DE324888C

DE324888C - Zahnradschneidmaschine

Info

Publication number: DE324888C
Application number: DE1913324888D
Authority: DE
Original assignee: HONOURABLE SIR CHARLES ALGERNO
Current assignee: HONOURABLE SIR CHARLES ALGERNO
Priority date: 1912-12-20
Filing date: 1913-03-20
Publication date: 1920-09-06
Also published as: GB191229380A; DE322060C; GB191301844A; DE324116C; FR19298E; FR459637A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von Zahnrädern und hat insbesondere Mittel zum Gegenstand, welche eine der gewünschten Zahnteilung und Winkelstellung genau entsprechende Führung des Arbeitsstücks um eine feste Drehachse ermöglichen. Die Erfindung kann sowohl für Zahnradschneidmaschinen verwendet werden, bei welchen die Zähne in einem einzigen Arbeitsgang, beispielsweise durch einen quer über den Radkranz des Arbeitsstücks geführten Fräser, als auch beim Wälzverfahren durch ein erzeugendes Rad, beispielsweise durch einen Schneckenfräser, hergestellt werden. Ferner ist sie anwendbar bei der Herstellung von Schrauben-, Stirn-, Spiral-, Kegel- und Schneckenrädern mittels eines dieser Verfahren.

Bei den bekannten Zahnradschneidmaschinen, die zur Herstellung von Stirn-, Schrauben-, Spiral-, Kegel- und Schneckenrädern dienen, ist die Erlangung der richtigen Schalt- oder Teilbewegung bzw. die richtige Verteilung der Zähne am Arbeitsstück von der Genauigkeit einer Schnecke und eines am Tisch der Maschine befestigten Schneckenrades abhängig, durch welche das Arbeitsstück seine^Drehbewegung erhält.

Bei Versuchen mit einer großen Anzahl von treibenden Schneckenrädern und Schnecken,

3« wie sie bei Zahnradschneidmaschinen Verwendung finden, hat sich herausgestellt, daß die Schneckenräder und Schnecken zwei Hauptarten von Fehlern aufweisen, die Unregelmäßigkeiten in der Winkelgeschwindigkeit des Arbeitsstücks hervorrufen. Diese Unregelmäßigkeiten beim Arbeiten machen sich gewöhnlich in bestimmten Zeitabständen bemerkbar, und zwar wiederholen sich einige dieser Unregelmäßigkeiten mit jeder Umdrehung des Schneckenrads, andere mit jeder Umdrehung der Schnecke.

Die erstere dieser Unregelmäßigkeiten beim Arbeiten wird durch Ungenauigkeiten in der Form oder Teilung der Schneckenradzähne. ' oder durch nicht mittelpunktsrichtige Lagerung des Schneckenrads bzw. des Schneckenrads am antreibenden Radsatz der Maschine, auf welcher das zuerst genannte Schneckenrad geschnitten wurde, hervorgerufen. Die erwähnten Ungenauigkeiten der verwendeten Mittel haben gewöhnlich Unregelmäßigkeiten in der Winkelgeschwindigkeit des Arbeitsstücks zur Folge. Nimmt man z. B. an, ein zu schneidendes Rad sei exzentrisch auf den Arbeitstisch aufgespannt,: so laufen seine Peripheriepunkte bei der Teil- oder Wälzbewegung mit um so größerer Ge- ! schwindigkeit an dem Werkzeug vorbei, je größer ihre Entfernung von der Drehachse ist. Wenn diese Unregelmäßigkeiten als Ordinaten auf eine die Winkelstellungen tragende

Abszisse aufgetragen werden, so ergeben sich Kurven, die ungefähr die Form von Sinuslinien besitzen.

