DE413477C - Verfahren zur Erzeugung von Korrektionen an geradflankigen Zahnstangenprofilen und an diesen entsprechenden Werkzeugen zur Herstellung von Zahnradprofilen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM U. MAI 1925

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVe 413477 -KLASSE 49 b GRUPPE

(F 510381\49&)

Friedrich Stolzenberg & Co., G. m. b. H. in Berlin-Reinickendorf.

Verfahren zur Erzeugung von Korrektionen an geradflankigen Zahnstangenprofilen und an diesen entsprechenden Werkzeugen zur Herstellung von Zahnradprofilen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Januar 1922 ab.

Von der allgemeinen Vorstellung ausgehend, daß die Zahnstange als Grundelement für die Gestaltung des Profilflanken an Zahnrädern zu betrachten ist, bringt die Erfindung die Lösung der bisher unbefriedigten.., auf vorteilhafteste Bildung der Zahnstangenprofile gerichteten Frage.

Bekanntlich wendet man .bei Herstellung der zur geradflankigen Zahnstange passenden Räder mit geringeren Zähnezahlen ein als Zahnhöhenkorrektion bekanntes Verfahren an, um jenen Mängeln auszuweichen, die gerade mit dem allgemein gebräuchlichen Zahnstangenprofil von 15⁰ Flanken winkel am fühl-

barsten verbunden sind. Außerdem gibt man als Zahnflankenkorrektion den Rädern auch mit höheren Zähnezahlen eine vom Normalen abweichende stärkere Krümmung der ZahnkopfproJfile, um hiermit den mit der Unvollkommenheit der Hilfsmittel verbundenen Ungenauigkeiten einen Ausgleich zu bieten. Allerdings müssen dann zwecks Durchführung dieser willkürlichen Maßregel die Schneidkanten des die Zahnflanken erzeugenden Werkzeuges an der entsprechenden Stelle ebenfalls eine Krümmung erfahren und somit von der Geraden abweichen.

Nach dem neuen Verfahren wird die Krüminung der Zahnstangenflanke nach einer besonderen zykloidenähnlichen Kurve durchgeführt und nach ähnlichen festen Regeln, wie solche bei Ausführung von Verzahnungen allgemein üblich, bestimmt. Die Krümmung wird an beiden Profilenden symmetrisch zur Zahnstangenteillinie vorgenommen. Dieses System stützt sich auf die Tatsache, daß die nach einer Regelkurve gebildeten Zahnköpfe eines zahnstangenartigen Werkzeuges immer regelrechte Fußprolile erzeugen, die nicht allein zum erzeugenden Zahnkopf des Werkzeuges, sondern auch zu den Zahnköpfen aller mit diesem Werkzeug verzahnten Räder passen, sofern eben Zahnfußlücken- und Zahnkopfprofile des Werkzeuges bzw. der Zahnstange kongruent sind.

Da nun hiermit die mit dem Bekannten verbundenen, eben mittels Höhenkorrektion auszugleichenden Mängel in Wegfall kommen, so wird diese im allgemeinen überflüssig. Trotzdem kann aber auch das neue Verfahren mit Höhenkorrektion verbunden sein, da hierdurch, besonders bei hohen Übersetzungen, außerordentlich günstige Gleit- und Abnut-Zungsverhältnisse erzielt werden.

Abb. ι der Zeichnung veranschaulicht die dem neuen Verfahren zugrunde liegende theoretische Entwicklung und Ableitung an einem zahnstangenartigen Werkzeug. Abb. 2 stellt die Eingriffsverhältnisse beim Abwälzen im allgemeinen und im besonderen beim Zusammenarbeiten eines mit Zahnhöhen- ; korrektion hergestellten achtzähnigen Rades ^; mit einer nach dem neuen Verfahren profilierten Zahnstange dar.

