, sehr viel Platz vorhanden sein muß, zu beseitigen» wurde eine Stirn-Umfangs-Kupplung vorgeschlagen, bei der die eine Kupplungshälfte an der Stirnseite verzahnt ist und die andere Kupplungshälfte, die in der stirnverzahnten Stirnkupplungshälfte aufgenommen wird, mit einer am Umfang angebrachten Verzahnung in die Stirnverzahnung der erstgenannten Kupplungshälfte eingreift. Diese vorgeschlagene Stirn-Umfangs-Kupplung ist mit Zähnen versehen, die in der Zahnlängsriohtung und auoh in Richtung der Zahnhöhe gerade Flanken besitzen.

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Die an der Stirnseite mit einer Verzahnung versehene Kupplungshälfte, deren Zahnlücken-Flanken in Richtung der Zahnhöhe parallel verlaufen, muß auf einer Fräsmaschine mit einem Scheibenfräser hergestellt werden. Bs wird dabei jede Zahnlücke einzeln gefräst und unter Verwendung eines Teilkopfes jeweils eine Zahnlücke weitergeteilt·

Die an der anderen Kupplungshälfte am Umfang angebrachte Verzahnung wird vorzugsweise im Wälzverfahren auf einer Wälzfräsmaschine erzeugt. Hierfür ist jedoch ein speziell dafür gestalteter Wälzfräser erforderlich.

Außer einigen wesentlichen funktionellen Nachteilen, die die vorgeschlagene Verzahnung an der Stirn-Umfangs-Kupplung besitzt, sind auch bei der Fertigung noch weitere Nachteile vorhanden. So lassen sieh die Verzahnungen der beiden Kupplungshälften nicht mit einem der bekannten, wirtschaftlichsten Verzahnverfahren auf einer Maschine herstellen. Obwohl die Stirn-Umfangs-Kupplung theoretisch selbstzentrierend ist, kann durch Einhaltung eines be- ^

stimmten Einbau-Flankenspieles und eventuellen Abweichens von den theoretischen Mafien praktisch kein einwandfreies Zentrieren erreicht werden. Daher wird sich die Kraftübertragung nur auf einige wenige Zähne beschränken und ein schnelles Abnutzen der Verzahnung nicht zu vermeiden sein.

Der Zweck der Erfindung, die sich auf eine Verzahnung für eine Stirn-Umfangs-Kupplung und ein Verfahren sowie ein Werkzeug zu deren Herstellung bezieht, besteht darin, außer einer einwandfreien Zentrierung der beiden Kupplungshälften bei einer Selbsthemmung der Kuppelverzahnung, eine

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äußerst wirtschaftliche Herstellung der Stirn-Umfangs-Kupplung zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die vorgeschlagene Stirn-Umfange-Kupplung eine Verzahnung mit geraden Zahnflanken zu schaffen, mit spielfreiem Ineinandergreifen, wobei sie sowohl in axialer, als auoh in radialer Richtung selbstzentrierend wirkt und die bekannten Verfahren, sowie die Werkzeuge, so zu verbessern, daß damit die Verzahnung an beiden Kupplungehälften auf einer Verzahnungemaschine bei gleicher Werkzeugeinstellung und mit den gleichen Werkzeugen wirtschaftlich hergestellt werden kann.

Brfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verzahnung für die Stirn-Umfangs-Kupplung gerade Zahnflanken besitzt, die sowohl in radialer als auoh in axialer Richtung zur Kupplungsaohse einen gleich großen Verjüngungswinkel aufweisen.

Der Verjüngungswinkel wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch zwei Verlängerungen der Zahnflanken _ gebildet, die sich in der Teilebene in der Kupplungsaohse schneiden, er liegt im Selbsthemmungsbereich und läßt sieh

foo -— ermitteln.

Zur Herstellung der Verzahnung findet erfindungegemäß ein Verfahren Anwendung, bei dem für das Verzahnen einer Stirn-Kupplungshälfte diese auf der Masohine so eingesohwenkt wird, daß die Werkstückaohse vorzugsweise mit der Wiegenachse zusammenfällt, während bei der Herstellung der Zähne an der Umfangs-Kupplungshälfte mit dem gleiohen Werkzeug auf der

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gleichen Maschine gearbeitet, die Werkzeugeinstellung beibehalten und die Werkstückachse der Umfange-Kupplungshälfte gegenüber der Werkstückachse der Stirn-Kupplungshälfte bzw. der Wiegenachse in horizontaler Ebene um 90° geschwenkt wird, so daß die Teilebene der Umfangs-Kupplungshälfte gegenüber der Werkstüokachse der Stirn-Kupplungshälfte bzw. der Wiegenachse versetzt ist und parallel zu ihr verläuft.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die für das Verzahnen der Umfangs-Kupplungshälfte erforderliche, um 90° verdrehte und versetzte Stellung der Umfangs-Kupplungshälfte durch Schwenken des auf die Stirn-Umfangs-Kupplung bezogenen Koordinatensystems um eine Schwenkachse, die durch die Durchstoßpunkte des Teilkreises der Verzahnung durch die Profilflächen der Zahnlücke gegeben ist, um einen Winkel von 90° erreicht. Dieses Schwenken des Koordinatensystems wird erfindungsgemäß auf der Maschine durch Schwenken des Drehteiles um die J~Mitte um 90° und durch eine Translationsbewegung in Richtung der Maschinenlängsachse, durch Verschieben des Bettschlittens und eine weitere Translationsbewegung in Richtung der Werketückaohse, durch Verschieben des Werkstückständers erzeugt.

