DE2223507A1

DE2223507A1 - Verfahren und verzahnungsmaschine zum exakten verzahnen von elliptischen raedern

Info

Publication number: DE2223507A1
Application number: DE19722223507
Authority: DE
Inventors: Dieter Schwenke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-13
Filing date: 1972-05-13
Publication date: 1973-11-22
Also published as: US3874267A; GB1429551A; JPS49132694A; FR2184675A1

Description

Dieter Schwenke Bergedorf, den 28. März 1972

Dünenweg 27

Verfahren und Verzahnungsmasohine zum exakten Verzahnen von elliptischen Rädern

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Verzahnen von elliptischen Rädern, deren "Form festgelegt ist durch die länge ihrer großen Ellipsenaohse (o) und durch ihre numerische Exzentrizität ( S ), wobei ein Verzahnungswerkzeug ausschließlich zum Ausführen von Sohnittbewegungen angetrieben wird, während das elliptische Rad zum Ausführen einer Drehbewegung angetrieben und seine Position gegenüber dem Verzahnungswerkzeug verändert wird.

Die Erfindung betrifft außerdem eine ,Verzahnungsmasobine zum Verzahnen VDn elliptischen Rädern, deren Form festgelegt ist durch die Länge ihrer großen Ellipsenachse (o) und durch ihre numerische Exzentrizität (£), wobei einem Verzahnungswerkzeug der Verzahnungsmaschine ausschließlich Antriebe zum Ausführen von Schnittbewegungen zugeordnet sind, während einer Werkstückaufnahme Antriebsmittel zum Drehen der Werkstückaufnahme und zum Verändern der Position der Werkstüokaufnahme gegenüber dem Verzahnungswerkzeug zugeordnet sind.

Mit elliptischen Zahnrädern lassen sich ungleichförmig übersetzende Getriebe (z.B. für Verpackungs- und Textilmaschinen, progressive Lenkgetriebe u.a.) relativ einfach erzeugen. Trotzdem werden elliptische Zahnräder relativ selten verwendet, weil ihre Herstellung bislang einen unverhältnismäßig hohen Aufwand erforderte, und ihre Qualität hinsichtlich der Genauigkeit und der Abwälzeigensohaften mit normalen Zahnrädern nicht vergleichbar war. Elliptische Zahnräder hat man bislang überwiegend im Abwälzfräsverfahren hergestellt. So-ist z.B. eine Verzahnungsmaschine bekannt, bei der anstelle des übliohen

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kreisförmigen Teilrades ein elliptisches Teilrad verwendet wird. Die Form und die Zähnezahl eines solchen Teilrades richten sich jeweils nach der Form und Zähnezalil des herzustellenden elliptischen Zahnrades. Das elliptische Teilrad muß im Einzelteilverfahren hergestellt werden, d.h. überwiegend durch Handarbeit. Eine Schnecke, die das elliptische Teilrad antreibt, ist radial verschiebbar zum Teilrad gelagert, damit sie mit dem Teilrad in Eingriff bleibt und dieses zum Erzeugen einer ungleichförmigen Drehbewegung drehen kann. Dieses radiale Verschieben der Schnecke gegenüber ihrem Schneckenrad führt aber erfahrungsgemäß zu Eingriffsfehlern, die sich dann in Form von Ungenauigkeiten am erzeugen Werkstück auswirken. Die Veränderung des Abstandes zwischen Verzahnungswerkzeug und Werkstückmitte wird durch Bewegen einer entsprechenden Kopiersoheibe erreicht. Hierbei wird der Schlitten, der das Verzahnungswerkzeug trägt, hydraulisch oder durch Federkraft gegen die Kopierscheibe gedrückt. Diese Art der Herstellung elliptischer Zahnräder ist, zumal für geringe Stückzahlen, enorm teuer, weil für jede Ellipsenform ein elliptisches Teilrad und eine entsprechende Kopierscheibe hergestellt werden muß. Eine andere Verzahnungsmaschine arbeitet mit einem kreisförmigen Teilrad, dessen Antrieb mittels einer in ihrer Achsrichtung beweglichen Schnecke erfolgt und dessen Drehgeschwindigkeit durch axiales Verschieben der Antriebssohnecke mittels einer Steuerkurve verändert wird. Die Veränderung des Abstandes zwisohen Verzahnungswerkzeug und Werkstückmitte erfolgt hierbei durch Steuern des Verzahnungswerkzeuges über einen einstellbaren Exzenter und durch Verändern der Drehgeschwindigkeit dieses Exzenters über eine Steuerkurve. Auch diese Herstellungsart von elliptischen Rädern ist sehr teuer, weil für jede Ellipsenform entsprechende Steuerkurven angefertigt werden müssen. Eine Maschine der letztgenannten Art ist in der deutschen Patentschrift 1.013.494 gezeigt. - 3 -

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Bei genauer Betrachtung-dieser geschilderten Arbeitsverfahren' zum Herstellen elliptischer Räder muß man zu dem Resultat kommen, daß auf diese Art eine genaue Verzahnung nicht möglich ist. Pur eine genaue Verzahnung ist es erforderlich, daß im jeweiligen Verzahnungspunkt die Teilellipse des elliptischen Rades tangential zur Teillinie des Verzahnuugswerkzeuges steht. Beim Umlauf eines elliptischen Rades verändert jedoch die Tangente am Verzahnungspunkt ständig ihre Lage. Eine brauchbare Verzahnung mit noch erträglichen- Ungenauigkeiten läßt sich nach dem oben beschriebenen Arbeitsverfahren nur an ell&tischen Rädern mit sehr kleiner numerischer Exzentrizität erzielen.

In der deutschen Patentschrift 573.161 ist ein Getriebe für eine Verzahnungsmaschine zum. angenähert korrekten Verzahnen von elliptischen Rädern offenbart, wobei von der durchaus richtigen Voraussetzung ausgegangen wurde, daß der Präserteilmantel stets tangential im Berührungspunkt zur Teilellipse des Werkstückes stehen muß und daß die Winkelgeschwindigkeit des Werkstückes derart gesteuert werden muß, daß sich der Abwälzfräser relativ zu seiner Axialdrehung gleichförmig auf dem Umfang der Teilellipse fortbewegt. Dies wird versucht dadurch zu realisieren, daß das Werkstück mit wechselnder Drehwinkelgeschwindigkeit angetrieben wird, der Abwälzfräser auf einer Kreisbahn mit einem der kleinen Achse der Ellipse entsprechenden Durchmesser geführt wird und der Abwälzfräser zusätzlich zur tangentialen Anlage an das Werkstück hin- und hergeschwenkt wird. Wie in dieser Patentschrift aber ausdrücklich gesagt wird, wird eine gleichförmige Portbewegung des Abwälzfräsers relativ zu seiner Axialdrehung auf dem Umfang der Teilellipse nur annähernd erzielt. Eine exakte Verzahnung von elliptischen Rädern, wie sie heute im Getriebebau verlangt wird, ist also auch mit dieser Verzahnungsmasohine

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nicht zu realisieren. Eine Realisierung einer derartigen Verzahnungsmaschine dürfte infolge der sich überlagernden doppelten Führung des Abwälzfräsers nicht unproblematisch sein, weil hierbei von der im Werkzeugmaschinenbau übliohen Bauart, nämlich den Abwälzfräser lediglich Schnittbewegungen ausführen zu lassen und das Werkstück zu steuern, abgewichen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elliptische Räder mit der gleichen Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit wie runde Räder zu verzahnen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß das elliptische Rad derart mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, und daß die Position des elliptischen Rades gegenüber dem Verzahnungswerkzeug synchron zur Drehbewegung des elliptischen Rades in Richtung der Koordinatenachsen eines zweidimensionalen Koordinatensystems derart verändert wird, daß eine Teilellipse des elliptischen Rades am Berührungspunkt mit einer Teillinie des Verzahnungswerkzeuges mit konstanter Geschwindigkeit umläuft und daß die Teilellipse des elliptischen Rades in diesem Berührungspunkt stets tangential zur Teillinie des Verzahnungswerkzeuges gehalten wird.

