DE393184C - Verfahren zur Herstellung von Schraubenkegelraedern - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Schraubenzähne an Kegelrädern in der Weise zu hobeln, daß sich das Kegelrad dreht, während sich das Messer geradlinig zur Kegelspitze hinbewegt. Die Zahnflanke ergibt sich dabei als Relativbahn des Messers auf dem Kegelrad.

In der Zeichnung sind in schematischer Weise die zur Erklärung der Erfindung zu betrachtenden Bewegungsvorgänge, Messer-ίο Stellungen u. dgl. veranschaulicht, und zwar zeigen:

Abb. ι und 2 die Verhältnisse an einem Rad mit geraden Zähnen,

Abb. 3 bis 6 die entsprechenden Verhältnisse an einem Schraubenrad.

Abb. 7 bis 9 veranschaulicht die Einstellung und Wirkungsweise des Messers,

Abb. 10 und 11 die Bewegung der Schneidkante des Messers,

Abb. 12 und 13 die verschiedenen Lagen der Eingriffslinie,

Abb. 14 die Verzahnung eines Planrades bei vertauschter Funktion der Kopf- und Fußflanke,

Abb. 15 und 16 die Verhältnisse beim Schneiden von Schraubenrädern nach vorliegender Erfindung.

Um die folgenden Betrachtungen zu vereinfachen, seien die zu erzeugenden Werkstücke Planräder, das sind Kegelräder mit 90⁰ Teilkegelwinkel. Bei der Erzeugung von Kegelrädern mit geraden Zähnen beschreibt die arbeitende Messerkante eine Ebene an dem Rade, und zwar die ebene Flanke 1 eines Zahnes des Planrades 2 (Abb. 1), wobei es gleichgültig ist, welche Gerade 3 oder 4 dieser Fläche (Abb. 2) als Alesserkante ausgebildet wird.

Bei dem Hobeln von Schraubenzähnen an Kegelrädern sind die Stellungen 3 bzw. 4 (aus Abb. 2) der parallel zu sich bewegten Messerkante in bezug auf das sich drehende Planrad 2' untereinander nicht mehr parallel (Abb. 4); diese Stellungen schließen bloß mit den von entsprechenden Punkten der jeweiligen Messerstellung (z. B. vom Punkt x bzw. x¹ der Teilrißfläche) zur Kegelspitze hin gezogenen Geraden gleiche Winkel α ein Csiehe auch α in Abb. 15). Die Zahnflanke des Planrades wird, falls die Schneidkante des Messers eine Gerade ist, aus geraden Linien zusammengesetzt sein. Die Schneidkante des Messers (in Abb. 10 und Abb. 11 als gerade Linie angenommen) bewegt sich aus der Stellung α in die Stellung b derart, daß sich die Messerspitze von Ma zur Kegelspitze 6" hin nach Mb bewegt, während sich das Planrad um den Winkel Ma, S, JTä- (Abb. 11) dreht. Dabei beschreibt die Alesserspitze Ma auf dem Planrade eine Furche Ma, Mb', während die Messerschneidkante α eine Fläche a, b', Mb', Ma erzeugt.

Das Messer bewegt sich mit seiner Spitze Ma längs einer Fußkegelerzeugenden · des Planrades zur Kegelspitze hin. Die Mes- 6g serkante α selbst beschreibt im Räume eine Ebene, die ebenfalls durch die Kegelspitze geht, so daß sich die Messerkante in der Teilrißfläche längs der Geraden Ta, Tb zur Kegelspitze hinbewegt. Das Messer hebt sich so-

mit aus dem Kegelkörper heraus, wodurch die Zahnlücken zur Kegelspitze hin proportional kleiner werden.

Legt man um die Spitze .S¹ als Mittelpunkt eine Kugel vom Radius S₁ Ta (Abb. 11 und 16) und bringt diese mit der Zahnflanke z. B. des Planrades zum Schnitt, so erhält man eine Kurve Z. Eine Tangente a, die man an diese Kurve Z in der Teilrißlinie legt, schließt mit ίο der Teilrißlinie einen Winkel ein, der Eingriffswinkel genannt wird und mit dem entsprechenden Winkel des Gegenrades gleich groß sein muß, daher für "das Gegenrad festliegt. Für jeden vorgegebenen Eingriff swinkel läßt sich in der an die windschiefe Zahnfläche angelegten Tangentialebene 15 (Abb. 3 und 4) eine beliebige Gerade als Schneidkante herausgreifen.