Des weiteren geschieht das Verzahnen der beiden Kupplungshälften mit kammartig ineinandergreifenden Stirnmesserköpfen, bei denen der einzustellende Schnittrichtungswinkel der beiden Werkzeugschneiden, durch die die linke und rechte Flanke der Zahnlücke erzeugt werden, die gleiche Oröße erhält, wie der durch die Sohneidkante der kammartig ineinandergreifenden Nesser mit einer Senkrechten gebildete Profilwinkel der Werkzeuge.

Darüber hinaus werden die beiden Kupplungshälften mit 1 09821/17S9

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kammartig ineinandergreifenden Stirnmesserkopfen verzahnt, bei denen erfindungsgemäß der Neigungswinkel der Werkzeugspindeln größer ist als der Profilwinkel der kammartig ineinandergreifenden Messer der beiden Stirnmesserköpfe. Dadurch bewegen sich die Schneidkanten der Messer, durch die die beiden Flanken der Zahnlücke erzeugt werden, auf einem Hohlkegel, so daß die Zahnflanken der Stirn-Kupplungshälfte eine Balligkeit in radialer und die Zahnflanken der Umfangs-Kupplungshälfte eine Balligkeit in axialer Richtung erhalten.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorzugsweise mit einem Profilwinkel der kammartig ineinandergreifenden Stirnmesserköpfe gearbeitet, der einem solchen radialen Verjüngungswinkel der Zahnlücke entspricht, dessen Verlängerungen der Profilflächen in der Teilebene durch die Kupplungsachse verlaufen. Ein derartiger Profilwinkel kann aus der Be-

QQO

Ziehung OC » -^ bestimmt werden. Erfindungsgemäß wird

beim Verzahnen mit einem solchen Profilwinkel eine Zahnlücke erzeugt, deren Verjüngungswinkel in radialer und in axialer Richtung die gleiche Größe besitzt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ergibt sich die Entfernung der verschobenen, parallelen Lage der Teilebene der Verzahnung an der Umfangs-Kupplungshälfte gegenüber der Wiegenaohse aus der Beziehung

do ,
a a e OOS66= -τ«;- oos öC .

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein mit kammartig ineinandergreifenden Messern versehener

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Stirnmesserkopf benutzt, bei dem sie Schneidkanten der Messer mit einer Senkrechten einen Profilwinkel einschließen, der im Selbsthemmungsbereich der hergestellten Verzahnung liegt und um den Balligkeitswinkel kleiner als der Neigungswinkel der Werkzeugspindeln ist.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine äußerst wirtschaftliche Herstellung der vorgeschlagenen Stirn-Umfangs-Kupplung erreicht. Beide Kupplungs- ™ hälften lassen sich auf einer Maschine, bei gleichbleibender Werkzeugeinstellung, mit dem gleichen Werkzeug, verzahnen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Werkzeuge, die vorwiegend einen Profilwinkel erhalten, der sich aus der Beziehung Ot = ■ ermitteln läßt, entsteht an den Kupplungshälften ein Kuppelzahn, der radial und axial den gleichen Verjüngungswinkel besitzt. Dadurch wird ein einwandfreies Zentrieren der beiden Kupplungshälften in radialer und auch in axialer Richtung erzielt. Darüber hinaus erhält die Zahnflanke, dadurch, daß der Neigungswinkel der Werkzeugspindeln größer ist, als der Profilwinkel der Werkzeuge, eine Balligkeit. Diese Balligkeit wirkt sich, be- M dingt durch den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf, an den Zahnflanken der Stirn-Kupplungshälfte als Balligkeit in radialer und an den Zahnflanken der Umfangs-Kupplungshälfte als Balligkeit in axialer Richtung aus. Dadurch wird ein einwandfreies, spielfreies Zahntragen und somit eine gleichmäßige Kraftübertragung auf nahezu alle Kupplungszähne erzielt. Durch das Zentrieren in radialer und axialer Richtung und durch das ballige Zahntragen wird für eine optimale Funktion einer Kupplung ein nahezu Idealer Kuppelzahn erzeugt. Die Kuppelzähne lassen eine hohe Kräfteübertragung

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zu, wobei duroh die erreichte Selbstheilung zusätzliche Verrlegelungselefflente der beiden Kupplungehälften In Wegfall kommen können· Darüber hinaus 1st duroh verhältnismäßig einfache Fertlgungsmethoden eine absolute Austauschbarkeit Jeder der Kupplungshllften gegeben« wobei duroh die äufierst wirtschaftliche Herstellung und den sehr geringen Platzbedarf, die vorgeschlagene Stirn-Umfangs-Kupplung in sehr vielen Industriezweigen Anwendung finden kann.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch die vorgeschlagene Stirn-Umfangs-Kupplung in der Teilebene;

Fig. 2 einen Teilsohnitt als Abwicklung im Teilzylinder naeh Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilsohnitt duroh eine nach dem erfindungsgemftfien Terfahren hergestellte Stirn-Umfangs-Kupplung in der Teilebene;