Aufgrund der oben genannten charakteristischen Größen eines elliptischen Rades, nämlich der Länge der großen Ellipsen· achse (c) und der numerischen Exzentrizität (£), lassen sich die mathematischen Gesetzmäßigkeiten für die Drehbewegung und die Positionsänderung des elliptischen Rades während des Verzahnungsvorganges festlegen. Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird daher eine Antriebsdrehbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ( a»_v ) in eine Drehbewegung mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit ( Ma) zum Drehen des elliptischen Rades

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in Abhängigkeit von dessen numerischer Exzentrizität (S) nach der Punktion ' ■ · '

umgewandelt und die Position des elliptischen Rades entlang einer senkrecht zur Teillinie des Verzahnungswerkzeuges liegenden ersten Koordinatenachse (y) und entlang einer zweiten, parallel zur Teillinie des Verzahnungswerkzeuges liegenden Koordinatenachse (x) in Abhängigkeit von der numerischen Exzentrizität (£) und der länge der großen Ellipsenachse (c) sowie der Winkelgeschwindigkeit ( Μ>χ ) · der Antriebsdrehbewegung verändert, wobei die Positionsänderung in Richtung der ersten Koordinatenachse (y) nach der !Funktion .

und die Positionsänderung in-Richtung der zweiten Koordinatenachse (x) nach der Punktion

Zr₁ sin (Zfi) Ii" *ax (zß)]

•erfolgt. Eine andere Möglichkeit, die oben beschriebene Drehbewegung'und Positionsänderung des elliptischen Rades zu realisieren, wird gemäß einer Variante der Erfindung dadurch erreicht, daß durch mechanische Umwandlung einer Antriebsdrehbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ( iß^ ) in eine Drehbewegung mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit ( &>tj> ) und durch mechanische Umwandlung dieser Drehbewegung in geradlinie Bewegungen das elliptische Rad gedreht und die Position, des elliptischen Rades . gegenüber dem Werkzeug verändert wird. Eine Möglichkeit,· die vorbeschriebene Drehbewegung und die Positionsändarung

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des elliptischen Hades zu realisieren, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Drehbewegung mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit ( U)A ) und die Veränderung der Position des elliptischen Rades in Richtung der ersten Koordinatenachse (y) und in Richtung der zweiten Koordinatenachse (x) durch Vorgeben von Sollwerten in numerischer Form hervorgerufen werden. Gemäß eineB weiteren Merkmales der Erfindung werden die Sollwerte von einem als Getriebe ausgebildeten Rechner vorgegeben.

Die eingangs genannte Verzahnungsmaschine zum Ausüben des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel die Werkstückaufnahme mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit derart drehend und die Position der Werkstückaufnahme in Richtung einer ersten Koordinatenachse (y) und in Richtung einer zweiten Koordinatenachse (x) eines zweidimensionalen Koordinatensystems derart verändernd ausgebildet sind, daß eine Teilellipse des elliptischen Rades am Berührungspunkt mit einer Teillinie des Verzahnungswerkzeuges mit konstanter Geschwindigkeit umläuft und daß die Teilellipse'des elliptischen Rades in diesem Berührungspunkt stets tangential zur Qleillinie des Verzahnungswerkzeuges gehalten wird. In einer weiteren, die mathematischen Gesetzmäßigkeiten für die exakte Verzahnung zum Ausdruck bringenden Weiterbildung der Erfindung ist ein erstes Antriebsmittel zum Drehen der Werkstückaufnahme derart ausgebildet, daß eine von einem Maschinenantrieb abnehmbare Drehbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ( W(X, ) in eine Drehbewegung mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit (Mf ) in Abhängigkeit von der numerischen Exzentrizität ( £ ) des elliptischen Rades nach der Punktion

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änderbar ist und sind ein zweites und drittes Antriebsmittel zum Verändern der Position der Werkstückaufnahme gegenüber dem Verzahnungswerkzeug in Richtung der ersten, senkrecht zur Teillinie des VerzahnungsWerkzeuges liegenden Koordinatenachse (y) bzw. in Richtung der zweiten, parallel zur Teillinie des Verzahnungswerkzeuges liegenden Koordinatenachse (x) in Abhängigkeit von der numerischen Exzentrizität ( £ ) und der großen Ellipsenachse (c) sowie der Winkelgeschwindigkeit ( (Vß ) des Maschinenantriebes derart ausgebildet, daß die Position der Werkstückaufnahme gegenüber dem Verzahnungswerkzeug nach den Funktionen

Zr₁ än(Zfi)[i-

veränderbar ist. Zum Verändern der Position der Werkstückaufnahme in Richtung der beiden Koordinatenachsen (y; x) ist in Weiterausgestaltung der Erfindung die Werkstückaufnahme in einem ersten Schlitten gelagert, der auf einem zweiten Schlitten in Richtung der zweiten Koordinatenachse (x) verschiebbar geführt und ist der zweite Schlitten auf einem Maschinenbett in Richtung der ersten Koordinatenachse (y) schiebbar geführt. Nach einer Ausführungsart der Verzahnungsmaschine sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Antriebsmittel Stellglieder von Steueranordnungen, denen Sollwerte in numerischer Form zum Drehen

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der Werkstückaufnahme bzw. zum Verändern der Positionen der beiden Schlitten zuführbar sind. Hierzu sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Sollwerte von einem Programmträger zuführbar. Zum Ermitteln der Sollwerte und zum Speichern dieser Sollwerte auf dem Programmträger ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein mechanischer Rechner mit einem Datenausgabegerät für den Programmträger verbunden. In einer anderen Ausführungsart ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Werkstückaufnahme ein mechanisches Zwangsgetriebe zugeordnet, das vom Maschinenantrieb antreibbar ist und aus mehreren kinematisch fest miteinander verbündten Teilgetrieben besteht, die als Antriebsmittel zum Drehen der Werkstückaufnahme bzw. zum Steuern des ersten und zweiten Schlittens ausgebildet sind. Ein erstes Teilgetriebe zum Drehen der Werkstüokaufnahme mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit ( &φ ) ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ein im ersten Schlitten gelagertes, stufenlos verstellbares Getriebe, dessen Ausgangswelle mit der Werkstückauf nähme kinematisch verbunden ist. Ein zweites Teilgetriebe zum Verändern der Position der Werkstückaufnahme entlang der ersten Koordinatenachse (y) ist in weiterer Ausbildung der Erfindung ein Exzentertrieb, der in dem ersten Schlitten gelagert und mit einem Exzenter in einer Führung des Masohinenbettes abgestützt ist. Ein drittes Teilgetriebe zum Verändern der Position der Werkstückaufnahme entlang der zweiten Koordinatenachse ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein im ersten Schlitten gelagertes Planetengetriebe mit feststehendem Sonnenrad, dessen Planetenrad einen Exzenter darstellt, der wiederum einen Exzenter trägt, der in einer !Führung des zweiten Schlittens abgestützt ist. Zum Steuern des stufenlos verstellbaren Getriebes ist «in weiterer Ausgestaltung der

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Erfindung ein Exzentertrieb von einer Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes antreibbar, wobei der Exzentertrieb mit einem Stellmittel für das stufenlos verstellbare Getriebe verbunden ist.