Die Unregelmäßigkeiten der zweiten Art, die sich mit jeder Umdrehung der Schnecke wiederholen, können beispielsweise durch Ungenauigkeiten in der Teilung oder der Form des Schneckengewindes verursacht werden. Trägt man auch diese Abweichungen in der ίο obenerwähnten Weise in ein Koordinatensystem ein, so ergibt sich eine wellenförmige Kurve (ähnlich einer Sinuslinie), deren Wellen sich gleichmäßig mit den aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Schnecke wiederholen. Auf der Zeichnung veranschaulicht Fig. 1 die Gesamtfehlerkurve, die sich aus den beiden genannten Unregelmäßigkeiten zusammensetzt. Die Kurve besteht aus einer Reihe von kurzen Wellen, die sich in Form einer langen, gestrichelt eingezeichneten Welle aneinanderreihen. Die kurzen Wellen wiederholen sich mit jeder Umdrehung der Schnecke, die langen Wellen wiederholen sich mit jeder Umdrehung des Schneckenrads. Diese Kurve stellt daher die Lagenabweichungen des Werkstücks gegenüber dessen jeweils theoretisch richtigen Stellungen beim Antrieb durch eine einzige Schnecke dar. Hierbei entspricht jede positive Kurvenordinate einem Voreilen, jede negative Ordinate einem Nacheilen des Werkstücks gegenüber der theoretisch richtigen Lage. Verlegt man die Ein- j griffsstelle zwischen der einzigen Schnecke j und dem Schneckenrad am Umfange des letz- : teren gegenüber der gemäß Fig. 1 angenom- ! menen Eingriffsstelle um 180 °, so nimmt die j Fehlerkurve die Form nach Fig. 2 an. j

Wird nun aber der Antrieb durch die beiden j genannten Schnecken gleichzeitig und unter Anwendung der nachstehend beschriebenen Ausgleichsvorrichtungen bewirkt, die das Rad eine Stellung einnehmen lassen, die dem jeweiligen Mittelwert der Stellungen gemäß ! Fig. X und 2 entspricht, so werden sich die j Abweichungen gegenüber den richtigen Stellungen wie in Fig. 3 darstellen.

Es ist ersichtlich, daß hierbei die einander entsprechenden Teile der sich mit jeder Umdrehung des Schneckenrads wiederholenden | langgestreckten Kurven (gestrichelte Kurven , gemäß Fig. 1 und 2) sich gegenseitig aufheben; I sie sind nämlich in genau entgegengesetzter Phase, da auch die Eingriffsstellen der ] Schnecken sich gerade gegenüberliegen. Die j Teile der kurzwelligen Kurven heben sich da- ] gegen nicht auf, da sie, mit Bezug auf die i beiden Schnecken, nicht in entgegengesetzter I Phase liegen.

Falls mit den beiden erwähnten Schnecken keine Ausgleichsvorrichtungen verwendet werden, die das Schneckenrad in eine Lage brin- ^; gen würden, die in .der Mitte zwischen den ; ! Stellungen liegt, in die das Rad durch den ¹ Antrieb jeder Schnecke für sich allein gelangen würde, so steht das Schneckenrad in je- • dem Augenblick gerade mit derjenigen Schnecke j in kraftschlüssigem Eingriff, die gewissermaßen ; voreilt, während die andere Schnecke, unter der Annahme eines zur Vermeidung des Klem-. mens ausreichenden Spieles, zurückgeblieben ist. Die diesem Fall entsprechenden Abweichungen in der Lage .des Schneckenrads j sind in der aus Fig. 4 ersichtlichen Kurve ; dargestellt.

Wendet man nun zwei auf gegenüberliegeni den "Seiten des Schneckenrads liegende An- ; triebsschnecken an und legt die Eingriffsstelle der zweiten Schnecke L gemäß Fig. 8 der Zeichnung, derart, daß sie um eine halbe Zahnteilung in bezug auf einen der Eingriffsstelle der anderen Schnecke R genau gegen- überliegenden Punkt versetzt ist, so wird die Kurve der Stellungsabweichungen, die bei Antrieb mit de«.· Schnecke L allein eintreten würden, ähnlich der in Fig. 2 veranschaulichten sein, jedoch mit dem Unterschiede, daß ihre Phase dieser gegenüber in wagerechter Richtung um eine halbe kleine Wellenlänge verschoben ist, wie Fig. 5 zeigt. Der Fig. 1 entsprechen hierbei nach wie vor die Stellungen, die das Werkstück einnimmt, wenn der Antrieb nur durch die erste Schnecke R erfolgt.