Fig. 4 einen Teilsohnitt ale Abwicklung im Teilzylinder naoh Flg. 3 t

Fig· 5 eine perspektivische Darstellung der Kuppelzähne als Ausschnitt;

Fig» 6 eine geometrische Darstellung für dl« Herstellung der Krzeugungsfläohen der Verzahnung;

Fig· 7 eine Vorderansicht der Lage der Koordinatensysteme bei« Verzahnen der Stim-Kupplungshälfte, aus der Sieht der Wiegentrommel;

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Fig. 8 eine Draufsioht auf die Lage der Koordinatensysteme naoh Fig. 7*

Fig. 9 eine Vorderansicht der Lage der Koordinatensysteme beim Verzahnen der Umfangs-Kupplungshälfte, aus der Sioht der Wiegentrommel;

Fig. 10 eine Draufsioht auf die Lage der Koordinatensysteme nach Fig. 9* _Λ

Fig. 11 die Lage der Werkzeugspindeln und der kammartig ineinandergreifenden Messer der Stirnmesserköpfei

Fig. 12 eine Draufsioht auf die Maschine, wobei die Einstellung der Werkzeuge und des Werkstückes für das Verzahnen der Stirn-Kupplungshälfte gezeigt ist;

Fig. 13 eine Draufsioht auf die Maschine, wobei die Einstellung der Werkzeuge und des Werkstückes für das Verzahnen der Urafangs-Kupplungshälfte gezeigt ist;

Fig. lh eine Draufsioht auf die Einstellung der Messer- % köpfe in Richtung der Wiegenachse;

Fig. 13 eine Seitenansicht eines Messers des reohten Stirnmesserkopfes;

Flg. 16 eine Draufsicht eines Messers des reohten Stirnmesserkopfes, wobei das kammartige Ineinandergreifen des Messers des linken Stirnmesserkopfes angedeutet 1st.

In den Fig. 1 und 2 ist die vorgeschlagene Stirn-Umfangs-Kupplung gezeigt, die aus einer Stirn-Kupplungshälfte

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- ίο -

und einer Umfangs-Kupplungshälfte 2 besteht. Die Zähne 3 der Stirn-Kupplungshälfte 1 besitzen gerade Zahnflanken, eine linke Zahnflanke 4 und eine rechte Zahnflanke 5* die unter einem Profilwinkel OC₁ zur Symmetrieachse 6 des Profiles in radialer Richtung geneigt sind. Der Profilwinkel OC^ ergibt sich, indem ein Zahn 7 der Umfangs-Kupplungshälfte 2 parallele Zahnflanken, eine linke 8 und eine rechte 9 besitzt, deren Verlängerungen 10; 11 an einem Zylinder d, tangieren. Dabei hat der Durohmesser des Zylinders d, die gleiche Größe wie die Sehne der Zahndicke So₁ im Teilkreisdurchmesser do«. Der Profilwinkel ⁰^₁ ist abhängig von der Zähnezahl Z₁ und ergibt sich aus der Be-

/ l8o° λ

Ziehung OC₁ = — . Der radiale Verjüngungswinkel A₁

des Zahnprofiles entspricht dem doppelten Profilwinkel

An der Umfangs-Kupplungshälfte 2 ist ein Zahn 7 vorhanden, der einen rechteckigen Querschnitt mit der Zahndicke So^ und der Zahnbreite b (Fig. 2) besitzt, wobei sich die Zahndioke So₁ aus der Beziehung So₁ = dOj sin Ot₁ ermitteln läßt.

Die in den Flg. 3 und 4 dargestellte spezielle Formgestaltung, insbesondere der Verzahnung der Stirn-Umfangs-Kupplung, ergibt sioh aus der Anwendung des erfindungsgemäSen Verfahrens. Dies· Kupplung besteht aus einer Stirn-Kupplungshälft· 12 und einer Umfangs-Kupplungshälfte 1}. lin Zahn 14 an der Stirn-Kupplungshälfte 12 hat genau die gleiohe geometrlsohe Form, wie ein Zahn 15 an der Umfangs-Kupplungshälfte 13. Die Zahn· 14 an der Stirn-Kupplungshälfte 12 und die Zähne 15 an der Umfange-Kupplungehälfte 13 besitzen gerade Zahnflanken, wobei «loh eine Verlänge-

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- li -

rung 16 einer linken Zahnflanke 17 einer Zahnlücke 16 an der Umfangs-Kupplungshälfte 15 mit einer Verlängerung 19 einer rechten Zahnflanke 20» in radialer Richtung, in der Kupplungsaohse x_Q schneidet und beide einen Yerjüngungswinkcl λ.' der Zahnlücke 18 einschließen. Bin gleicher Yerjüngungsvrinkel λ^Μ des in die Zahnlücke 18 der Umfangs-Kupplungshälfte 1? eingreifenden Zahnes 14 der Stirn-Kupplungshälfte 12 in axialer Richtung, wird durch eine linke Zahnflanke 21 und eine rechte Zahnflanke 22 (Fig. 4) des Zahnes Ik an der Stirn-Kupplungshälfte 12 gebildet. Um in axialer und radialer Richtung für den Einbau ein Spiel s" und s* zu erhalten, 1st eine Breite b des Zahnes 15 der Uofangs-Kupplungshälfte 15 und eine Lückenbreite b. einer Zahnlücke 25 der Stirn-Kupplungshälfte 12 und eine Zahnhöhe h an der Stirn-Kupplungshälfte 12 und eine Lüokenhöhe h^ an der Umfangs-Kupplungshälfte 15 vorgesehen.