Durch das Verändern der Position der Werkstückaufnahme gegenüber dem Verzahnungswerkzeug verändert sich auch die Geschwindigkeit, mit der die- Teilellipse des elliptischen Rades am Verzahnungswerkzeug vorbeigeführt wird, weil durch das Umlaufrädergetriebe die Umfangsgeschwindigkeit der Teilellipse lediglich unter Berücksichtigung der Form der Ellipse im Verzahnungspunkt konstant gehalten wird. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist daher der Werkstückaufnahme ein Ausgleichsgetrie-be zugeordnet zum Steuern der Drehbewegung der Werkstückaufnahme in Abhängigkeit von dessen Positionsänderungen im Verzahnungswerkzeug.

um Ellipsenräder mit unterschiedlich langer großer Ellipsenachse (c) und mit unterschiedlicher numerischer Exzentrizität (S ) verzahnen zu können, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die Exzentrizitäten der Exzenter der Teilgetriebe veränderbar und der Abstand der Führung für den Exzenter des zweiten Teilgetriebes zum Verzahnungswerkzeug einstellbar sind.

Zum Ermitteln der Sollwerte für eine numerisch gesteuerte Verzahnungsmaschine mittels des mechanischen Rechners besteht dieser aus einem dem mechanischen Zwangsgetriebe der Verzahnungsmaschine entsprechenden Zwangsgetriebe mit Meßwertaufnehmem, die mit dem Datenausgabegerät verbunden sind.

Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht nur für Verzahnungsmaschinen, die nach dem Abwälzverfahren arbeiten, sondern auch für Verzahnungs-

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maschinen, die nach dem Stoßverfahren Verzahnungen herstellen, geeignet ist. Im letzteren Pail ist, um zu einheitlichen Begriffen zu gelangen, die "Teillinie" des Verzahnungswerkzeuges als gedachte, dem Teilkreis des Stoßrades zugeordnete Tangente durch den Berührungspunkt zwischen Teilellipse des elliptischen Rades und Teilkreis des Stoßrades zu verstehen.

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Die Erfindung wird anhand der Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1a bis 1e Zeichnungen für d'ie Erläuterung der

mathematischen Zusammenhänge, die der Erfindung zugrundeliegen,

Figur 2 ein schematisches Übersichtsbild einer

Terzahnungsmaschine,

Figur 3 eine Draufsicht der Terzahnungsmaschine

. der Figur 2,

Figur 4 eine Draufsicht einer Tariante der

Erfindung,

Figur 5 einen Schnitt nach Linie T-T des Aus

führungsbeispieles gemäß Figur 4,

Figur 6 einen mechanischen Rechner zum Ausgeben

von Sollwerten in numerischer Form.

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Anhand der Figuren 1a bis 1e werden vorab die der Erfindung zugrundeliegenden mathematischen Gesetzmäßigkeiten zum exakten Terzahnen elliptischer Räder dargelegt.

Zur wirtschaftlichen Erzeugung von Zahnrädern mit elliptischer .Teillinie mit der heute geforderten Genauigkeit ist es erforderlioh, daß

1. die Teilellipse ständig tangential im Verzahnungspunkt (P) am Verzahnungswerkzeug anliegt,

2. der einmal festgelegte Verzahnungspunkt (P) für den gesamten Verzahnungsvorgang, genau wie bei der Herstellung von Zahnrädern

mit kreisförmiger Teillinie, unveränderlich ist,

3. die Teilellipse den Verzahnungspunkt (P) mit konstanter Geschwindigkeit durchläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unter 1. bis 3. gestellten !Forderungen mathematisch exakt zu erfüllen und gleichzeitig wirtschaftlich realisierbare Lösungen darzustellen, welche auf der mathematisch exakten Lösung beruhen.

Die mathematische Lösung zu den Forderungen 1 und 2 ergibt sich aus folgender Überlegung (siehe Figur 1a):

Der Fräspunkt (P) wird zum Koordinaten-Nullpunkt gemacht und der Mittelpunkt (M) des zu verzahnenden Ellipsenrades wird so in x- und y-Richtung in Abhängigkeit der Drehung des Ellipsenrades um den Winkel ( β ) zum Fräspunkt (P) versohoben, daß die Teilellipse ständig tangential im Verzahnungspunkt (P) anliegt.

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Im folgenden werden die Gleichungen für die abhängigen Bewegungen aufgestellt, und es muß sein

x = f(/3_;£_/C) 1

y = f(ßj 6,c) 2

und hierin bedeuten

(ß) Drehwinkel der Teilellipse bezogen auf eine Parallele zu einer Koordinatenachse

(£ ) numerische Exzentrizität der Teilellipse (c) große Achse der Teilellipse

konstante Winkelgeschwindigkeit der Antriebsmaschine

periodisch veränderliche Winkelgeschwindigkeit des Mittelpunktstrahls (/?) einer Te'ilellipse bezogen auf die große Achse der Teilellipse·

Es ist nach Figur 1b

x² + y² * v² + w²

Wie aus Figur 1b zu entnehmen ist, stellt in vorstehender Gleichung (V) den Teil von (ß) dar, welcher die Teilellipsenge sohwindigkeit im Koordinatennullpunkt (P) bestimmt,und (S ) stellt den Teil yon (A) dar, welcher die tangentitle Lage der Teilellipee an eine duroh den Koordinatennullpunkt gelegte Gerade bestimmt,,

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Bergedorf, den 23. März 1972

Aus einer in Figur 1c dargestellten Mittelpunktsbahn einer Teilellipse wurden die Gleichungen für die x-, y-Koordinaten ermittelt, und es ist

χ = 2T₁ sm (Zfi)[i~kcas(Zfi)3 7

y = CL-Zr₂SJn^ 8

Die in den vorstehenden Gleichungen enthaltenen !Faktoren ( ^rijfyj k ) sind nach Figur 1d, 1e aus den Gleichungen zu bestimmen

unter der Bedingung

τ ¹⁰

wobei zwisohen (^)*)}^/ ³^ ) ά*^θ Beziehungen bestehen

' -—'- 12

und mit der bekannten Beziehung von ( S₄/fy ) kann nun ge schrieben werden

und für (ι?) gilt

v» arcs)* sinn ; u

¹ U6⁶

in

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Bergedorf, den 28. März 1972

Die Bedingung zur Berechnung von (^) aus der Gleichung (13) lautet

Anhand der aus der Figur 1e zu ersehenden Zusammenhänge wird (k) bestimmt aus der Gleichung

und hierin sind (P₁ / β j ^" ) aus folgenden Gleichungen zu errechnen, wozu es nötig ist ( W_mar ) und den dazugehörenden Wert (y^f) zu ermitteln..

mit*

arcian 19

Für ( X₁ ) gilt

[i/FF] 20

Aus den vorstehenden Gleichungen wurden die Werte für ( Γή i ^i j k ) ermittelt, diese in die Gleichungen (x, y) eingesetzt und mit den x-, y-Werten (¹YjS ) berechnet. Die mit einem Rechner ermittelten Werte (β,-Ψ',ό ) zeigen, daß mit den Formeln 7, 8 die Forderungen 1, 2 exakt erfüllt

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sind. Die Werte (¹PiS; /3 ) sind in Figur 1f über ( Z,ß ) aufgetragen.

