DE3623125C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubenführung für die Werkzeugspindel einer Zahnradwälzstoßmaschine für gerad- und schrägverzahnte Zahnräder, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Er­ findung eine Schraubenführung der oben beschriebenen Art, bei der es möglich ist, den Schrägverzahnungswinkel eines zu fertigenden Zahnrades stufenlos einzustellen.

Eine gattungsgemäße Schraubenführung ist aus der DE-AS 10 41 767 bekannt. Bei dieser bekannten Stößelfüh­ rung an Zahnradstoß- und Hobelmaschinen für Gerad- und Schrägverzahnung ist eine Stoßspindel mit einem zylin­ drischen Führungskörper vorgesehen, der in einem ihn hülsenförmig übergreifenden zweiten Führungskörper an einer Schrägleiste gleitet. Die Stoßspindel einerseits und der Führungskörper andererseits sind je an Schlitten befestigt, die wiederum durch Hubzapfen auf Hubscheiben gelagert sind, welche von einem gemeinsamen Antriebsrad synchron in Drehung versetzt werden. Hierbei läßt sich die Exzentrizität der Hubzapfen auf den Hubscheiben ver­ stellen, so daß die jeweiligen Relativgeschwindigkeiten und -bewegungen der Stoßspindel und des Führungskörpers einstellbar sind und ein an der Stoßspindel gelagertes Schneidrad je nach dem Relativverhältnis der Exzentrizi­ täten der Hubzapfen an einem Zahnrad eine Gerad- oder Schrägverzahnung mit unterschiedlichen Steigungswinkeln in verschiedene Steigungsrichtungen herstellbar ist.

Nachteilig bei der Stößelführung gemäß der DE-AS 10 41 767 ist, daß die Exzentrizitäten der Hubzap­ fen auf den Hubscheiben bei stillstehendem Antrieb von Hand, beispielsweise durch ein Schraubengewinde oder dergleichen verstellt werden müssen. Selbst eine gering­ fügige Abweichung der eingestellten Exzentrizität von der Soll-Exzentrizität bewirkt, daß ein Zahnrad gefertigt wird, welches nicht mehr den gewünschten Steigungswinkel oder dergleichen aufweist. So ist es insbesondere pro­ blematisch, ein geradverzahntes Zahnrad zu fertigen, da hierbei das Verhältnis der Exzentrizitäten der Hubzapfen auf den Hubscheiben 1 : 1 sein muß, was - wenn überhaupt - nur mit sehr hohem konstruktionstechnischen Aufwand er­ zielbar ist. So wäre es beispielsweise denkbar, die Ex­ zentrizitäten mittels Mikrometerschrauben einzustellen, was jedoch eine derartige Stößelführung aufwendig und teuer und insbesondere im rauhen Einsatz einer Werkzeug­ fertigungsmaschine störanfällig aufgrund von Verschmut­ zung durch Kühlwasser, Spanabfall oder dergleichen machen würde.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schraubenführung für die Werkzeugspindel einer Zahnradwälzstoßmaschine für gerad- und schrägverzahnte Zahnräder nach dem Oberbegriff des Patentanspruches der­ art auszubilden, daß mit ihr mittels eines einzigen Ein­ stellgliedes eine exakte Einstellung der von dem Schneidkopf ausgeführten Wälzstoß-Bewegung durchführbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruches.

Wird erfindungsgemäß die drehbare Hauptspindel in axialer Richtung mittels einer ersten Antriebsvorrichtung hin- und herbewegt, erfolgt eine drehende Hin- und Herbewegung mit einer bestimmten Steigung, welche durch eine Kombi­ nation eines ersten schraubenförmigen Vorsprungs an einer männlichen Schablone und einer ersten schrauben­ förmigen Vertiefung an einer ersten weiblichen Schablone bestimmt ist. Gleichzeitig wird die erste weibliche Schablone mittels eines Verbindungsmechanismus axial hin- und herbewegt und führt gleichzeitig eine drehende Hin- und Herbewegung mit einer Steigung aus, welche durch eine Kombination des zweiten schraubenförmigen Vorsprunges an der ersten weiblichen Schablone und der zweiten schraub­ benförmigen Vertiefung an der zweiten weiblichen Scha­ blone bestimmt ist. Hierbei ist ein Verhältnis von Bewe­ gungsrichtung und -geschwindigkeit zwischen der Haupt­ spindel und der ersten weiblichen Schablone durch Ändern der Lage einer Schwingachse eines Schwinghebels ein­ stellbar, wobei der Schwinghebel zusammen mit einem wei­ teren Schwinghebel zwangsläufig gekoppelt ist und den Verbindungsmechanismus bildet.