Die Zahnlücken 18; 25 besitzen la Teilkreis T mit einem Teilkreisdurohmesser d , der in einer Teilebene 24 liegt, eine Lückenbreite β . Die Lückenbreite als Sehne, die gleichzeitig der Zahnbreite in der Teilebene T entspricht, ergibt sich aus der Beziehung s_Q = d_Q sin OC¹.

Durch eine Symmetrieachse 25 und die rechte Zahnflanke 20 der Zahnlücke 18 an der Umfangs-Kupplungshälfte 15 wird in radialer Richtung ein Profilwinkel Oc¹ und durch eine Symmetrieachse 26 und die rechte Zahnflanke 22 des Zahnes 14 an der Stirn-Kupplungshälfte 12 in axialer Richtung ein gleioh großer Profilwinkel OC" gebildet. Der Profilwinkel OC ', der den Profllwinkel Ot * entspricht, wird vorzugsweise aus der Beziehung OC * « ^- bestimmt, wobei der Verjüngungswinkel \^x der Zahnlücke 18 an der Umfangs-

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Kupplungehälfte 13 doppelt so groß ist, wie der Profilwinkel öC * und dem Verjüngungswinkel Λ." des Zahnes 14 an der Stirn-Kupplungshälfte 12 entspricht. In der Fig. sind in perspektivischer Darstellung die ineinandergreifenden Kuppelzähne l4j 13 in getrennter Lage als Ausschnitt aufgerissen, wobei die gleichen Beziehungen wie in den Pig. 3 und' 4 gelten.

An Hand der Fig. 6 wird im folgenden der geometrische Zusammenhang für die Erzeugung der Kuppelverzahnung dargelegt. Während ein Koordinatensystem χ y ζ mit der Verzahnmaschine fest verbunden ist, gehört zum Werkstück das Koordinatensystem χ y ζ · Dieses Koordinatensystem χ y_Q z_Q fällt, bezogen auf die Lage beim Verzahnen der Stirn-Kupplungshälfte 12, mit dem fest mit der Verzahnmaschine verbundenen Koordinatensystem χ y ζ zusammen.

Die Brzeugungsfläohen einer Zahnlücke 18; 23 können durch zwei auf ihnen liegende Geraden bestimmt werden. Für die rechte Zahnflanke 22 des Zahnes 14 der Stlrn-Kupplungshälfte 12 geschieht dies durch eine Gerade 27, die im Schnittriohtungswinkel o¹ nach rechts geneigt zur Achse Z durch die Mitte O verläuft und durch eine Gerade 28, die im gleichen Winkel, den Profilwinkel OC " nach rechtsgeneigt zur Aohse x_Q ebenfalls durch die Mitte 0_Q geht· In gleicher Weise wird die Erzeugungsflache für die linke Zahnflanke 21 dee Zahnes 14 der Stirn-Kupplungshälfte durch «ine Gerade 29, die im Schnittriohtungswinkel σ' naoh links geneigt zur Achse Z₀ duroh die Mitte O₀ läuft und duroh «ine Gerade 30, dl· im glβionen Winkel, den Profilwinkel 0C ⁿ naoh links geneigt zur Achse X₀ ebenfalls durch die Mitte 0_Q geht bestimmt. Die beiden Geraden

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27; 29 liegen dabei in der Teilebene 24, während sich die beiden Geraden 28; 30 in einer Ebene befinden, die die Teilebene in einem Winkel von 90° schneidet.

Schlägt man um die Mitte O₀ des Koordinatensystemes X₀ Y Z₀ mit dem Teilkreishalbmesser do₂ einen Kreisbogen, der in der Teilebene 24 liegt, so ergeben sich mit den Geraden 27; 29 die Schnittpunkte P₁ und P₂, die die

Durohstoßpunkte des Teilkreises do durch die linke und ™

rechte Zahnflanke 21; 22 des Zahnes 14 an der Stirn-Kupplungshälfte 12 bilden. Durch die beiden Schnittpunkte P.; P₂, deren Entfernung voneinander der Zahnbreite S als Sehne in der Teilebene 24 entspricht, verläuft eine Schwenkachse 31* Die Brzeugungsfläohen an der Umfange-Kupplungshälfte 13 werden bestimmt, indem das Koordinatensystem X_Q Y_Q Z_Q um die Achse 31 um 90° geschwenkt wird. Dadurch verläuft die Achse Z parallel zur Achse X, die Achse X parallel zur Achse Z und die Achse Y parallel zur Achse Y. Der parallele Verlauf der genannten Achsen zueinander gesohleht in einem Abstand a, der sich aus der Beziehung a = do₂ cos S = dOg cos oC ermitteln läßt. ^ Die Gerade 27 entspricht jetzt der Geraden 27' und verläuft durch den Schnittpunkt P, und die Gerade 29 der Geraden 29', die durch den Sohnlttpunkt P₂ geht. Die Gerade 27^! schließt dabei mit der Achse Z den Profilwinkel 0( '

für die Zähne 15 an der Umfangs-Kupplungshälfte 13 ein. Demgegenüber nimmt die Gerade 28 die Stellung der Geraden 28* und die Gerade 30 die Stellung der Geraden 30' ein, so'dafl die Gerade 28' mit der Aohse X_Q den Schnittrlohtungswinkel <f " bildet. Da die Gerade 27 und die Gerade 27¹ durch den Sohnittpunkt P₁ verläuft - das gleiche trifft auf die Gerade 29 und 29' und den Sohnittpunkt P₂ zu und der Abstand der Schnittpunkte P₁ und P₂ von der Mitte