Die mathematische Lösung zu Forderung 3 ergibt sich nach Figur 1g aus der Bedingung

^u * y' ^ψ ** tonst 21

woraus für die beiden Achsen (a, b) der leilellipse die Gleichung entsteht

d'l^'UJu* D'll 'IUrJ OO

■'} ^^ CL flT ^^ ο DC

wird nun gesetzt

i -1 24

ergibt sich für die Grenzlagen

hl 1

Ί-ε>ν« 25

und für alle Punkte der Teilellipse ist die Forderung erfüllt, wenn gesetzt wird

denn nun ergibt sich

1-£* 'tetf ^e konsi- 27

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womit die 3. Forderung exakt erfüllt ist. Mit den Formeln (7, 8, 26) ist das Problem der konstanten Teilellipsengeschwindigkeit und der ständigen tangentiaIeη der l'eilellipse an eine durch einen einmal festgelegten Koordinatenpunkt gelegte Gerade gelöst, so daß die Herstellung elliptischer Zahnräder auf die Herstellung von Kreisrädern reduziert ist.

Die zur Steuerung einer numerischen Verzahnungsmaschine erforderlichen Werte (x, y, β ) als Funktion tip-fic) sind beispielsweise von einem in dieser Schrift beschriebenen Zwangsgetriebe direkt abgreifbar, so daß nun die allgemein geschriebenen Formeln 1, 2, 4 gelöst sind, ohne daß es erforderlich ist, sie durch eine elementare Funktion auszudrücken.

Figur 2 zeigt ein schematisches Übersichtsbild einer Verzahnungsmaschine zum Verzahnen von elliptischen Rädern nach dem Abwälzverfahren»

An einem Maschinenrahmen 1 ist in Führungen 2 und 3 ein Werkzeugschlitten 4 geführt, der in Richtung von Doppelpfeil 6 von einem Antrieb in Form einer leitspindel 7 bewegbar ist. Der Werkzeugschlitten 4 trägt eine schwenkbare Werkzeugaufnahme 8, in der ein über einen Antrieb in Form eines Kegelradgetriebes 9 antreibbares, als Abwälzfräser 11 ausgebildetes Verzahnungswerkzeug aufgenommen ist. Eine Werkstückaufnahme 12 zum Aufnehmen eines zu verzahnenden elliptischen Rades 13 ist in einem ersten Schlitten 14 gelagert, der in Führungen 16 und 17 auf einem zweiten Schlitten 18 in Richtung einer Koordinatenachse χ eines zweidimensionalen Koordinatensystems verschiebbar geführt ist, wobei der zweite Schlitten 18 wiederum in Führungen 19 und 21 auf einem Maschinenbett 22 in Richtung einer Koordinatenachse y verschiebbar-geführt ist.

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Figur 3 zeigt in einer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel für Antriebsmittel zum Drehen der Werkstückaufnahme und zum Verändern der Position der Werkstückaufnahme gegenüber dem Verzahnungswerkzeug. Am ersten Schlitten 14 ist ein erstes Antriebsmittel in Form eines als Schrittmotor 23 ausgebildeten Stellgliedes gelagert zum Drehen der Werkzeugaufnahme 12. Dem ersten Schlitten ist weiterhin ein drittes Antriebsmittel in Form eines als Schrittmotor 24 ausgebildeten Stellgliedes zugeordnet zum Verfahren des ersten Schlittens 14 auf dem zweiten Schlitten 18 in Richtung der Koordinatenachse χ und somit zum Verändern der Position der Werkstückaufnahme 12 gegenüber dem Abwälzfräser 11 in Richtung dieser Koordinatenachse x. Dem zweiten Schlitten 18 ist wiederum ein zweites Antriebsmittel in Form eines als Schrittmotor ausgebildeten Stellgliedes zugeordnet zum Verfahren des zweiten Schlittens 18 mit dem auf ihm geführten ersten Schlitten 14 und der an diesem gelagerten Werkstückaufnahme 12 in Richtung der Koordinatenachse y und somit zum Verändern der Position der Werkstückaufnahme 12 gegenüber dem Abwälzfräser 11 in Richtung dieser Koordinatenachse y. Der Schrittmotor 24 ist am Schlitten 18 befestigt und weist ein Ritzel 27 auf, das mit einer am Schlitten 14 befestigten Zahnstange 28 in Eingriff steht. Der Schrittmotor ist am Maschinenbett 22 befestigt und weist ein Ritzel 29 auf, das mit einer am Schlitten 18 befestigten Zahnstange 31 in Eingriff steht. Die Schrittmotoren 24, 24 und 26 sind Stellglieder in Steueranordnungen 32 bzw. 33 bzw. 34 > die außerdem Vergleichsglieder 36 bzw. 37 bzw. 38 (beispielsweise in Form von Zählern) aufweisen. Mittels derartiger , im Werkzeugmaschinenbau üblicher numerisch gesteuerter Antriebe sind Dreh- und Verschiebeschritte im Mikrobereich möglich. Ein Maschinenantrieb in Form eines mit konstanter Winkelgeschwindigkeit laufenden Elektro-

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Dieter Schwenke, 205 Hamburg 80, Dünenweg 27 Bergedorf, den 28. März 1972

motors 39 ist über eine Welle 41, ein Kegelradgetriebe 42 und eine Welle 43 mit dem dem Abwälzfräser 11·zugeordneten Kegelradgetriebe 9 kinematisch verbunden. Ein Programmleser 47 zum lesen eines Programmträgers in Form eines Lochstreifens 48 ist mit einem Winkelgeber 44 verbunden, der von dem Elektromotor 39 antreibbar ist. Ausgangs- ' se itig ist der Programmleser 47 mit einem Speicher 49 verbunden, der wiederum mit dem Winkelgeber 44 in Verbindung steht. An den Speicher 49 siad die Vergleichsglieder 36, und 38 der Steueranordnungen 32 bzw. 33 bzw. 34 angeschlossen. ·

Wirkungsweise der Verzahnungsmaschine gemäß Figuren 2 und 3: .