Der Erfindung gemäß wird nun von den ao vielen möglichen Stellungen der Schneidkante des Messers eine ganz bestimmte Stellung herausgegriffen.

vSchneidet man zwei im Eingriff befindliche Kegelräder mit einer Kugelfläche, deren Mittelpunkt in der gemeinsamen Kegelspitze gelegen ist, so werden die Zahnflächen nach ZahnflankenprofUen geschnitten, die während des Eingriffes aufeinander wälzen bzw. gleiten. Der geometrische Ort der aufeinanderfolgenden Berührungspunkte dieser Zahnprofile wird Eingriffslinie genannt.

Findet ein theoretisch richtiger Eingriff statt, so muß der durch den jeweiligen Eingriffspunkt hindurchgelegte größte Kugelkreis, der winkelrecht steht zu dem Element der Zahnflanke in dem entsprechenden Punkt, durch den jeweiligen Berührungspunkt der Teilkreise hindurchgehen. Daraus ergibt sich, flaß die Eingriffslinie unabhängig vom Gegenrad ist, aber für beide Räder gleich und derart gelegen sein muß,* daß die Linien sich decken, wenn man die Räder in Eingriff bringt. Ist die Eingriffslinie bezüglich des Teilkreispunktes, durch den sie hindurchgeht, zentrisch symmetrisch, so haben die Räder Satzradeigenschaft, d. h. man kann alle Kegelräder, die diese Eingriffslinien haben, untereinander, spmit auch mit ein und demselben Planrad in Eingriff bringen. Ist die Eingriffslinie für Kopf- und Fußflanke anders ausgebildet, so kann man zwei Gegenräder (Räder, die miteinander in Eingriff gebracht werden können) nicht mehr mittels eines und desselben Planrades herstellen, sondern nur mittels zweier Planräder, die bezüglich des Kopfes und Fußes vertauschte Eingriffslinien besitzen.

Ist in Abb. 12 die Zahnflanke 16, 17, 18 eine solche mit Satzradeigenschaft, so muß ihre Eingriffslinie 19, 17, 20 bezüglich des Punktes 17 zentrisch symmetrisch liegen, i , d. h. einem Punkte 21 der Eingriffslinie muß ein Punkt 22 derselben Linie entsprechen, der derart liegt, daß Punkt 17 der Halbierungs- ^! punkt der Strecke 21, 17, 22 ist.

In Abb. 13 ist eine Zahnflanke dargestellt, bei welcher der zu Punkt 23 bezüglich 17 symmetrisch gelegene Punkt 24 nicht mehr auf der Eingriffslinie 21, 17,20 liegt.

Bringt man nun zwei Räder in Eingriff, die von ein und demselben Planrad mit un- • symmetrischer Eingriffslinie hergestellt wur- ! den, dann decken sich diese nicht. j Damit nun die Eingriffslinie der Kopf-, flanke des einen Rades gleich der Eingriffslinie der Fußflanke des anderen Rades werde, hat man die Funktionen der Kopf- und Fuß- ! flanke des Planrades zu vertauschen. In Abb. 14 sei ein solches Planrad betrachtet. 31,32,33 sei die Eingriffslinie der Zahnflanke 34, 32, 35. Das eine Kegelrad muß mit dem Planrad auf dessen Seite A in Eingriff abgewälzt werden können, das zugehörige Gegenrad mit demselben Planrad aber auf der _t Seite B.

' Diese bis jetzt allgemein gehaltenen Erörterungen gelten sowohl für Kegelräder als auch für Stirnräder, bei welchen bekanntlich der Mittelpunkt der Kugel ins Unendliche rückt.