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und O der gleiche ist« ergibt sich» daß in radialer Richtung der Schnittrichtungswinkel £ ' für die Stlrn-Kupplungshälfte 12 dem Profilwinkel U * für die Umfangs-Kupplungshälfte 13 gleich sein muß. Aufdie Fig. 6 bezogen bedeutet das, daß auch in axialer Richtung der Schnittrichtungswinkel

S " für die Umfangs-Kupplungshälfte IJ, die gleiche Größe haben muß, wie der Profil winkel Oi " der Stirn-Kupplungshälfte 12. Daraus resultiert die geometrische Festlegung für die Verzahnung der Stirn-Umfangskupplung, daß der Verjüngungswinkel A,¹ der Zahnlücke 18 der Umfangs-Kupplungshälfte IJ in radialer Richtung gleich dem Verjüngungswinkel λ." der Zahnlücke 23 der Stirn-Kupplungshälfte 12 in axialer Richtung sein muß. Aus dem vorgenannten ergibt sich für die Kuppelverzahnung die Beziehung λ¹= λ " = 2 fi( ' = 2 o( " = 2 £' =* 2 <J".

In den Pig. 7 bis 10 ist die Lage der beiden Kupplungshälften 12; 13 zu den vorher beschriebenen Koordinatensystemen χ y ζ und χ y ' ζ für das Verzahnen auf der Maschine dargestellt. Bei der Lage der Stirn-Kupplungshälfte 12 für das Verzahnen auf der Maschine fällt das maschinengebundene Koordinatensystem χ y ζ mit dem zu der Stirn-Kupplungshälfte 12 gehörenden Koordinatensystem χ y ζ zusammen (siehe Pig. 7 und 8).

Die Mitte 0_Q des Koordinatensystemes χ y_Q z_Q liegt dabei in der Teilebene 24 auf einer WerkstUokaohse 23 der Stirn-Kupplungshälfte 12, die mit einer Wiegenachse 33 einer sohematisch dargestellten Wiegentrommel 34 zusammenfällt. In Abstand a von dor WerkstUck&ohse 32 der Stirn-Kupplungshälfte 12 liegt in der Teilebene 24 die Sohwenkaohse 31, die durch die Sohnittpunkte P₁ und P₂ die die

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Durchstoßpunkte des Teilkreises T durch die rechte und linke Planke 21; 22 der Zahnlücke 23 in der Teilebene 24 darstellen, verläuft.

Die Lage der Ümfangs-Kupplungshälfte 15 für das Verzahnen auf der Maschine ergibt sich durch Schwenken des Koordinatensystemes x_Q y_Q z_Q für die Stirn-Kupplungshälfte 12 um die Schwenk-Achse 31 um 90° (siehe Fig. 9 und 10). Dabei liegt die Teilebene 24 im Abstand a zur Wiegenachse 33· Den glei- \ chen Abstand a von der Schwenkachse 31 besitzt auch die Werkstückachse 35 für die Umfangs-Kupplungshälfte 13.

In den Fig. 12 und 13 sind die Stellungen der beiden Kupplungshälften 12; 13 nochmals für das Verzahnen auf der Maschine gezeigt. Auf einem Maschinenbett 36 befindet sich ein Bettschlitten 37 «it Führungen 38, der auch das J-Mittenlager trägt. Auf dem Bettschlitten 37 ist ein Drehteil 39 angeordnet, das den Werkstückständer 40 in Richtung der Werkstückachsen 32; 35 verschiebbar trägt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird vom Maschinenbett 36 ein Werkzeugständer aufgenommen, an dem ein linker Stirnmesserkopf 42 und ein λ

rechter Stirnmesserkopf 43&ngeordnet j»ind, deren Messerkopfachsen 45; 48 einen Abstand a von der Wiegenachse 33 besitzen.