Eine Drehbewegung der Hauptspindel wird durch eine Kom­ bination der folgenden Drehbewegung verursacht:
Drehbewegung verursacht durch eine Kombination der männ­ lichen Schablone und der ersten weiblichen Schablone mit einer Drehbewegung verursacht durch eine Kombination der ersten weiblichen Schablone und der zweiten weiblichen Schablone. Wenn der eingestellte Schraubungswinkel ver­ ändert werden soll, wird der Betrag der kombinierten Drehbewegungen durch eine Änderung der Hebelstellung in dem Verbindungsmechanismus und eine Änderung der Verset­ zungsgeschwindigkeit der Hauptspindel relativ zur ersten weiblichen Schablone in axialer Richtung eingestellt.

Die erfindungsgemäße Schraubenführung weist die folgenden wesentlichen Vorteile auf:
Wenn die Schraubenführung bei einer Zahnradfertigungsma­ schine verwendet wird, kann ein Schrägverzahnungswinkel stufenlos unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit der Hauptspindel und der Schraubenführung in axialer Richtung eingestellt werden. Somit kann der Schrägverzahnungswin­ kel des herzustellenden schrägverzahnten Zahnrades auf alle gewünschten Werte eingestellt werden. Dies wiederum hat zur Folge, daß verschiedenste schräg- oder geradver­ zahnte Zahnräder mit den verschiedensten Verzahnungswin­ keln hergestellt werden können, ohne daß hierbei spe­ zielle Vorbereitungen getroffen werden müssen. Einschrän­ kungen bezüglich der Ausgestaltung eines schrägverzahnten Zahnrades treten praktisch nicht mehr auf und die Vorbe­ reitungszeiten für die Fertigung werden wesentlich ver­ kürzt, so daß der gesamte Herstellungsvorgang wesentlich effizienter wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine seitliche Schnittdarstellung einer Schrau­ benführung gemäß einer bevorzugten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV in Fig. 1;

Fig. 4 in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Steigungsdrehwinkel der Hauptspindel und dem Hebelpunkt einer Hebelvorrichtung; und

Fig. 5 eine teilweise Schnittdarstellung eines bekannten Kurbelmechanismus, der für die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Er­ findung anwendbar ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig 1 bis 5 soll nun eine vorzugsweise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.

Wie aus den Figuren hervorgeht, weist die erfindungsgemäße Schraubenführung eine drehbare Hauptspindel 111 auf, welche an ihrem unteren Ende ein Schneidwerkzeug 112 trägt. Die Hauptspindel 111 ist in einem Schneidkopf 114 mittels ei­ nes Lagers 113 derart gelagert, daß sie sowohl in axialer Richtung auf- und abbewegbar ist als sich auch in Umfangs­ richtung drehen kann. Eine männliche oder Außenschablone 115 mit einem ersten schraubenförmigen Vorsprung 115 a ist an einem oberen sich verjüngenden Abschnitt 111 a der Hauptspindel 111 befestigt. Um die Außenschablone 115 ist eine weibliche oder Innenschablone 116 derart angeordnet, daß der erste schraubenförmige Vorsprung 115 a an der Innenschablone 115 in einer ersten schraubenförmigen Aus­ nehmung 116 a an der Innenwand der ersten Innenschablone 116 verläuft. An der Außenumfangsoberfläche der ersten Schablone 116 ist ein zweiter schraubenförmiger Vorsprung 116 b ausgebildet. Es sei hier festgehalten, daß der zweite schraubenförmige Vorsprung 116 b die gleiche Steigung wie der erste Vorsprung 115 a aufweist, aber in entgegengesetz­ ter Richtung verläuft. Um die erste weibliche Schablone 116 ist eine zweite weibliche Schablone 117 derart ange­ ordnet, daß der zweite Vorsprung 116 b an der ersten Scha­ blone 116 in einer zweiten schraubenförmigen Ausnehmung 117 a an der Innenwand der zweiten weiblichen Schablone 117 verläuft. Während der Zahnradfertigung wird die zweite weibliche Schablone 117 in synchroner Beziehung relativ zu einem schrägverzahnten Zahnrad gedreht, welches zu ferti­ gen ist, wobei diese Drehung durch ein Schneckenrad 118 und eine in der Zeichnung nicht dargestellte Schnecke er­ folgt. An der Spitze der männlichen Schablone 115 ist ein Lagerkäfig 119 befestigt, so daß die Hauptspindel 111 über die männliche Schablone 115 und den Lagerkäfig 119 mit einer Verbindungsstange 120 verbunden ist, welche mittels eines Kurbelmechanismus 181 (Fig. 5) antreibbar ist, wo­ bei der Kurbelmechanismus mit einer Kurbelwelle 180 ver­ bunden ist, so daß die Hauptspindel auf- und abbewegbar ist. Wenn somit der Kurbelmechanismus 181 angetrieben wird, wird die Hauptspindel 111 über die Verbindungsstange 120 und ein Lager 121 in axialer Richtung auf- und abbe­ wegt.