Wird also das Schneckenrad gleichzeitig durch die Schnecken L und R angetrieben, so erhält man die entsprechende Kurve der Abweichungen durch Vereinigung de:* beiden Kurven nach Fig. 1 und 5.

Falls wiederum keine Ausgleichs vorrichtungen vorgesehen sind, so erhält man als resultierende Kurve eine solche nach Fig. 6; hier wird das Schneckenrad immer von derjenigen der beiden Schnecken angetrieben, die gegenüber der anderen gewissermaßen voreilt und mit der es in kraftschlüssigem Eingriff steht.

Wenn jedoch Einrichtungen getroffen werden, die das Rad in eine Stellung bringen, die in der Mitte zwischen den beiden Stellungen liegt, die das Rad haben würde, wenn der Antrieb gesondert durch die eine oder andere der Schnecken L und R erfolgt, so zeigt sich, daß die Abweichungen sich gegeneinander fast vollkommen ausgleichen-, so daß sich eine Gesamtfehlerkurve, wie in Fig. 7 ersichtlich, ergibt. Diese Wirkungsweise liegt der den Gegenstand der Erfindung bildenden Einrichtung zugrunde.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine nach der vorliegenden Erfindung eingerichtete Zahnradschneidmaschine, auf der die Zähne am Werkstück mittels eines Schneckenfräsers hergestellt werden. Die Welle a, die im folgenden als »Treibwelle« bezeichnet werden soll, trägt zwei

Kegelräder i und c. Ein Kegelrad d, das mit dem Kegelrad δ in Eingriff steht, ist auf einer Welle e befestigt, die sich quer über das Maschinenbett erstreckt. Diese Welle e trägt an ihrem anderen Ende ein zweites Kegelrad f. das in ein Kegelrad g an der senkrechten Spindel h eingreift. Auf dieser sitzt eine Schnecke i, die mit dem Schneckenrad / auf der Spindel k in Eingriff steht. Letztere trägt die Schnecke/. ίο In ähnlicher Weise steht das zweite Kegel-. rad c auf der treibenden Welle β in Eingriff mit einem Kegelrad m auf der senkrechten Welle n, die auch eine Schnecke ο trägt. Letztere greift in ein Schneckenrad p auf der Spindel q. Auf dieser sitzt wieder eine Schnecke r. Beide Schnecken /und r greifen in ein Schneckenrad s am Tisch ί ein, auf dem das Werkstück u aufgespannt" ist.

Der Fräser υ ist am Ständer w gelagert und wird durch besondere Getriebe in Bewegung gesetzt. Beide Schnecken I und r müssen die gleiche Ganghöhe und gleiche Umlaufgeschwindigkeit haben. Bei der Anordnung nach Fig. 11 sind" an den senkrechten Wellen h und η je zwei Schnecken vorgesehen, von denen die der Welle η mit 0 und y bezeichnet sind. Die Schnecke 0 greift in das Schneckenrad p auf der die Schnecke r tragenden Spindel q. Die Schnecke y greift dagegen in ein Schneckenrad ζ auf der Spindel I ein, die die Schnecke 2 trägt. Die Schnecke r steht im Eingriff mit dem Schneckenrad s und die Schnecke 2 mit dem Schneckenrad 3. Beide Schneckenräder sind am Tisch t befestigt, auf dem das Werkstück u aufgespannt ist. Die Schnecken der senkrechten Spindel h sind ähnlich angeordnet und übertragen ihre Bewegung durch zwei entsprechende Schnecken auf die Schneckenräder s und 3 des Tisches t. Die Bewegung des Tisches t wird somit bei dieser Ausführungsform durch vier Schnecken bestimmt. Um das periodische Zusammentreffen der infolge von Ungenauigkeiten in einer der vier Schnecken oder in einem Schneckenrad eintretenden Unregelmäßigkeiten in der Tischbewegung zu vermeiden, können dieSchneckenräder Zähne von verschiedener Zahnteilung haben, wobei natürlich die mit ein und demselben Schneckenrad zusammenarbeitenden Schnecken die gleiche Ganghöhe erhalten. Die Schnecken des einen Schneckenrades müssen dann mit einer anderen Geschwindigkeit umlaufen als die des anderen. Zu dem Zwecke müssen verschiedene Übersetzungen in der Bewegungsübertragung von der Treibwelle a auf die Schneckenspindeln vorgesehen sein. Werden die Teilungen beider Schneckenräder s und 3 dagegen gleich gewählt, so müssen die Zähne dieser Räder am Umfang zueinander versetzt sein, wie es in Fig. 12 gezeigt ist. Es braucht auch nur je eine Schnecke für jedes J Schneckenrad s und 3 vorgesehen zu sein, j wobei die Schnecken je nach der Teilung ] beider Schneckenräder mit gleicher oder verj schiedener Geschwindigkeit umzulaufen haben.

