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Maschine zum Feinbearbeiten der Zahnflanken
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eines verzahnten Werkstückes Die Erfindung betrifft eine Maschine
zum Feinbearbeiten der Zahnflanken eines verzahnten Werkstückes nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Das Einstellen des Achskreuzwinkels zwischen Werkstück und Werkzeug
bei derartigen Maschinen sowie - wenn z.B.
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nach dem Diagonalschabverfahren gearbeitet wird - der Richtung des
Längsvorschubs erfolgt in der Regel von Hand.
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Der jeweils eingestellte Winkel wird dabei an einer Skala abgelesen,
die z.B. für den Achskreuzwinkel die Verdrehung des das Werkzeug tragenden Werkzeugkopfes
gegenüber dem Maschinengestell anzeigt. Die Reproduzierbarkeit eines bestimmten
Winkels bereitet immer Schwierigkeiten, da die Forderungen hinsichtlich der am Werkstück
einzuhaltenden Toleranzen sehr hoch sind, die Ablesegenauigkeit aber trotz Nonius-Skalen
und das Skalenbild vergrößernder Lupen begrenzt ist.
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Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Maschine
der genannten Art so zu verbessern, daß eine sehr genaue Anzeige des Achskreuzwinkels
und ggf. der Vorschubrichtung möglich ist, wobei jeder beliebige Winkel, nachdem
er verstellt worden ist, zu einem späteren Zeitpunkt wieder exakt eingestellt werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einer Maschine, die die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Bei einem entsprechend großen Auflösevermögen der den Verdrehwinkel
in elektrische Signale umwandelnden Vorrichtung kann jeder Winkel beliebig oft mit
der erforderlichen Genauigkeit eingestellt werden, da mit der digitalen Anzeige
eine eindeutige Angabe des jeweils vorhandenen Winkels erfolgt. Eine zum Umwandeln
des Verdrehwinkels in elektrische Signale geeignete Vorrichtung ist ein sog. digital
absoluter Drehgeber oder Digitiser (Anspruch 2). Mit diesem absoluten Winkelschrittgeber
wird die auf seine Eingangswelle übertragene Verdrehung in einen elektrischen Signalcode
umgewandelt, der für die digitale Anzeige verwendet wird.
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Ein beabsichtigtes oder unbeabsichtigtes Abschalten der Maschine,
z.B. bei Arbeitsschluß oder bei Netzausfall, hat keinen verfälschenden Einfluß auf
die Anzeige.
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Eine andere zum Umwandeln des Verdrehwinkels in elektrische Signale
geeignete Vorrichtung ist ein Wendelpotentiometer (Anspruch 3). Damit wird in Abhangigkeit
von der Verdrehbewegung ein Widerstand verändert, dessen Größe ähnlich einem Ohm-Meter
digital in Winkelgraden angezeigt wird.
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Auch hier bleibt ein Abschalten der Maschine ohne Einfluß auf die
Anzeige. Die Auflösegenauigkeit des Wendelpotentiometers kann noch erhöht werden,
wenn zwischen dem dreheinstellbaren Teil und ihm eine den Drehwinkel vergrößernde
Übersetzung vorhanden ist (Anspruch 4). Gegenüber einem
digital
absoluten Drehgeber bietet die Verwendung eines Drehpotentiometers zumindest auf
der Kostenseite erhebliche Vorteile, denn die Verwendung des handelsüblichen Potentiometers
und eines nur geringfügig gegenüber einer Normalausführung abgewandelten Digitalanzeigeinstrumentes
ermöglicht eine sehr preisgünstige Ausführung.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von 5 Figuren am Beispiel einer
Zahnradschabmaschine beschrieben. Es zeigen Figur 1 eine vereinfachte Darstellung
einer Zahnradschabmaschine, Figur 2 die für die Drehwinkelübertragung erforderlichen
Teile beim Einstellen des Achskreuzwinkels, Figur 3 dieselben Teile in Pfeilrichtung
III gesehen, Figur 4 ein vereinfachtes Schaltbild mit einem Wendelpotentiometer,
Figur 5 eine schematische Anordnung eines digital absoluten Drehgebers.