Der Kurbelmechanismus 181 wird noch im Detail erläutert.

Mittels eines Flansches 122 ist die Hauptspindel 111 fest mit der ersten weiblichen Schablone 116 verbunden. An ei­ nem Flansch 123, der einstückig an dem Flansch 122 ausge­ bildet ist, ist eine umlaufende Ausnehmung 123 a ausgebil­ det, wohingegen eine weitere umlaufende Ausnehmung 124 a an einem Flansch 124 ausgebildet ist, der seinerseits ein­ stückig an der Hauptspindel 111 ausgebildet ist. Wie ins­ besondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist ein Paar von Gleit­ steinen 125 in der Ausnehmung 123 a gleitbeweglich geführt, wobei jeder der Gleitsteine 125 schwenkbeweglich über ein Zwischenstück 127 und einen Bolzen 126 gelagert ist. Das Zwischenstück 127 wiederum ist um einen Lagerbolzen 128 drehbar, der in dem Schneidkopf 114 gelagert ist. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist ein Rahmen 129 derart gelagert, daß er sich in einer Führung 130 im rechten Winkel relativ zur Hauptspindel 111 bewegen kann. Ein Paar von Lagerbolzen 132 dient als Schwenkpunkt für ein Zwischenstück 131 und ist zu beiden Seiten des Rahmens 129 gehalten, wobei ein Gleitstein 133, der in dem Zwischenstück 131 läuft, an jedem der Lagerbolzen 132 gelagert ist. Ein weiteres Paar von Gleitsteinen 135 ist mittels Bolzen 134 an beiden Seiten des Zwischenstückes 131 gelagert und verläuft in der ringförmigen Ausnehmung 124 a. Das Zwischenstück 127 bzw. das Zwischenstück 131 tragen mittels Bolzen 136 bzw. 137 Gleitsteine 138 bzw. 139.

Der Schneidkopf 114 weist ein Zwischenstück 140 auf, wel­ ches parallel zur Hauptspindel 111 gleitbeweglich ist und die Gleitsteine 138 und 139 sind in rechteckigen Ausneh­ mungen an beiden Endstücken des Zwischenstückes 140 ein­ gesetzt. Wenn durch eine Gleitbewegung des Rahmens 129 die Lagerbolzen 132 versetzt werden, wird eine Versetzung des Zwischenstückes 131 durch entsprechende Anschlagmittel verhindert, welche jedoch in der Zeichnung nicht darge­ stellt sind.

Die Arbeits- bzw. Funktionsweise der beschriebenen Ausfüh­ rungsform wird im folgenden erläutert:

Die Hauptspindel 111 mit dem Schneidwerkzeug 112 wird zu­ sammen mit der männlichen Schablone 115 auf- und abbewegt, wenn die Verbindungsstange 120 angetrieben wird. Der Flansch 124 an der Hauptspindel 111 bewegt die Zwischen­ stücke 131, 140 und 127 und bewegt weiterhin die erste weibliche Schablone 116 über den Flansch 123 und den Flansch 122 relativ zur Hauptspindel 111 auf und ab. Wäh­ rend der Bewegung des Flansches 124 wird sowohl die Dreh­ bewegung der Hauptspindel 111, welche durch die Steigung des ersten Vorsprunges 115 a an der Schablone 115 als auch die Bewegung der Hauptspindel, welche durch die Steigung des zweiten Vorsprunges 116 b an der ersten weiblichen Schablone 116 erzeugt wird in eine Drehbewegung der Hauptspindel 111 über die Zwischenstücke 131, 140 und 127 entsprechend dem Hub der Relativbewegung durch eine Kom­ bination der männlichen Schablone 115 und der ersten weib­ lichen Schablone 116 übertragen, so daß die Hauptspindel 111 zusätzlich zur Versetzung in axialer Richtung eine Schraubenbewegung ausführt. Da die Lage der Bolzen 132, welche als Schwenkpunkt für das Zwischenstück 131 dienen mittel des Rahmens 129 versetzt wird, ändert sich der Hub der Relativbewegung der Kombination der männlichen Scha­ blone 115 und der ersten weiblichen Schablone 116. Somit kann der Winkel der Schraubenbewegung der Hauptspindel 111 variiert werden.

Wenn gemäß Fig. 1 der Abstand zwischen der Drehachse der Hauptspindel 111 und dem Bolzen 137 mit A festgelegt wird, der Abstand zwischen dem Bolzen 132 und dem Bolzen 137 mit a festgelegt wird, eine Schwenkpunktlage des Zwischen­ stückes 131 mit a/A festgelegt wird und der Steigungs­ drehwinkel der Hauptspindel 111 mit α festgelegt wird, ergibt sich zwischen der Schwenkpunktslage a/A des Zwi­ schenstückes 131 und dem Steigungsdrehwinkel α der Haupt­ spindel 111 eine Beziehung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. In Fig. 4 bedeutet "+", daß die Hauptspindel 111 sich nach rechts dreht und "-" bedeutet, daß sich die Hauptspin­ del nach links dreht; "rechts" und "links" bedeutet aus der Richtung der Verbindungsstange gesehen. Wie weiterhin aus der Zeichnung hervorgeht, verursacht eine Versetzung der Schwenkpunktslage des Zwischenstückes 131 in Richtung auf die Hauptspindel 111, daß sich diese nach links dreht und eine Versetzung der Schwenkpunktslage des Zwischen­ stückes 131 in Richtung des Bolzens 137 bewirkt, daß sich die Hauptspindel 111 nach rechts dreht. Somit kann jeder Schraubendrehwinkel der Hauptspindel 111 einjustiert wer­ den.

Wird die erste weibliche Schablone 116 stationär gehalten, dann führt die Hauptspindel 111 eine Drehung entsprechend der Steigung des ersten Vorsprunges 115 a an der männlichen Schablone 115 aus. Wird die erste weibliche Schablone 116 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Hauptspindel 111 in axialer Richtung bewegt, führt letztere eine Drehung entsprechend der Steigung des zweiten Vorsprunges 116 b an der ersten weiblichen Schablone 116 aus. Wird die erste weibliche Schablone 116 in axialer Richtung mit der halben Geschwindigkeit der männlichen Schablone 115 bewegt, wird die Drehbewegung der ersten Schablone 116 durch die Dreh­ bewegung der männlichen Schablone 115 neutralisiert, so daß die Hauptspindel 111 nur eine Bewegung in axialer Richtung ausführt.

Anhand von Fig. 5 soll im folgenden der Aufbau des Kur­ belmechanismus 181 zum Antrieb der Verbindungsstange 120 näher erläutert werden.

Am freien Ende der Kurbelwelle 180 ist ein Flansch 182 befestigt und eine Exzenterwelle 183 ist an dem Flansch 182 derart gelagert, daß sie sich in radialer Richtung relativ zur Kurbelwelle 180 verschieben läßt. Das obere Ende der Verbindungsstange 120 ist mittels eines Lagers 184 schwenkbeweglich an der Exzenterwelle 183 gelagert. Das andere Ende der Verbindungsstange 120 ist mittels ei­ nes weiteren Lagers 121 schwenkbeweglich an der männlichen Schablone 115 gelagert. Wenn die Kurbelwelle 180 gedreht wird, wobei die Exzenterwelle 183 relativ zur Drehachse der Kurbelwelle 180 um einen bestimmten Betrag exzentrisch angeordnet ist, wird die männliche Schablone 115 mittels der Verbindungsstange 120 in axialer Richtung der Haupt­ spindel 111 um einen bestimmten Betrag auf- und abbewegt.