Schraubenkegelräder haben nun eine Eingriffslinie, die, auf der Kugel betrachtet, nicht zentrisch symmetrisch liegt, weil das eine Rad eine linke, das andere Rad eine rechte Schraubenlinie besitzt. Die Erzeugung der Schraubenlinie soll unter Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung auf die Weise erfolgen, daß das Messer sich nach einem bestimmten, immer wiederkehrenden Gesetz zur Kegelspitze bewegt, während gleichzeitig das Kegelrad sich um seine Achse nach einem bestimmten Gesetz (z. B. gleichförmig) dreht, und zwar soll die Erzeugung der rechten bzw. linken Schraubenlinie zweier zusammenarbeitender Räder durch Umkehrung der Bewegungsrichtung des Kegelrades verursacht werden.

Auf welche Weise das Messer wieder in dieselbe Zahnlücke gelangt, ist für die Erfindung grundsätzlich gleichgültig. Dies kann entweder durch Zurückdrehen oder durch Wei- u₀ tervordrehen des Kegelrades erreicht werden. Im folgenden seien bloß die Planräder als geometrische Gebilde untersucht, die durch die Bewegung des Messers entstehen und mitdenen die Kegelräder als im Eingriff befindlich gedacht werden können. Das Planrad nimmt an der Drehbewegung des Kegelrades teil, und zwar derart, daß die Teilrißebene des Planrades, die den Teilrißkegel des Kegelrades berührt, mit letzterem gleiche Umfangsgeschwindigkeit besitzt (fortwährend umläuft). Die Schneidkante des Messers erzeugt nun

auf dem umlaufenden Planrad eine Fläche, längs der sie sich immer wieder von neuem bewegt. Es ist nämlich außer der Eingriffsbewegung während des Umlaufes noch eine zusätzliche Abwälzung zur Erzeugung der Zahnflankenform erforderlich, damit der Eingriff des Planrades mit dem Kegelrad in relativ anderen Stellungen erfolgt. .Um dies zu erreichen, können alle bis jetzt bekannten Ab-Wälzvorrichtungen an Kegelradhobelmaschinen herangezogen werden.

Zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung wird die Messerstellung derart gewählt, daß die Planräder für das links- und rechtsgängige Rad die oben angeführte Bedingung erfüllen, daß nämlich beide miteinander identisch sind, wenn man das eine von oben, das andere von unten betrachtet, so daß beim Schneiden ein und dasselbe Planrad, nur von \-erschiedenen Seiten, zur Wirkung kommt.

Wird unter Verdrehung des Kegelrades der in eine Ebene ausgebreiteteWinkel in den Teilrißflächen verstanden, die aufeinander zum Abrollen kommen, so bedeutet in Abb. 15 p q den Messerhub, Winkel />' J? q die gleichzeitige Verdrehung des Planrades bzw. Werkstückes />' q die Relativbahn der Spitze des Werkzeuges auf dem Planrad 2' (Abb. 16), während />' ~p~ ρ", P₁ T₁ p", Q₁' T₁ q_±" und q' q q" die Relativstellungen der Schneidkante des Werkzeuges bezüglich dieses Planrades vorstellen. Die durch diese geraden Erzeugenden gebildete Fläche stellt die Zahnfläche des Planrades dar: ρ P₁ q_t q ist der Schnitt der Zahnfläche mit der Teilrißebene des Plan- ; rades, ρ" p_t" q_t" q" stellen jene Punkte der Messerstellungen dar, die von der Planradebene dieselbe Entfernung wie die zugehörigen Punkte p' P₁ q_t' q haben. Hat man nämlich zwei zusammenarbeitende Räder zu schneiden, bei denen die Fußtiefe des einen ■ Rades gleich der Fußtiefe des anderen ist, so stellt p" P₁" q_t" q" diejenige Relativbahn j dar, die von der Spitze des Messers beim Schneiden des Gegenrades durcheilt werden muß, wobei die Schneidkante des Messers die- j selbe Zahnfläche, jetzt aber von der anderen ί Seite bestreichen muß. Da diese Kurve p" '.

P₁" q," q" nur durch Änderung der Dreh- i richtung des Kegelrades und mit demselben j Bewegungsgesetz des Messers wie für p' P₁ \ ^lh' <l' hergestellt werden soll, so folgt, daß j entsprechende Punkte wie />/, P₁'', q_x' q^' untereinander gleiche Abstände von der Kegelspitze S haben müssen. Ist dies der Fall, dann ist der in der Teilrißebene liegende Punkt P₁, da er von Punkt P₁ und von Punkt P₁" gleich weit entfernt ist, der Fuß- |

punkt des von der Kegelspitze S aus auf die !