Der Lochstreifen 48 ist nach den in Zusammenhang mit der Figur 1 entwickelten mathematischen Gesetzmäßigkeiten zum Steuern der Schrittmotoren 23, 24 und 26 programmiert worden. Von dem Elektromotor 39 wird der Abwälzfräser 11 zum Ausführen von Schnittbewegungen angetrieben, wobei mit dem Abwälzfräser 11 auch die Leitspindel 7 zum Bewegen des Werkzeugschlittens 4 im Sinne einer Vorschubbewegung angetrieben wird. Der Winkelgeber 44 gibt an den Programmleser 47 den zurückgelegten Drehwinkeln der von dem Elektromotor 39 gedrehten Welle 41 entsprechende Signale ab. In Abhängigkeit von diesen Signalen wird der Lochstreifen 48 durch den Programmleser 47 bewegt, der entsprechende Ausgangssignale an den Speicher 49 abgibt. Der Speicher 49 gibt - veranlaßt durch die Signale des Winkelgebers 44 allerdings um einen Winkelschritt gegenüber den Ausgangssignalen des Programmlesers 37 verzögert, diese Signale als Sollwerte in Form numerischer Signale an die Vergleichsglieder 36, 37 und 38 der Steueranordnungen 32 bzw. 33 bzw. 34, wodurch die Schrittmotoren 23 bzw. 24 bzw. 26 entsprechend der jeweiligen Regelabweichung derart gesteuert werden, daß das von der Werkstückaufnahme 12 getragene, zu

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verzahnende elliptische Rad entsprechend seiner numerischen Exzentrizität mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, der Schlitten 14 in Richtung der Koordinatenachse χ mittels des Ritzels 27 und der Zahnstange 28 entsprechend der länge der großen Ellipsenachse des elliptischen Rades 13 und seiner numerischen Exzentrizität hin- und hergefahren wird und der Schlitten 18 mittels des Ritzels 29 und der Zahnstange 31 ebenfalls entsprechend der Länge der großen Ellipsenachse des elliptischen Rades 13 und seiner numerischen Exzentrizität in Richtung der Koordinatenachse y hin- und hergefahren wird. Aufgrund der Möglichkeit,den Rechner 46 mittels der gefundenen mathematischen Gesetzmäßigkeit für die Bahn, die der Ellipsenmittelpunkt beim Verzahnen durchlaufen muß, programmieren zu können, durchläuft die Teilellipse des elliptischen Rades 13 den Berührungspunkt mit der Teillinie des Abwälzfräsers 11 mit konstanter Geschwindigkeit und wird die Position des elliptischen Rades synchron hierzu derart verändert, daß die Teilellipse des elliptischen Rades 13 in dem Berührungspunkt stets tangential zur Teillinie des Verzahnungswerkzeuges gehalten wird. Somit ist es möglich, dieses elliptische Rad 13 mit der gleichen Genauigkeit und Qualität wie ein rundes Zahnrad zu verzahnen,

Die Figuren 4 und 5 zeigen in einer Variante der Erfindung ein mechanisches Zwangsgetriebe zum Drehen der Werkstückaufnahme und zum Verändern der Position der beiden Schlitten, wobei Figur 4 eine Draufsicht auf die beiden Schlitten und das schematisch gezeichnete Zwangsgetriebe und Figur 5 (bestehend aus den Teilfiguren 5a und 5b) in einem Schnitt nach linie V-V in Figur 4 Einzelheiten dieses Zwangsgetriebes zeigen. Teile, die mit denen der Figuren 2 und 3 übereinstimmen, sind mit densäLben Bezugs zeichen, vermehrt um 100, bezeichnet und nicht erneut erläutert.

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Im ersten Schlitten 114 ist die Werkstückaufnahme 112, die das zu verzahnende elliptische Rad 113 trägt, gelagert. Das mechanische Zwangsgetriebe 151 ist in einem am ersten Schlitten 114 befestigten Getriebegehäuse 152 gelagert und besteht aus einem ersten Antriebsmittel in Form eines als stufenlos verstellbares Getriebe 153 ausgebildeten ersten Teilgeifcriebes zum Drehen der Werkstückaufnahme 112, einem zweiten Antriebsmittel in Form eines als Exzentertrieb 154 ausgebildeten zweiten Teilgetriebes zum Bewegen des zweiten Schlittens 118 mit dem ersten Schlitten 114 und einem dritten Antriebsmittel in Form eines als Planetengetriebe 156 ausgebildeten dritten Teilgetriebes zum Bewegen des ersten Schlittens 114 auf dem zweiten Schlitten 118 sowie einem der Werkstückaufnahme 112 zugeordneten Ausgleichsgetriebe 155 zum Steuern der Drehbewegung der Werkstückaufnahme 112 in Abhängigkeit von dessen Positionsänderungen zum Verzahnungswerkzeug 111 sowie einem Exzentertrieb 160 für ein dem verstellbaren Getriebe 153 zugeordnetes Stellmittel 165.

Das stufenlos verstellbare Getriebe 153 ist ein an sich bekanntes Kladek-Getriebe. Auf einer treibenden Welle sitzt ein mit einer Spezialverzahnung versehenes Kegelrad ' 201. Ein gleiches Kegelrad 202 ist im Getriebegehäuse gelagert, das über Hilfskegelräder 203 und 204 mit gleicher Drehzahl wie Kegelrad 201 angetrieben wird und so angeordnet ist, daß je ein Zahn des Kegelrades 201 mit einer Zahnlücke des Kegelrades 202 zusammenfällt. Auf einer Welle 182 ist ein genau gleiches Kegelradsystem, bestehend aus zwei getriebenen Kegelrädern 206 und 207 sowie zwei Hilfskegelrädern 208 und 209, angeordnet. Zwischen den differentialartig angeordneten spezialverzahnten Kegelrädern 201 und 202 einerseits und 206 und 207 andererseits ist ein radial verschiebbares Zwischenrad 211 angebracht. Dieses Zwischenrad 211 ist geteilt und trägt an seinem Umfang verteilt eine Vielzahl von Stahllamellen, die

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beidseitig inaxialer Stirnrichtung den Kegelrädern 201, 202, 206 und 207 zugewandt eine Art plastischer Verzahnung MLden. Das Zwischenrad 211 wird über eine Zahnstange 212 und ein Ritzel 213 von dem Stellmittel 165, bestehend aus einem Ritzel 214 und einer Zahnstange 216, verschoben.

Die Welle 182 ist über das Ausgleichsgetriebe 155 mit einem Zahnrad 164 verbunden, welches wiederum drehfest mit der Werkstückaufnahme 112 verbunden ist. Das Zahnrad 164 kämmt mit einem Zahnrad 166, das auf einer im ersten Schlitten 114 und am Getriebegehäuse 152 gelagerten Welle 167 befestigt ist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Zahnrad 164 und dem Zahnrad 166 beträgt 1:1. Die Welle 267 trägt ein Zahnrad 217, welches mit einem im ersten Schlitten 114 gelagerten Zahnrad 218 des Exzentertriebes 160 im Verhältnis 1 : 1 kämmt. Das Zahnrad 218 trägt mit einer Exzentrizität Z1 zu seiner Mittelachse einen Exzenter 219, der in einer Führung 221 der Zahnstange 216 des Stellmittels 165 läuft, Die Welle 167 trägt außerdem eine Exzenterscheibe 168 des Exzentertriebes 154» die mit einer Exzentrizität Z2 zu ihrer Mittelachse einen Exzenter 169 trägt, wobei letzterer in einer Führung 171 des Maschinenbettes 122 abgestützt ist. Die Führung 171 ist mittels einer im Maschinenbett 122 geführten Spindel 172 in Richtung der Koordinatenachse y zur Grunde instellung der Schlitten 114 und 118 zum Abwälzfräser 111 verstellbar. Das Zahnrad 164 des Umlaufrädergetriebes 153 kämmt weiterhin mit einem Zahnrad 173, wobei das Übersetzungsverhältnis dieser beiden Zahnräder wiederum 2:1 beträgt. Das Zahnrad 173 ist mit einem Planetenträger 174 verbunden und auf einer am ersten Schlitten 114 befestigten Achse 176 gelagert. Die Achse 176 trägt ein Sonnenrad 177, an dem ein im Planetenträger 174 gelagertes Planetenrad 178 abrollen kann. Der Planetenträger 174 mit dem Planetenrad 178 stellt einen Exzentertrieb dar, wobei der Exzenter von dem Planetenrad 178 gebildet wird, das mit einer