Um zu bewirken, daß dem Schneckenrad s und dementsprechend auch dem Arbeitsstück u eine Winkelgeschwindigkeit erteilt wird, die das genaue Mittel der den verschiedenen Schnecken entsprechenden Teiler-Winkelgej schwindigkeiten oder am Winkel gemessenen Wege ist, ist es erforderlich, beim Antreiben der Schnecken in der Weise zu verfahren, daß ein Ausgleich zwischen denselben stattfindet. Dieser Ausgleich kann durch die natürliche Elastizität der die Schnecken antreibenden Wellen oder durch die Elastizität des Traggestells selbst hervorgerufen werden. Die in den Fig. 9, 10, ii und 12 gezeigten Anordnungen entsprechen dieser Form des Ausgleichs.

In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, Federn oder irgendeine Art von Differentialgetrieben zu verwenden, um den gewünschten Ausgleich zu erzielen.

Die Fig. 12 und 13 zeigen Anordnungen, bei welchen zum Zwecke des Bewegungsausgleichs Federn und Differentialgetriebe vorgesehen sind. Jede der erwähnten Art von Ausgleichs Vorrichtungen kann für sich allein, oder beide können zusammen bei ein und derselben Maschine Verwendung finden.

Bei der als Differential rAusgleichgetriehe wirkenden Einrichtung trägt die Welle e an ihren Enden die Schnecken 0 und i, die in die auf den Wellen der Schnecken I und r befestigten Räder / und p eingreifen. Die Welle e hat sehr geringes Spiel :'n Längsrichtung, so daß die einander entgegengerichteten von den Rädern p und / herrührenden Stöße aufgehoben werden. Die Räder p und / haben entgegengesetzte Drehrichtung. Die Welle e. wird mit Hilfe geeigneter Getriebe von einer Hauptantriebswelle α aus angetrieben, wie aus den Fig. 10 und 12 ersichtlich ist.

Die vorstehend beschriebene Anordnung wirkt als Differentialgetriebe, weil die von den Schnecken 0 und i herrührenden Stöße oder Rucke einander entgegengesetzt sind; wenn nun durch irgendeine Ursache die Schnecken ungleiche Rucke oder Stöße ausüben, kann sich die Welle e in ihrer Längsrichtung bewegen, so daß sofort ein Ausgleich zwischen den Rucken oder Stößen eintritt.. Infolgedessen wird auf jede der schaltenden Schneckenwellen k und q dieselbe Kraft übertragen. Es stehen daher die Schnecken / und r auf diesen Wellen gleichzeitig in kraftflüss^:gem Eingriff mit dem Schneckenrad s, so daß, wenn durch irgendeine Ungenauigkeit des Schneckenrads s oder einer der Schnecken I oder r eine Abweichung von dem richtigen, zwischen den

Schnecken und dem Schneckenrad bestehenden Übersetzungsverhältnis verursacht wird, eine der Schnecken I und r mit Bezug auf das Schneckenrad in ihrer Winkelstellung so weit vorgerückt wird, als die andere Schnecke, in ihrer Winkelstellung zurückgeschoben wird, so daß die Lage des Schneckenrads der Lage der ersten Schnecke bei einer gewissen Verzögerung und gleichzeitig der Lage der zweiten ιθ Schnecke bei einem gewissen Voreilen entspricht. Die Winkelstellung des Schneckenrads wird somit das arithmetische Mittel derjenigen Stellungen sein, die das Schneckenrad einnehmen würde, falls der Antrieb jeweils durch eine der Schnecken allein erfolgt.