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Auf einem Maschinenbett 1 (Fig.i) ist an einem Ende ein vertikaler
Ständer 2 starr angebracht. Ar. diesem Ständer 2 ist in einer zum freien Ende des
Bettes 1 gerichteten senkrechten Geradführung 3 ein dieses freie Bettende zumindest
teilweise überragender Vertikalschlitten 4 höhenverstellbar und antreibbar geführt.
Zu diesem Zwecke ist auf dem Ständer
2 ein Schrittmotor 5 angeordnet,
der über ein Stirnradgetriebe 6, 7 eine Gewindespindel 8 antreibt. Diese Gewindespindel
8 wirkt auf eine mit dem Vertikalschlitten 4 fest verbundene Spindelmutter 9. An
seiner Unterseite trägt der Vertikalschlitten 4 einen sogenannten Einstellschlitten
70.
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An der Unterseite des Einstellschlittens wiederum ist in einer Rundführung
11 ein um eine vertikale Achse 12 drehbarer Werkzeugkopf 13 aufgenommen. In ihm
ist als Werkzeug 14 ein bekanntes Schabrad drehbar gelagert, es ragt unten aus dem
Werkzeugkopf heraus. Die erwähnte Achse 12 ist identisch mit der gemeinsamen Normalen
des Werkzeugs 14 und eines Werkstücks 20.
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Auf dem Maschinenbett 1 sind in Längsführungen 15 zwei Reitstöcke
16, 17 längsverschiebbar und feststellbar angeordnet.
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Sie sind mit bekannten und deshalb nicht im einzelnen dargestellten
Einrichtungen, z.B. Pinolen 18, 19 zum selbständigen Spannen des Werkstücks 20 ausgerüstet.
Zum Bearbeiten des Werkstückes 20 wird das Werkzeug 14 in Richtung 22 dem Werkstück
genähert und mit diesem in Eingriff gebracht. Die hierfür vorgesehenen Einrichtungen
wie Schrittmotor 5 und Vertikalschlitten 4 sind bereits oben beschrieben. Für den
Drehantrieb des Werkzeugs 14 ist am Ständer 2 ein Antriebsmotor 25 angebracht, der
über ein Vorgelege 26 und eine Gelenkwelle 27 sowie ein im Werkzeugkopf 13 untergebrachtes
Stirnradgetriebe 28, 29 antreibt.
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Wie bereits erwähnt ist der Werkzeugkopf 13 in einer Rundführung 11
im sogenannten Einstellschlitten 70 um eine vertikale
Achse schwenkbar.
Damit kann ein Achskreuzwinkel (Fig.3) zwischen Werkzeugachse lil und Werkstückachse
42 eingestellt werden. Um ein Druchhängen des Werkzeugkopfes 13 in der Rundführung
zu verhindern, ist in der Rundführung eine mit einer Feder 56 vorgespannte Wälzlagerung
vorgesehen (Fig.2). Mit einem Haltering 51 ist der Außenring eines Kugellagers 50
im sogenannten Einstellschlitten 70 gehalten.
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Der Innenring des besagten Kugellagers ist in einem Tragring 52 aufgenommen,
in dem in einer Innenzentrierung 53 der Werkzeugkopf 13 über einen Zentrierring
54 aufgenommen ist. Konzentrisch mit der Innenzentrierung 53 weist der Tragring
eine Ausnehmung 55 auf, in der sich die Feder 56 axial abstützt. Die Feder 56 ist
auf einem Federteller 57 aufgebracht, dessen Bolzen 58 die Feder und in einer Bohrung
59 den Tragring 52 durchdringt und der ein Innengewinde aufweist. In dieses Innengewinde
ist eine am Zentrierring 54 anliegende Schraube 60 eingeschraubt, mit der die Feder
56 vorgespannt wird. In einer Ringnut 64 im Einstellschlitten 10 sind Schrauben
65 angeordnet, die mit Muttern 66 und Scheiben 67 zum Feststellen des Werkzeugkopfes
in der erforderlichen Winkelstellung g dienen.