Messerschneide gefällten Lotes. Daraus ist zu ersehen, daß bei diesem Verfahren die

Schneidkante P₁ P₁P₁" des Messers senkrecht zu demjenigen in der Teilrißebene liegenden Strahl />' S verläuft, der die absolute Bewegungsbahn des vom Teilrißpunkte zur Kegelspitze hin bewegten Messers darstellt, während das Kegelrad gleichzeitig gedreht wird.

Wie man bei einer korrigierten Verzahnung einer einzigen bestimmten Teilung, bei der die Zahnhöhe ,auf Kopf und Fuß für beide Räder ungleich aufgeteilt ist, vorzugehen hat, ist leicht einzusehen. Die Punkte der Messerschneide, in denen hintereinander die Messerspitzen zu liegen kommen, müssen wieder gleiche Entfernung von der Spitze des Kegelrades besitzen. Da es üblich ist, die Summe der Fußwinkel zweier ineinander- ! laufender, derart korrigierter Räder gleich der Summe der Fußwinkel normaler Räder zu machen, erfolgt somit auch bei ungleicher Zahnhöhenaufteilung die Messereinstellung genau so, wie wenn es sich um normale Zähne mit für beide Räder gleicher Zahntiefe handein würde.

Es bildet daher den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Hobeln von genauen Sehraubenzahnformen an Kegelrädern, bei dem in bekannter Weise go das Messer zur Kegelspitze hin arbeitet und zugleich das Kegelrad gedreht wird, bei dem aber neuartigerweise das Messer in der Weise zur Wirkung kommt, daß seine Schneidkante schräg zu ihrer Schnittrichtung und genau oder annähernd genau senkrecht zur Geraden in der Teilrißebene verläuft, längs welcher sich das Messer zur Kegelspitze hinbewegt.

Abb. 16 ist eine schaubildliche Darstellung der Abb. 10 und 11. In dieser Abbildung steht die Messerschneide a in ihrem Teilrißpunkt Ta senkrecht zu dem Strahl Ta S, längs dem sie sich zur Kegelspitze 5" hinbewegt (,/£; = 90 °), während sie mit der Teilrißebene 2' des Planrades den Winkel e, der gleich dem Eingriffswinkel ist, einschließt. Schneidet man die Zahnfläche a Ma MV b' nach einer Kugel mit dem Mittelpunkt in S, so erhält man die Zahnkurve Z, für welche die Messerschneide α im Punkt Ta eine Tangente ist.

Bei den bis jetzt bekanntgewordenen Verfahren zur Erzeugung von Schraubenzähnen an Kegelrädern wurde diese bestimmte Stellung des Messers nicht ermittelt, sondern das Werkzeug, ein gewöhnlicher Hobelstahl, auf die Weise eingestellt, daß es um die Achse des Hobelstahlschaftes bloß in eine passend ercheinende Stellung gedreht wurde.

Bei der Stellung der Messerschneide nach der Erfindung genügt eine solche Einstellung nicht, da man für einen bestimmten Evolventenwinkel bei derselben Einstellmöglichkeit dem Messer vorher einen ganz bestimmten Schliff geben und dann das Messer wieder

. in eine ganz bestimmte Stellung bringen muß. Der Vorteil der Einstellung des Messers nach der Erfindung besteht darin, daß die in einer

ίο zur Erzeugenden senkrechten Ebene gelegene Flanke 5 des Kegelrades (Abb. 5) von ein und derselben Messerschneidstellung 13 bei der Abwälzung des Kegels auf dem Planrade geschnitten wird. Ist das Messer nicht in der bestimmten Stellung, so wird- eine in einer zum Strahl senkrechten Ebene gelegene Flanke von verschiedenen Messerstellungen geschnitten, denn die geraden Linien 6, 7, 8 (Abb. 6), die durch die Stellungen der Messerschneide bestimmt werden, schließen mit dem zur Kegelspitze 5" hinführenden Strahl einen von 90⁰ verschiedenen Winkel ein. Bei einer solchen Ausbildung der Zahnflanken kann nur von einer gerade geeigneten Form die Rede sein, während bei der Wirkung des Schneidstahls nach der Erfindung sowohl der Eingriffswinkel, da er gleich dem Schneidstahlwinkel ist, genau eingestellt werden kann, als auch die Flankenform dieser Schraubenkegelräder ebenso genau wird wie bei -Kegelrädern mit geraden Zähnen.