Bei der mit Ausgleichsfedern ausgerüsteten Einrichtung sind auf den Wellen k und q die Schnecken I und r mittels Keilen derart befestigt, daß die Schnecken in Längsrichtung auf den Wellen beweglich sind. Zwischen den Enden der Schnecken und den Lagern ■ des Schneckengehäuses sind Federn χ eingeschaltet, die von vornherein unter einem bestimmten Druck stehen.

Für die Wirkungsweise des federnden Ausgleichs ergibt sich dieselbe Herleitung aus der ' Betrachtung, daß die ganze Tangentialkraft, die erforderlich ist, um das Rad in Bewegung zu setzen, konstant ist (da die Trägheit bei ' den in Frage kommenden langsamen Bewe- . gungen vernachlässigt werden kann), so daß j „ bei irgendeiner Abweichung vom richtigen Über- ! Setzungsverhältnis zwischen den Schnecken I , und r einerseits und dem Schneckenrad s ^: anderseits die von einer Schnecke an der _; Eingriffsstelle abgegebene Kraft gegenüber der 1 normalen treibenden Kraft (bzw. der Hälfte ' der vollen zum Antrieb des Schneckenrads ; erforderlichen Kraft) jeder Schnecke um den ; Betrag geringer ist, um welchen die trei- : bende Kraft an der Eingriffsstelle der anderen ; Schnecke deren normale antreibende Kraft [ übersteigt. '

Bei Federn gleicher Stärke werden durch : deren Kompression gleich große Verschiebungen ; von entgegengesetzter Richtung hervorgerufen.. | Daher steht das Schneckenrad (bei Annahme | eines normalen Anfangsdrucks der Federn, der ; größer sein muß als alle vorkommenden Druck- ! änderungen) in stetem kraftschlüssigen Ein- . griff mit beiden Schnecken, und das Sehneckenrad eilt in seiner Stellung gegenüber derjeni- ! gen, welche es beim Antrieb durch die erste Schnecke allein haben.würde, ebenso weit vor, j als es gegenüber der Stellung, die es beim Antrieb durch die zweite Schnecke allein haben würde, zurückbleibt. Die Stellung des Rades ist daher das genaue Mittel der eben erwähnten zwei Stellungen.

Einstellvorachtungen irgendwelcher Art können vorgesehen werden, die dazu dienen, die Schnecken längs ihrer Wellen zu bewegen, bis jede derselben in krafts.chlüssigen Eingriff mit dem betreffendem Schneckenrad gelangt ist.

An Stelle der vorstehend beschriebenen Getriebe können auch Getriebe anderer Art benutzt werden, deren einzelne Teile in der ver* schiedensten Weise angeordnet werden können. An Stelle der Schnecken und Schneckenräder können auch Stirnrädergetriebe verwendet werden.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Zahnradschneidmaschine, deren Arbeitstiseh von mehreren parallel arbeitenden Antrieben angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Antrieben Ausgleichsvorrichtungen vorgesehen sind, durch die die Antriebskräfte gleichmäßig auf die einzelnen Antriebe verteilt werden und die durch ungenaue Form der Antriebe entstehenden Unregelmäßigkeiten in der Drehbewegung des Werkstücks aufgehoben werden.

2. Zahnradschneidmaschine nach Anspruch i, bei der zwei Antriebsräder auf entgegengesetzten Seiten des angetriebenen Rades angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Antriebsrad um _go einen Winkel von 180 ° jfc. einer halben Zahnteilung des angetriebenen Rades gegen das andere versetzt ist.

3. Zahnradschneidmaschine nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Ausgleichs der auf das angetriebene Element einwirkenden Drehmomente die verschiedenen antreibenden Elemente unter sich und mit der Kraftquelle durch Differential- oder Ausgleichsgetriebe in Verbindung stehen.

4. Zahnradschneidmaschine nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Ausgleichs der auf das angetriebene Element einwirkenden Drehmomente an den verschiedenen antreibenden Elementen Ausgleichsfedern vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.