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Der Werkzeugkopf 13 weist außen einen Zahnkranz 120 auf, in den ein
Ritzel 121 eingreift, das auf einer Welle 122 befestigt oder einstückig mit dieser
ausgeführt ist. Das Ritzel 121 ist in einem Träger 123 mit Kugellagern 124 drehbar
gelagert. Der Träger 123 ist über eine Blattfeder 127 mit dem
Einstellschlitten
70 verbunden, die an ihrem einen Ende am Einstellschlitten und an ihrem anderen
Ende am Träger 123 eingespannt ist und gewissermaßen ein Gelenk zwischen diesen
beiden Teilen bildet. Eine zwischen dem Einstellschlitten 70 urid dem Träger 123
angeordnete Schraubenfeder 125 drückt den Träger in Richtung zum Zahnkranz 120 und
bewirkt so einen spielfreien Zahneingriff zwischen Ritzel 121 und Zahnkranz.
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Eine den Träger 123 durchdringende, in den Einstellschlitten 70 eingeschraubte
Schraube 126 dient als Anschlag für den Träger, wenn bei der Montage das Ritzel
121 nicht mit dem Zahnkranz 120 in Eingriff steht.
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Auf der dem Ritzel 121 gegenüberliegenden Seite des Trägers 123 ist
ein Wendelpotentiometer 128 derart auf dem Träger befestigt, daß seine Welle 129
zumindest annähernd mit der Welle 122 des Ritzels 121 fluchtet. Eine starre Verbindung
der beiden Wellen 122, 129 ist wegen der bei handelsüblichen Wendelpotentiometern
fehlenden Zentriermöglichkeit nicht möglich. Die Verbindung erfolgt deshalb mit
einer drehsteifen, aber Achsversetzungen zulassenden Kupplung 130, beispielsweise
in der Art eines Metallfaltenbalges oder einer Schraubenfeder.
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Die beiden Enden 132,132' der im Wendelpotentiometer 128 von einer
Null-Stellung 133 ausgehenden.Widerstandswicklungen 131, 131' sind über Leitungen
134,135 an eine stabilisierte Gleichstromquelle 136 angeschlossen (Fig.4). Auf der
Welle 122 sitzt
in bekannter Weise ein Schleifer 137, der beim
Drehen der Welle die Wicklungen 131,131' bestreicht. Von den beiden Enden 132,132'
der Wicklungen und vom Schleifer 137 führen Leitungen 138,138',139 zu einem Digitalanzeigeinstrument
140.
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Zum Einstellen des Achskreuzwinkels g wird der Werkzeugkopf 13 nach
Lösen der Muttern 66 von Hand in der erforderlichen Richtung gedreht. Diese Drehung
wird vom Zahnkranz 120 auf das Ritzel 121 und damit über die Welle 122, die Kupplung
130 und die Welle 129 auf den Schleifer 137 übertragen.
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Der sich so ändernde Widerstand zwischen dem Wicklungseingang 132
und dem Schleifer 137 wird im Digitalanzeigeinstrument 140 in die der Drehung des
Werkzeugkopfes entsprechenden Winkelgrade umgesetzt und so angezeigt. Dank der Übersetzung
zwischen dem Zahnkranz und dem Ritzel macht der Schleifer eine wesentlich größere
Drehbewegung als der Werkzeugkopf, so daß eine sehr große Auflösung des jeweiligen
Widerstandes und damit eine sehr genaue Anzeige möglich ist.
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Der angezeigte Wert am Digitalanzeigeinstrument bleibt infolge der
stabilisierten Gleichspannungsquelle auch bei Spannungsänderungen im Netz erhalten.