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veränderbaren Exzentrizität Z3 zur Mittelachse des Planetenträgers gelagert ist. Das Planetenrad 178 trägt mit einer Exzentrizität Z4 zu seiner Mittelachse einen Exzenter 179, der in einer Führung 181 des zweiten Schlittens 118 geführt ist. In das oben genannte Ausgleichsgetriebe 155 ist die Welle 182 geführt, an der ein Kegelrad 183 befestigt ist, welches mit Kegelrädern 184 und 186 ein Differentialgetriebe bildet. Das Kegelrad 186 ist an einer Welle 187 des Zahnrades 164 und der Werkstückaufnahme 112 befestigt, die durch eine Hohlwelle 188 geführt ist, wobei letztere in einem Getriebegehäuse 189 gelagert ist. An der Hohlwelle 188 ist ein weiteres Kegelrad 191 befestigt, welches mit Kegelrädern 192 und 193 ein weiteres Differentialgetriebe bildet. Das Kegelrad 192 ist im Getriebegehäuse 189 gelagert und trägt das oben beschriebene Kegelrad 184. Das Kegelrad 193 ist verdrehfest angeordnet,und in ihm ist die Welle 182 gelagert. Das Getriebegehäuse 189 selbst ist in einer Aufnahme 194 schwenkbar geführt. Über einen drehfest mit der Hohlwelle 188 verbundenen, längenveränderlichen He,-bel 196 ist das Ausgleichsgetriebe 155 an eine ortsfeste, unter dem Verzahnungspunkt P angeordnete Achse 197 angelenkt. Die Welle 157 ist über ein Kegelradpaar 198 und eine längenveränderliche kardanische Welle 199 vom Elektromotor antreibbar, der in nicht dargestellter Weise wie bei der' Maschine der Figuren 2 und 3 auch für den Antrieb des Abwälzfräsers 111 dient. Zum Verzahnen von elliptischen Rädern mit beliebiger numerischer Exzentrizität und unterschiedlich langer großer Ellipsenachse sind die Exzentrizitäten Z1, Z2, Z3 und Z4 aufgrund der im Zusammenhang mit der Figur 1 entwickelten mathematischen Formeln wie folgt zu errechnen:

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wobei ro der Radius des Teilkreises des Zahnrades 218 und r1 und k aus den Formeln 13 und 16 zu ermitteln sind.

Demzufolge sind die Exzenter 219, 169 und 179 auf ihrem Zahnrad 218 bzw. ihrer Exzenterscheibe 168 bzw. ihrem Planetenrad 178 verstellbar angeordnet. Es ist aber andererseits auch möglich, die Exzenter 219, 169 und 179 zusammen mit ihrem Zahnrad 218 bzw. ihrer Exzenterscheibe 168 bzw. ihrem Planetenrad 178 auszutauachen.

Wirkungsweise des Zwangsgetriebes gemäß Figuren 4 und 5: Von dem Maschinenhauptantrieb 139 wird über die kardanische Welle 199 und das Kegelradpaar 198 die Welle 157 des Getriebes 153 und somit die Kegelräder 201, 203, 204 und 202 mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit angetrieben, Von den Kegelrädern 201 und 202 werden über das Zwischenrad 211 die Kegelräder 206 imd 207 und somit auch die Kegelräder 208 und 209 angetrieben. Über das Ausgleichsgetriebe 155 wird das Zahnrad 164 angetrieben, welches über

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Zahnrad 166, Welle 167 und Zahnrad 217 den Exzentertrieb 160 treibt, dessen Exzenter 219 die Zahnstange 216 hin- und herbewegt. Yon der Zahnstange 216 wird über die Ritzel 214 und 213 und die Zahnstange 212 das'Zwischenrad 211 verschoben, und zwar in der Abhängigkeit der Exzentrizität Z1 des Exzenters 219. Hierdurch wird die Eingangsdrehbewegung der Welle 157 in eine Ausgangsdrehbewegung mit ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit der Welle 182 und somit über das Ausgleichsgetriebe 155 und die Welle 187 der Werkstückaufnahme 112 umgewandelt. Von dem mit ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit umlaufenden Zahnrad 164 wird über das Zahnrad 166 die Exzentersoheibe 168 des Exzentertriebes 154 angetrieben, so daß entsprechend der Exzentrizität Z2, mit der der Exzenter 169 an der Exzenterscheibe 168 gelagert ist, und der sich in der auf dem Maschinenbett 122 mittels der Spindel 172 fixierten iührung 171 abstützt, der erste Schlitten 114 und der zweite Schlitten 118 in den Mhrungen 119 und 121 in Richtung der Koordinatenachse y hin- und herbewegt wird. Aufgrund des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Zahnrad 164 und dem Zahnrad 166 werden bei einer Umdrehung der Werkstückaufnahme 112 zwei derartige Hin- und Herbewegungen ausgeführt. Das Zahnrad 164 treibt mit seiner ungleichförmigen Drehbewegung auch das Zahnrad 173 und somit den Planetenträger 174 des Planetengetriebes 156 an. Das an dem Planetenträger 174 gelagerte Planetenrad 178 rollt an dem Sonnenrad 177 ab, wobei entsprechend der Exzentrizitäten Z3 und Z4₉ mit der das Planetenrad 178 an dem Planetenträger 174 gelagert ist bzw. mit der der Exzenter 179 an dem Planetenrad 178 befestigt ist, und der in der Führung 181 des zweiten Schlittens 118 abgestützt ist, der erste Schlitten 114 in den Mhrungen 116 und 117 auf dem zweiten Schlitten 118 in Richtung der Koordinatenachse χ hin- und herbewegt wird. Auch hierbei erfolgen durch das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern 164 und 173 bei einer Umdrehung der

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Werkstückaufnahme 112 zwei derartige Hin- und Herbewegungen. Durch die Hin- und Herbewegungeη der beiden Schlitten 114 und 118 wird das elliptische Rad 113 am Abwälzfräser 111 hin- und herbewegt, so daß die Teillinie des elliptischen Rades 113 nicht nur mit einer vom verstellbaren Getriebe 153 bestimmten Geschwindigkeit den Berührungspunkt P mit der Teillinie des Abwälzfräsers 111 durchlaufen müßte, sondern mit einer zusätzlich von der Hin- und Herbewegung der Schlitten 114 und 118 herrührenden überlagerten Geschwindigkeit.