Die geneigte Anordnung der kammartig ineinandergreifenden Stirnmesserköpfe 42; 43 ist in Fig. 11 gezeigt. Dabei ist eine linke Messerkopfachse 45 einer linken Werkzeugspindel 46 des linken Stirneesserkopfes 42 in einem Winkel £ , zu einer zur Teilebene 24 parallelen Bbene 47» geneigt Angeordnet, wie auch eine rechte Nesserkopf achse 48 einer rechten Werkmeugepindel 49 dee reohten Stirnmeseerkopfes in gleioher Weise nach der anderen Seite um den Winkel

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geneigt 1st. Der Winkel 6, setzt sioh aus einem Profilwinkel OC und einem Balligkeitswinkel ^zusammen. Dabei wird der Profilwinkel oC durch eine Verlängerung 50 einer Schneidkante 51 eines rechten Messers 52 gebildet« während sich der Balligkeitswinkel ^*" durch eine Senkrechte 53 auf der reohten Messerkopfachse 48 und die Verlängerung

50 der Schneidkante 51 des rechten Messers 52 des rechten Stirnmesserkopfes 43 ergibt. Der linke Stirnmesserkopf 42 ist ebenfalls mit linken Messern 54 ausgerüstet« die Sohneidkanten 55 besitzen. Da sich zum Beispiel die Schneidkanten 51 des rechten Messers 52 bei ihrem Umlauf um die Messerkopfachse 4Θ auf einer Kegelmantelfläche eines Hohlkegels 56« der durch die Verlängerung 50 der Schneidkante

51 des rechten Messers 52 der rechten Messerkopfachse 48 und der Senkrechten 53« die dem Messerkopfhalbmesser entspricht« auf der reohten Messerkopfachse 48 gebildet wird« beswege.n, entsteht an den Zahnflanken 21; 22 der Stirn-

eine Balligkeit in radialer Biehfeung

J?j %® der ■Umf_äangs-t^pl#^sht^;lfte eine Balli^CÄlt in axialer Richttiftg in tften Zähnen 14; 15.

Sine Draufsicht auf eine Wiege 57 zeigt die Arbeitsstellung der beiden Stirnmesserköpfe 42; 43· Dabei sind die Messerkopfachsen 45; 48 um die Exzentrizität e nach rechts verschoben« während beide durch eine Verstelleinrichtung 58 um die Wiegenachse 23« bezogen auf eine horizontale Maschinenebene 59, um den Schnittriohtungswlnkel <f, der den halben Lückenwinkel bzw« Verjüngungswinkel Λ. enteprloht« auseinandergesohwenkt wurden«

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BAD ORfGINAL

In den Pig. 15 und l6 ist ein reohtes Messer 52 gezeigt. Eine Symmetrieachse 60 bildet mit der Verlängerung 50 der Schneidkante 51 des rechten Messers 52 den Profilwinkel o£ . Bas Messer 52 ist unter einem Aufspannwinkel fi> im rechten Stirnmesserkopf 4j3 festgehalten· Zusammen mit der Schneidkante 55 des schematisch angedeuteten linken Messers 54 wird, unter Beachtung der Breite des Lückengrundes Sq, durch die Schneidkante 51 des rechten "

Messers 52 der Verjüngungswinkel λ. der Zahnlücken 18; 23, der dem doppelten Profilwinkel 06 entspricht, gebildet. Für die praktische Anwendung des Verfahrens ergab sich beim Ausführungsbeispiel ein Profilwinkel öC von 3°· Der Neigungswinkel £ der Messerkopfaohsen 45; 48 beträgt bei den herkömmlichen Verzahnmasohinen, je nach Baugröße, 21°, 30¹ und 23°. Dabei ist der Balligkeitswinkel 1° 3O^f oder 3°, der Profilwinkel 20°. Da das Verfahren auf den herkömmlichen Masohinen durchgeführt werden soll, ergibt sloh bei einem ^ Profilwinkel Oi= 3° ein groäer* 'Balligkeitswinkel Ψ' tan 20°, der für die kurzen geraden Zahnflanken der Kupplung für ein balliges Zahntragen von Vor- Jj teil ist.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich nun folgender Verfahreneablauf:

Nachdem aus der erforderlichen Zähnezahl ζ der Profil winkel ÖL der Verzahnung der Stlrn-Umfanga-Kupplung ermittelt und die entsprechenden Messer 52; 54 in die Stirnmesserköpfe 42; 43 eingesetzt wurden, wird die Stirn-KupplungehMlfte 12 auf der Werkstückspindel des Werkstück-Ständers 40 der Verzahnmaschine aufgespannt. Dabei nimmt

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der Werkstüokständer 40 eine Stellung ein, die der in der Fig. 12 gezeigten entspricht, wobei die WerkstUckachse 32 mit der Masohinenlängsaohse 44 und der Wiegenachse 33 zusammenfällt und lediglich der Werkstückständer 40 etwas zurückgezogen ist, damit sioh die Stirn-Kupplungshälfte außerhalb des Eingriffsbereiohes der Stirnmesserköpfe 42; 43 befindet. Danach erfolgt die Einstellung der Stirnmesserköpfe 42; 43, indem die Stirnmesserköpfe 42; 43 mit ihren Nesserkopfaohsen 45; 48 um die Exzentrizität e, die dem Teilkreishalbmesser do_g der Kuppel-Verzahnung entspricht, aus der Wiegenachse 33 versohoben und um den Schnittrichtungswinkel S» von der horizontalen Maschinenebene 59 aus, nach beiden Seiten auseinandergesohwenkt werden (siehe Fig. 14).