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Sinngemäß könnte statt des Wendelpotentiometers auch ein normaler
Schiebewiderstand als Wegaufnehmer verwendet werden, der über eine Kette, einen
Kabelzug od. dgl. mit dem Werkzeugkopf verbunden ist. Wegen des geringen Auflösungsvermögens
kann damit aber keine so genaue Anzeige erreicht
werden wie mit
einem Wendelpotentiometer. An Stelle des Wendelpotentiometers 128 kann auch ein
sog. digital absoluter Drehgeber 141 verwendet werden1 der mit den in Figur 2 dargestellten
Mitteln antreibbar ist. Auf seiner Welle 142 ist eine Codescheibe 143 drehfest aufgebracht
(Figur 5).
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Die Codescheibe 143 trägt einen Signalschlüssel in Form von Hell-Dunkel-Feldern
144, der von als Lichtsender dienenden Dioden 145 und als Empfänger dienenden Fototransistoren
146 ausgewertet wird. Die Ausgangssignale der Empfänger werden entsprechend umgewandelt
dem Anzeigeinstrument 140 zugeleitet.
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Bei der oben beschriebenen Schabmaschine ist der sog. Einstellschlitten
70 in einer Rundführung 74 im Vertikalschlitten 4 um eine vertikale Achse schwenkbar
und feststellbar aufgenommen (Fig.1). Damit kann die Vorschubrichtung 75,75',75"
des Werkzeugs 14 beim Parallel-, Diagonal-oder Underpassschaben beliebig eingestellt
werden. Der Aufbau der Rundführung 74 entspricht dem der in Figur 2 dargestellten
Rundführung 11 des Werkzeugkopfes 13, ebenso die Anordnung des Wendelpotentiometers
bzw. des digital absoluten Drehgebers. Nur ist dann unten statt der Position 13
für den Werkzeugkopf die Position 70 für den sog. Einstellen schlitten und oben
statt der Position 70 für den sog. Einstellschlitten die Position 4 für den Vertikalschlitten
zu setzen.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene Bauform
einer Schabmaschine beschränkt, sondern sie ist sinngemäß auch bei jeder anderen
Bauform von Maschinen zur Feinbearbeitung der Zahnflanken von verzahnten Werkstücken
anwendbar. Genannt seien hier nur Schabmaschinen, bei denen die Vorschubbewegung
nicht vom Werkzeug, sondern vom Werkstück ausgeführt wird.
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Begriffsliste 1 Maschinenbett 2 Ständer 3 Geradführung 4 Vertikalschlitten
5 Schrittmotor 6 7) Stirnräder 8 Gewindespindel 9 Spindelmutter 10 11 Rundführung
12 Achse 13 Werkzeugkopf 14 Werkzeug 15 Längsführung 16 17) Reitstock 18 19) Pinole
20 Werkstück 21 22 Zustellung 23 24 25 Antriebsmotor 26 Riemenvorgelege 27 Gelenkwelle
28 29) Stirnräder 41 Achse des Werkzeugs 42 Achse des Werkstücks 50 Kugellager 51
Haltering 52 Tragring 53 Innenzentrierung 54 Zentrierring 55 Ausnehmung 56 Feder
57 Federteller 58 Bolzen 59 Bohrung 60 Schraube 64 Ringnut 65 Schraube 66 Mutter
67 Scheibe 70 Einstellschlitten 74 Rund führung 75 Vorschubrichtung 120 Zahnkranz
121 Ritzel 122 Welle 123 Träger 124 Kugellager 125 Schraubenfeder 126 Schraube 127
Blattfeder 128 Wendelpotentiometer 129 Welle 130 Kupplung 131, 131' Wicklung 132,
132' Ende von 131 133 Nullstellung 134 135) Leitung 136 Gleichstromquelle 137 Schleifer
138 139) Leitung 140 Anzeigeinstrument 141 Drehgeber 142 Welle
143
Codescheibe 144 Hell-Dunkel-Felder 145 Diode 146 Fototransistoren