Der Mechanismus weist weiterhin eine Einstellschraube 185 auf, so daß die Lage der Exzenterwelle 183 in radialer Richtung relativ zur Kurbelwelle 180 durch Drehen der Einstellschraube 185 eingestellt werden kann. Insbesondere kann somit der Exzentrizitätsgrad eingestellt werden. Durch Änderung der Exzentrizität kann somit die Hubhöhe auf den gewünschten Wert eingestellt werden.

Bei der Beschreibung dieser Ausführungsform wurde davon ausgegangen, daß der erste schraubenförmige Vor­ sprung 115 a die gleiche Steigung wie der zweite schrau­ benförmige Vorsprung 116 b mit entgegengesetzter Drehrich­ tung aufweist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt; der Betrag der Stei­ gung und die Richtung der Schraubenwindung können frei ge­ wählt werden.

Wie aus der obigen Beschreibung und der dazugehörigen Zeichnung hervorgeht, kann der Steigungswinkel der Haupt­ spindel 111 unter Verwendung der Zwischenstücke 127, 131 und 140 auf den gewünschten Wert einjustiert werden. Somit hat diese Vorrichtung den Vorteil, daß beliebige Mittel verwendet werden können, um die Hauptspindel 111 in axialer Richtung zu bewegen und Änderungen des Hubes der Hauptspindel 111 in axialer Richtung können durch ent­ sprechende Einstellungen der Zwischenteile 127, 131 und 140 kompensiert werden. Weiterhin kann eine korrekte Schraubendrehung erreicht werden, selbst dann, wenn die Versetzungsgeschwindigkeit der Hauptspindel 111 in axialer Richtung sich nicht linear ändert. Da die Versetzung des Schwenkpunktes der Zwischenstücke 127, 131 und 140 durch Versetzung des Rahmens 129 durchgeführt wird, kann der Mechanismus zur Versetzung des Schwenkpunktes einfach auf­ gebaut sein und weiterhin kann eine automatische Steuerung der Schwenkpunktsversetzung ohne weiteres ermöglicht wer­ den. Da weiterhin die Einstellteile miteinander in Ober­ flächenanlage sind, weist der gesamte Mechanismus eine hohe Steifigkeit auf.

Claims (2)

1. Schraubenführung für die Werkzeugspindel einer Zahnradwälzstoßmaschine für gerad- und schrägverzahnte Zahnräder, mit:

• - einer Hauptspindel, welche in axialer Richtung hin- und herbewegbar ist und sich in Umfangsrichtung dreht;
• - einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Haupt­ spindel, so daß sich diese hin- und herbewegt;
• - einer männlichen Schablone, welche mit der Hauptspin­ del fest verbunden ist oder einstückig an dieser ausgebildet ist und welche einen ersten schrauben­ förmigen Vorsprung aufweist, dessen Steigung und Richtung einem bestimmten benötigten Steigungswinkel entspricht;
• - einer ersten weiblichen Schablone, welche um die männliche Schablone herum angeordnet ist und an ihrer Innenoberfläche eine erste schraubenförmige Ausneh­ mung aufweist, in welche der erste schraubenförmige Vorsprung an der männlichen Schablone eingreift; und
• - einer zweiten weiblichen Schablone, welche um die erste weibliche Schablone herum angeordnet ist und an ihrer inneren Oberfläche eine zweite schraubenförmige Ausnehmung aufweist, in welche der zweite schrauben­ förmige Vorsprung an der ersten weiblichen Schablone eingreift, wobei die zweite weibliche Schablone syn­ chron mit einem zu bearbeitenden Werkstück gedreht wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Paar von Schwinghebeln vorgesehen ist, von denen einer (131) mit der Hauptspindel (111) und der an­ dere (127) mit der ersten weiblichen Schablone (116) gekoppelt ist, wobei die Schwinghebel miteinander zwangsläufig gekoppelt sind;
• - eine Schwingachse (133) des einen Schwinghebels (131) verstellbar ist und eine Schwingachse (128) des anderen Schwinghebels (127) ortsfest ist; und
• - ein Verhältnis von Bewegungsrichtung und -geschwin­ digkeit zwischen der Hauptspindel (111) und der er­ sten weiblichen Schablone (116) durch Ändern der Lage der Schwingachse (133) des einen Schwinghebels (131) einstellbar ist.