Damit ist der BinsteilVorgang für die Stirnmesserköpfe 42; 43 und die Stirn-Kupplungshälfte 12 beendet und der eigentliche Verzahnvorgang kann beginnen. Dabei fährt der Bettsohl It ten 37 in Richtung der WerksttickaBhsl»^ Kupplungehäl^fce; 12. im iinstecnvoiiohub bis¹ ^ί Zahntiefe b, und die Messer 521; 54 aftechen eine Zahnlücke ■-'-" 23 in die Stirn-Kupplungshälfte 12 ein. Danach fährt der Bettschlitten 37 im Bilgang aus der Zahnlücke 23 heraus und die Stirn-Kupplungshälfte 12 wird duroh eine nicht dargestellte Teileinrichtung um eine Teilung verdreht, so daß die näohste ZahnlUoke 23« wie vorher beschrieben, im Einstechverfahren erzeugt werden kann. In der Folge wird von ZahnlUoke 23 zu ZahnlUoke 23 weitergeteilt, bis samtHohe Zähne 14 an der Stirn-Kupplungshälfte 12 hergestellt sind.

Für das Verzahnen der Umfangs-Kupplungshälfte 13 wird diese, bei gleicher Stellung der Stirnmesserköpfe 42; 43

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ORJQlNAL INSPECTEO

(siehe Pig. 13) und des Werkstückständers 4o (siehe Pig. .12), auf der Werkstückspindel aufgespannt. Das Verzahnen der Umfangs-Kupplungshälfte 12 erfolgt jedoch in einer um die Schwenkachse 31 (siehe Fig. 9 und 10) um 90° geschwenkten Stellung. Diese wird erreicht, indem der Bettschlitten 37 in Richtung der Maschinenlängsachse 44 zurückgezogen und das Drehteil 39 mit dem Werkstückständer 40 auf dem Bettschlitten 37 um die J-Mitte um 90° geschwenkt wird. Danach wird der Werkstückständer 40, auf die J-Mitte zu, so weit verschoben, bis die Teilebene 24 an der Umfangs-Kupplungshälfte 13 den Abstand a von der Maschinenlängsachse 44, in der auch die J-Mitte liegt, aufweist. Damit ist der Einstellvorgang für das Verzahnen der Umfangs-Kupplungshälfte 13 beendet. Die Erzeugung der Zahnlücken 18 an der Urafangs-Kupplungshälfte 13 geschieht nun, indem der Bettschlitten 37 im Einstechvorschub bis auf volle Zahntiefe fährt und die Messer 52; 54 eine Zahnlücke 18 ausschneiden. Danach fährt der? Bettschlitten 37 im Eilgang wieder aus der Zahi^SiÄt he^Jwir ubA die ymfangs-Kupplungshälf te 13 wird durch eine nicht dftrgeÄtellte Teileinrichtung üb feine Teilung gedreht, so daß die nächste Zahnlücke 18, wie vorher beschrieben, im Einstechverfahren erzeugt werden kann. Im Einzelteilverfahren werden dann alle Zähne 15 an der Umfangs-Kupplungshälfte 13 im Einstechverfahren hergestellt.

Ohne das Prinzip der Erfindung, bzw. den Erfindungsgegenstand zu verlassen, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit hin- und herbewegliohen Hobelstählen durchgeführt werden.

Da jedoch die Schneidkanten der hin- und hergehenden Hobelstähle sich auf einer Geraden im Schnittriohtungs-

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bzw. Lückenwinkel bewegen, wird jedoch an den Zahnflanken weder eine Balligkeit in radialer, noch in axialer Richtung erzielt. PUr das Erzeugen einer balligen Verzahnung 1st eine zusätzliche Einrichtung erforderlich. Zu diesem Nachteil kommt noch hinzu, daß das Arbeiten mit hin- und herbeweglichen Hobelstählen nicht sehr wirtschaftlich ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können darüber hinaus die Zahnlücken der Stim-Umfangs-Kupplung auch im kontinuierlichen Teilverfahren eingestochen werden, wobei unter Nutzung der erfindungsgemäßen Prinzipien Messerköpfe Anwendung finden, bej. denen die Messer in Spiralen, in einer Ebene, auf dem Messerkopf angeordnet sind.

Der erhebliche Nachteil bei Benutzung des kontinuierlichen Teilverfahrene besteht jedoch darin, daß einige wesentliche Korrekturen vorgenommen werden müssen, die mit den Bewegungsverhältnissen zwischen Werkzeug und Werkstück abzustimmen sind.

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Claims (12)

1. 2Q522U

   Pat ent ansprUohe

   Verzahnung mit geraden Zahnflanken für eine Stirn-Umfangs-Kupplung, bei der die eine Kupplungshälfte an der Stirnseite verzahnt ist, während die andere Kupplungehälfte« die in der stirnverzahnten Kupplungshälfte aufge- nommen wird» mit einer am Umfang angebrachten Verzahnung ™ versehen ist» welche in die Stirnverzahnung der erstgenannten Kupplungshälfte eingreift« dadurch gekennzei ο h η e t , daJ die Zahnflanken (17; 20 und 21; 22) in radialer und in axialer Richtung zur Kupplungsaohse (x_Q) einen gleioh großen Verjüngungswinkel (λ.¹; λ-¹¹) aufweisen.
2. 2. Verzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß der Verjüngungswinkel ( λ. ') duroh zwei Verlängerungen (16; 19) der Zahnflanken"(17; 20) gebildet wird« die sioh in der Teilebene (24) in der Kupplungsaohse (x_Q) sohnelden« und im Selbsthemmungsbereioh liegt.
3. 3· Verfahren zur Herstellung der Verzahnung naoh Anspruoh 1« dadurch gekennzeichnet« daß für das Verzahnen der Stirn-Kupplungehälfte (12) diese auf der Maschine so eingeschwenkt wird, daJ die VerkstUokaohse (32) vorzugsweise mit der Wiegenaohse (33) zusammenfällt« während bei der Herstellung der Zähne (14; 15) an der Umfangs-Kupplungshälfte (13) auf der gleiohen Maeοnine mit den gleiohen Werkzeugen gearbeitet wird« wobei die Werkzeugeineteilung beibehalten und die WerkstUokaohse (35) der Umfang·-Kupplungshälfte (13) gegenüber der Werkstüok-