Dies wird aber durch das Ausgleichsgetriebe 155 verhindert, weil beim Ändern der Position der Werkstückaufnahme 112 der Hebel 196 um die Achse 197 geschwenkt wird, wobei über das Kegelrad 191 und das Kegelrad 192_s welches auf dem ortsfesten Kegelrad 193 abrollt, das Getriebegehäuse 189 und das Kegelrad 184 mitverschwenkt werden, wobei letzteres auf dem angetriebenen Kegelrad 183 abrollt und somit eine zusätzliche Antriebsbewegung über das Kegelrad 186 und die Welle 187 auf die Werkstückaufnahme überträgt. Aufgrund der Möglichkeit, die obengenannten Exzentrizitäten Z1, Z2, Z3 und Z4 mittels der gefundenen mathematischen Gesetzmäßigkeit für die Bahn, die der Ellipsenmittelpunkt beim Verzahnen durchlaufen muß, exakt errechnen zu können, durchläuft die Teilellipse des elliptischen Rades 113 den Berührungspunkt mit der Teillinie des Abwälzfräsers 111 mit konstanter Geschwindigkeit und wird die Position des elliptischen Rades 113 synchron hierzu derart verändert, daß die Teilellipse des elliptischen Rades 113 in dem Berührungspunkt stets tangential zur Teillinie des Abwälzfräsers 111 gehalten wird. Sbmit ist gewährleistet, daß auch mit diesem mechanisohen Zwangsgetriebe ein elliptisches Rad mit dergleichen Genauigkeit und Qualität wie ein rundes Zahnrad verzahnt wird.

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Figur 6 zeigt einen mechanischen Rechner zum Ausgeben von Sollwerten in numerischer 3?orra. Der mechanische Rechner 430 weist ein Getriebe 351 auf, das in verkleinerter Ausführung dem der Verzahnungsmaschine der Figuren 4 und 5 entspricht. Das Getriebe 351 ist deshalb auch nur schematisch dargestellt, und Teile, die denen der Figuren 4 und 5 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen,-vermehrt um 200, versehen und nicht erneut erläutert. Von dem Elektromotor 339 ist über ein Kegelradpaar 431 und die kardanische Welle 399 das Zwangsgetriebe 351 und somit ein anstelle einer Werkstückaufnahme angeordneter erster Meßwertaufnehmer 431, der erste Schlitten 314 und von . diesem über eine Zahnstange 433 und ein Ritzel 434 ein zweiter Meßwertaufnehmer 436 und der zweite Schlitten 318 und von diesem über eine Zahnstange 437 und ein Ritzel 438 ein dritter Meßwertaufnehmer 439 antreibbar. Die Meßwertaufnehmer 432, 436 und 439 sind über Analog-Digital-ümwandler 441 bzw. 442 bzw. 443 mit einem Datenausgäbegerät 444 verbunden, von dem die Meßwerte auf einen Programmträger 446 übertragbar sind. Ein von dem Elektromotor 239 antreibbarer Winkelgeber 447 ist mit dem Datenausgabegerät 444 und den Analog-Digit a 1-ümwandlern 441, 442 und 443 verbunden.

Wirkungsweise der Vorrichtung der Figur 6; Von dem Elektromotor 339 wird über das Kegelradpaar 431 die kardanische Welle 399 und somit das Getriebe 351 angetrieben. Die im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 im einzelnen beschriebenen Teilgetriebe des Getriebes 351 treiben die Welle 387, die der Welle zum Antreiben der Werkstückaufnahme der Verzahnungsmaschine der Figuren 4 und 5 entspricht, und die Schlitten -314 und 318 zum Ausführen von Hin- und Herbewegungen in Richtung der x- bzw. y-Koordinate an. Hierbei werden über die Zahnstangen 433 und 437 die Ritzel 434 bzw. 438 der Meßwertaufnehmer 436 bzw. 439 angetrieben. Die Meßwerte der Meßwertaufnehmer 432, 436 und

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werden vonden Analog-Digital-Umwandlern 441 bzw. 442 bzw. 443 in Meßsignale numerischer Form umgewandelt, und zwar hervorgerufen durch von dem Winkelgeber 447 synchron zum Antrieb des Getriebes 351 an die Analog-Digital-Umwandler abgegebene Signale. Diese Signale werden zu dem Datenausgabegerät 444 geführt, welches ebenfalls durch die von dem Winkelgeber 447 abgegebenen Signale zu den Antriebsbewegungen des Getriebes 351 synchronisiert ist, und hier auf dem Programmträger 446 gespeichert. Dieser Programmträger 446 kann dann zum Steuern der numerisch gesteuerten Verzahnungsmaschine der Figuren 2 und 3 verwendet werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht folglich in der nunmehr möglichen exakten Verzahnung elliptischer Räder, wobei eine derart ausgebildete Verzahnungsmaschine, zumal wenn sie mit dem zuletzt beschriebenen Zwangsgetriebe ausgerüstet wird, eine genauso wirtschaftliche Verzahnung wie bei runden Zahnrädern ermöglicht. Pur eine derartige Verzahnungsmaschine wird der Kreis tatsächlich zum Sonderfall der Ellipse, denn bei entsprechender Programmierung bzw. Exzenterwahl können auch runde Zahnräder verzahnt werden.

Die Erfindung eignet sich sowohl für Verzahnungsmaschinen, die nach dem Abwälzfräsverfahren als auch für Maschinen, die nach dem Stoßverfahren arbeiten.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

1.\ Verfahren zum Verzahnen von elliptischen Rädern, deren Form festgelegt ist durch die Länge ihrer großen Ellipsenachse (o) und durch ihre numerisohe Exzentrizität ( S ), wobei ein Verzahnungswerkzeug ausschließlich zum Ausführen von Sohnittbewegungen angetrieben wird, während das elliptische Rad zum Ausführen einer Drehbewegung angetrieben und seine Position gegenüber dem Verzahnungswerkzeug verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das elliptische Rad derart mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, und daß die Position des elliptischen Rades gegenüber dem Verzahnungswerkzeug synchron zur Drehbewegung des elliptischen Rades in Richtung der Koordinatenachsen eines zweidimensionalen Koordinatensystems derart verändert wird, daß eine Teilellipse des elliptischen Rades am Berührungspunkt mit einer Teillinie des Verzahnungswerkzeuges mit konstanter Geschwindigkeit umläuft und daß die Teilellipse des elliptischen Rades in diesem Berührungspunkt stets tangential zur Teilellipse des Verzahnungs-. Werkzeuges gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebsdrehbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ( Ufa ) in eine Drehbewegung mit periodisch sioh ändernder Winkelgeschwindigkeit ( &ty ) zum Drehen des elliptischen Rades in Abhängigkeit von dessen numerischer Exzentrizität (£) nach der Punktion

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umgewandelt wird und daß die Position des elliptischen Rades entlang einer senkrecht zur leillinie des Verzahnungswerkzeuges liegenden ersten Koordinatenachse (y) und entlang einer zweiten, parallel zur Teillinie des Verzahnungswerkzeuges liegenden Koordinatenachse (x) in Abhängigkeit von der numerischen Exzentrizität (S) und der länge der großen Ellipsenachse (o) sowie der Winkelgeschwindigkeit ( U)(K ) der Antriebsdrehbewegung verändert wird, wobei die Positionsänderung in Richtung der ersten Koordinatenachse (y) nach der Punktion

y _. — /τ — ι 7 —"y/—>* I SJfI ΦJ

und die Positionsänderung in Richtung der zweiten Koordinatenachse (x) naoh der Punktion

χ = 2r_f sin (ifi) [f-ira* (iß)"]

erfolgt.

3· Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch mechanische Umwandlung eine Antriebsdrehbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ζ ιθ# ) in eine Drehbewegung mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit ( Ι&φ ) und durch mechanische Umwandlung dieser Drehbewegung in geradlinige Bewegungen das elliptisohe Rad gedreht und die Position des elliptischen Rades gegenüber dem Werkzeug verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung mit periodisch sioh ändernder Win ke!geschwindigkeit ( UOa) und die Veränderung der Position des elliptischen Rades in Riohtung der ersten Koordinatenachse (y) und in Riohtung der zweiten Koordinatenachse (x) durch Vorgeben von Sollwerten in numerischer Form hervorgerufen werden.

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5. Verfahren nach Anspruch 4» daduroh gekennzelohnet, daß die Sollwerte in numerischer Form von einem als Getriebe ausgebildeten Rechner vorgegeben werden,

6. Verzahnungsmaschine zum Verzahnen von elliptisches Rädern, deren Form festgelegt ist durch die Länge ihrer großen Ellipsenachse (o) und durch ihre numerische Exzentrizität ( S ), wobei einem Verzahnungswerkzeug der Verzahnungsmaschine ausschließlich Antriebe zum Ausführen τon Schnittbewegungen zugeordnet sind, während einer Werkstüokaufnähme Antriebsmittel zum Drehen der Werkstüokäufnahme und zum Verändern der Position der Werkstückaufnahme gegenüber dem Verzahnungswerkzeug zugeordnet sind, insbesondere zum Ausüben des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (23, 24, 26, 153, 154, 156) die Werkstüekaufnahme (12, 112) mit periodisch sich ändernder Winkelgeschwindigkeit derart drehend und die Position der Werkstüokaufnähme (12,

112) in Richtung einer ersten Koordinatenachse (y) und in Richtung einer zweiten Koordinatenachse (x) eines sweidimensionalen Koordinatensystems derart verändernd ausgebildet sind, daß eine Teilellipse des elliptischen Rades (13,

113) am Berührungspunkt mit einer Teillinie des Verzahnungswerkzeuges (11, 111) mit konstanter Geschwindigkeit umläuft und daß die Teilellipse des elliptischen Rades (13, 113) in diesem Berührungspunkt stets tangential zur Teillinie des Verzahnungswerkzeuges (11, 111) gehalten wird.

7. Verzahnungsmasohine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Antriebsmittel (23, 153) zum Drehen der Werkstückaufnahme (12, 112) derart ausgebildet ist, daß eine von einem Maschinenantrieb (39, 139) abnehmbare Drehbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ( «■># ) in eine Drehbewegung mit periodisch sich ändernder Winkel-

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geschwindigkeit (luip.cüß) ic Abhängigkeit von der numerischen Exzentrizität ( S ) des elliptischen Rades (13, 113) nach der funktion =

änderbar ist und daß ein zweites und drittes Antriebsmittel (24, 26, 154, 156) zum Verändern der Position der Werkstückauf nähme (12, 112) gegenüber dem Verzahnungswerkzeug (11, 111) in Richtung der ersten, senkrecht zur Teillinie des Verzahnungswerkzeugeβ (11, 111) liegenden Koordinatenachse (y) bzw. in Richtung der zweiten,parallel zur Teillinie des Verzahnungswerkzeuges (11, 111) liegenden Koordinatenachse (x) in Abhängigkeit von der numerischen Exzentrizität ( £ ) und der großen Ellipsenaohse (o) sowie der Winkelgeschwindigkeit (fcty) des Maschinenantriebes (39, 139) derart ausgebildet sind, daß die Position der Werkstückaufnahme (12, 112) gegenüber dem Verzahnungswerkzeug (11, 111) nach den Punktionen

χ = Z r, sin fa

X =

veränderbar ist.

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3. Verzahnungsmaschine nach Anspruch 6 und/oder 7» daduroh gekennzeichnet, daß die Werks tüo kauf nähme (12., 112) in einem ersten Schlitten (14, 114) gelagert ist, der auf einem zweiten Schlitten (18, 118) in Richtung der zweiten. Koordinatenachse (x) verschiebbar geführt ist, und daß der zweite Schlitten (18, 118) auf einem Maschinenbett (22, 122) in Richtung der ersten Koordinatenachse (y) verschiebbar geführt ist.

9. Verzahnungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel Stellglieder (23, 24, 26) von Steueranordnungen (32, 33, 34) sind, denen Sollwerte in numerischer Form zum Drehen der Werkstückaufnahme (12) bzw. zum Verändern der Positionen der beiden Schlitten (14, 18) zuführbar sind.

10. Verzahnungsmasohine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß den Steueranordnungen (32, 33, 34) die Sollwerte von einem Programmträger (48) zuführbar sind.

11. Yerzahnungsmasohine nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen mechanischen Rechner (430) mit einem Datenausgabegerät (444) für einen Programmträger (446).

12. Yerzahnungsmasohine nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, daduroh gekemzeiohnet, daß der Werkstückaufnahme (112) ein mechanisches Zwangsgetriebe (151) zugeordnet ist, das vom Masohinenantrieb (139) antreibbar ist und aus mehreren kinematisch fest miteinander verbundenen Teilgetrieben (153, 154, 156) besteht, die als Antriebsmittel zum Drehen der Werkstückaufnahme (112) bzw. zum Verändern der Positionen des ersten und zweiten Sohlittens (114, 118) ausgebildet sind.

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13. Verzahnungsmasohine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Teilgetriebe ein im ersten Schlitten (214) gelagertes, stufenlos verstellbares Getriebe (153) ist, dessen Ausgangswelle (182) mit der Werkstückaufnahme (112) kinematisch verbunden ist.

14. Verzahnungsmaschine nach Anspruch 12 und/oder 13, daduroh gekennzeichnet, daß ein zweites Teilgetriebe ein Exzentertrieb (154) ist, der in dem ersten Schlitten (114) gelagert und mit einem Exzenter (169) in einer Führung (171) des Maschinenbettes (122) abgestützt ist.

15· Verzahnungsmasohine nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14» dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Teilgetriebe ein im ersten Sohlitten (114) gelagertes Planetengetriebe (156) mit feststehendem Sonnenrad (177) ist, dessen Planetenrad (178) einen Exzenter darstellt, der wiederum einen Exzenter (179) trägt, der in einer Führung (181) des zweiten Schlittens (118) abgestützt ist.

16. Verzahnungsmasohine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Antriebswelle (167) des zweiten Teilgetriebes (154) ein dem ersten Teilgetriebe (153) zugeordneter Exzentertrieb (160) antreibbar ist, der mit einem Stellmittel (165) für das stufenlos verstellbare Getriebe (153) verbunden ist.

17· Verzahnungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Verkstüokaufnähme (112) ein Ausgleichsgetriebe (155) zum Steuern der Drehbewegung der Werkstüokaufnähme (112) in Abhängigkeit von dessen Positionsänderungen zum Verzahnungswerkzeug (111) zugeordnet ist.

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18. Verzahnungsmasohine nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizitäten (Z1, Z2, Z3, Z4) der Exzenter (219, 169, 179, 179) der leilgetriebe (153, 154, 156) veränderbar und der Abstand der Führung (171) für den Exzenter (169) des zweiten Teilgetriebes (154) zum Verzahnungswerkzeug (111) einstellbar sind.

19. Verzahnungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Rechner (430) aus einem dem mechanischen Zwangsgetriebe der Verzahnungsmaschine entsprechenden Zwangsgetriebe (351) mit Meßwertaufnehmern (432, 436, 439) besteht, die mit dem Datenausgabegerät (444) verbunden sind.

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