Die Abb. 7 und 8 veranschaulichen ein mit einer Schneide wirksames Seitenmesser, dessen Schneidkante 9 gemäß dem vorliegenden Verfahren schräg zu ihrer Schnittrichtung 10 und genau oder annähernd genau senkrecht zur Bewegungsrichtung 11 des Messers, d. h. zu dem in der Teilrißebene des Planrades liegenden Strahl verläuft, der die Bewegungsrichtung des Messers zur Kegelspitze hin angibt.

Das Messer ist prismenförmig ausgebildet, um es durch einfaches Nachschleifen der Stirnfläche 12 gebrauchsfähig zu erhalten. In den Abb. 7 und 8 ist auch gezeigt, daß die Prismenkanten außer der Neigung δ gegen die an dem Fußkegel des Werkstückes gelegene Tangentialebene, die parallel zur Messerbewegung ist, noch unter einem Winkel gegen die Bewegungsrichtung des Messers geneigt sind, um auf einfache Art einen Anstellwinkel β gegen die Schnittrichtung zu erhalten. Da die schneidende Messerspitze, um den Zahngrund herzustellen, sich längs einer Fußkegelerzeugenden des Planrades bewegen muß, so schließt die Gerade, längs der sich die Messerspitze bewegt, mit der Teilrißebene des Planrades den Fußwinkel ein.

Bei Rädern mit verschiedenen Fußtiefen, die durch verschiedene Teilungen (oder Module) bedingt sind, muß die Lage der schneidenden Messerkante, da sie in der Teilrißebene senkrecht zum Strahl stehen muß, der zur Kegelspitze hingeht (Teilrißerzeugenden), eine verschiedene sein, wodurch für 6g jeden Fuß winkel ein besonderes Messer notwendig wäre. Der Erfindung gemäß ist dies aber nicht notwendig, da ein und dasselbe Messer bei verschiedenen Fußwinkeln dadurch in die richtige Lage gebracht wird, daß der Winkel e tmd mit ihm der Zahnfußwinkel geändert wird. Das Messer wird dabei um eine (z. B. durch die Messerspitze hindurchgehende) Achse senkrecht zur obengenannten Tangentialebene an den Fußkegel gedreht, wobei der Winkel δ (Abb. 7 und 8) gleichbleibt. Der Zahnfußwinkel ist gleich demjenigen Winkel, dessen einer Schenkel das von der Kegelspitze auf die Wasserkante gefällte, im Teilkegel liegende Lot und dessen anderer Schenkel die entsprechende Erzeugende des Fußkegels ist. Doch ist bei dieser Änderung des Winkels e zu beachten, daß der Anstellwinkel β (Abb. 9) größer als Null bleibt. Zum besseren Verständnis veranschaulicht Abb. 9 den wirksamen Teil des Messers nach Abb. 7 und 8 während des Schnittes.

Aus den obigen Ausführungen ist zu ersehen, daß die Messerstellung, um theoritische Genauigkeit der Zahnflanken an Schraubenkegelrädern zu erzielen, den verschiedenen Fußwinkeln entsprechend geändert werden muß und nicht, wie bei der Erzeugung von geraden Zähnen, gleichbleiben darf; die Einstellung der Maschine auf Fußtiefe, Zahnstärke und Teilkegelwinkel erfolgt genau so wie bei Kegelradhobelmaschinen für gerade Zähne.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Schraubenkegelrädern mittels längs der Erzeugenden des Fußkegels nach der Spitze des sich drehenden Kegelrades bewiegten Messers, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (a) des Messers winkelrecht oder annähernd winkelrecht zur jeweiligen Erzeugenden des Teilkegels liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch no gekennzeichnet, daß das Messer in schräger Lage unter einem dem jeweiligen Zahnfußwinkel entsprechenden Winkel (e) eingestellt wird, zu dem Zweck, das gleiche Messer für verschiedene Fußwinkel verwenden zu können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.