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   aohse (32) der Stirn-Kupplungshälfte (12) bzw. der Wiegenaohse (33) in horizontaler Ebene um 90° geschwenkt wird, so daß die Teilebene (24) der Umfangs-Kupplungshälfte (13) gegenüber der Werkstüokaohse (32) der Stirn-Kupplungshälfte (12) bzw. der Wiegenachse (33) versetzt 1st und parallel zu ihr verläuft,
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3« dadurch gekennzeichnet« daß die für das Verzahnen der Umfangs-Kupplungshälfte (13) erforderliohe Stellung durch Schwenken des auf die Kupplung bezogenen Koordinatensystems (x_Q y_Q z_Q) um eine Sohwenkaohse (31)* die duroh die Schnittpunkte (P₁; Pp) des Teilkreises (T) der Verzahnung mit den Zahnflanken (21; 22) der Zahnlücke (23) gegeben ist, um einen Winkel von 90° erfolgt·
5. 5. Verfahren nach Anspruoh 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenken des Koordinatensystems (x y ζ ) um die Sohwenkaohse (31) tür das Verzahnen der Umfangskupplungshälfte (13), durch Schwenken des Drehteiles (39) der Maschine um die J-Mitte um 90° und duroh eine Translationsbewegung in Richtung der Hasohinenlängsaohse (44), duroh Verschieben des Bettsohlittens (37) und eine weitere Translationsbewegung in Riohtung der Werkstüokachse (35), duroh Verschieben des WerkstUokständers (40) erzeugt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruoh 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Verzahnen der beiden Kupplungshälften (12; 13) mit kammartig ineinandergreifenden Stirnmesserkopfen (42; 43) vorgenommen wird« bei denen der einzustellende Sohnittriohtungawinkel { S ) für beide Sohneidkanten (51; 55) der Messer (52J 54),duroh die die linke und die reohte

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   Planke (17; 20) der Zahnlücke (18) erzeugt wird, die gleiche Größe besitzt, wie der durch die Schneidkante (51) und eine Senkrechte (6o) gebildete Profilwinkel (GC) der Messer (52;
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit kammartig ineinandergreifenden Stirnmesserköpfen (42;

   43) gearbeitet wird, bei denen der Neigungswinkel ( £,) f

   der Werkzeugspindeln (46; 49) größer ist, als der Profilwinkel (Ot) der kammartig ineinandergreifenden Messer (52; 54) der beiden Stirnmesserköpfe (42; 43), so daß sich die Schneidkanten (5I; 55) der Messer (52; 54), durch die die Flanken (17; 20 und 21; 22) der Zahnlücken (18; 23) erzeugt werden, auf einem Hohlkegel (56) bewegen und dadurch die Zahnflanken (21; 22) der Stirn-Kupplungshälfte (12) in radialer und die Zahnflanken (17; 20) der Umfangs-Kupplungshälfte (13) in axialer Richtung eine Balligkeit erhalten.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß m beim Verzahnen der Kupplungshälften (12; 13) mit einem Profilwinkel (Oi) der kammartig ineinandergreifenden Stirnraesserköpfe (42; 43) gearbeitet wird, dessen Verlängerungen (16; 19) der Zahnflanken (17; 20) in der Teilebene (24) durch die Kupplungsaohse (x) verlaufen.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, _Q daß sich der Profilwinkel (OC) aus einer Beziehung DC = bestimmen läßt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 6, 8 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß beim Arbeiten der Messer (52; 54) der Stirn-

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    messerköpfe (42; 4?) mit dem ermittelten Profilwinkel (Ot) eine Zahnlücke (18) entsteht, deren Verjüngungswinkel ( λ.) in radialer und axialer Richtung die gleiche Größe besitzt.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) der verschobenen, parallelen Lage der Teilebene (24) für das Verzahnen der Umfangs-Kupplungshälfte (15) gegenüber der Wiegenachse (33) von der eingestellten Exzentrizität (e), die dem Halbmesser (dOp) des Teilkreises (T) entspricht, abhängig ist und sich aus der Beziehung

    a = e . cos OC = · cos OC

    ermitteln läßt.
12. 12. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten (51; 55) der kammartig ineinandergreifenden Messer (52; 54) der Stirnmesserköpfe (42; 43) mit einer Senkrechten (6o) einen Profilwinkel (Od) einschließen, der im Selbsthemmungsbereich der hergestellten Verzahnung liegt und um den Balligkeitswinkel ( V) kleiner als der Neigungswinkel (£) der Werkzeugspindeln (46; 49) ist.

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