Zur Ausführung des neuen Verfahrens wird die zur Flankenkrümmung erforderliche Bewegung der Erzeugenden dadurch erzielt, daß man die Zahnstange oder das Zahnstangenwerkzeug zur Profilgestaltung mit einem in der Profilebene 'liegenden zusätzlichen Wälzsystem, wie das mit den Abbildungen gegebene Schema zeigt, aus einem Rollkreis — Mittelpunkte, DurchmesserD — und der zugehörigen Grundlinie G-G bestehend, in Verbindung bringt.

Beim Abrollen des Kreises auf der Grundlinie beschreibt der Punkt Z desselben die als Orthozykloide bekannte Kurve Z-O. Die Krümmungsstrahlen, derselben hüllen die kongruente, aber entgegengesetzt gerichtete Zykloide 0-P ein, so daß auch die erstere als die Evolvente der anderen betrachtet werden könnte, wenn ein Faden am Punkt P befestigt, vom Punkt O beginnend, abgewickelt wird. Wird aber andererseits der Faden am Scheitelpunkt Z festgehalten und. von O aus abgewickelt, so beschreibt der Endpunkt eine von der vorigen wesentlich verschiedene Kurve 0-K, deren eigenartiger Verlauf jener von der Kopfkante eines Radzahnes in der Zahnlücke der Zahnstange (Abb. 2) beschriebenen Kurve ähnlich ist. Hieraus ergibt sich die naheliegende Folgerung, daß die Evolvente O-K das für die Krümmung der Zahnflanken an der Zahnstange bzw. am Werkzeug (Abb. 1) am besten geeignete Proj fil ergeben muß. Diese Annahme wird durch folgendes gefestigt:

Die Wirksamkeit 'eines normalen, geradflankigen Zahnstangenprofils, seines Zahnkopfeckpunktes und des Kopfeckpunktes vom Radzahriprofü wird begrenzt durch das aus Zähnezahl Z des Rades, Zahnkopfhöhe k und Werkzeugflankenwinkel β zu bestimmende Normaldreieck M-A-B-M (Abb. 2).

Die Hypotenuse dieses Dreiecks ist immer dem Kopfkreishalbmesser des Rades gleich, also B M = R-\- k; die Länge der Kathete M A — R cos β = Grundkreishalbmesser. Die zweite Kathete AB = R cos β tg ψ *= (R-\-k) sin ψ begrenzt mit den Endpunkten A und B den für die Erzeugung des reinen Kreisevolventenprofils in Be-* tracht kommenden Teil der geraden Flanke des Zahnstangenprofils am Werkzeug. Das von der Linie A-B unberührt bleibende Stück Fußflanke am Werkzeug ist belanglos, d.h. nur für die jeweilige Zähnezahl des Rades, denn der Punkt iß taucht um so tiefer in die Zahnstangenebene ein, je höher die Zähnezahl ist, dagegen gibt normalerweise der vom Punkt A abgegrenzte Teil der Kopf flanke den bekannten Unterschnitt am FußprofU des Rades, denn die Bildung der Evolventenkurve ist beendet, wenn die erzeugende Flanke den Punkt A erreicht hat und als Verlängerung der Kathete M-A erscheint; ein darüber hinaus entwickeltes Profil kommt normalerweise als Zahnkurve nicht mehr in Betracht. Um nun dieser nutzlosen Profilbildung vorzubeugen, wendet man eben die bekannte Zahnhöhenkorrektion an, d. h. man rückt den Punkt M bzw. das Rad von. der Zahnstangenteillinie ab, so daß nur etwa der äußerste Punkt des erzeugenden Profils den Punkte, berührt, sobald dieses bei der Abwälzung in

die Verlängerung der Linie M-A kommt. Der Verschiebung des Punktest/ entsprechend, muß, nebenbei bemerkt, der Wert k bzw. der Kopfkreishalbmesser des Rades vergrößert werden. Nun ergibt sich aus augenscheinlicher Betrachtung, daß diese Maßregel durch das neue Verfahren gegenstandslos wird. Gestaltet man nämlich den fraglichen Teil des Profils vom Werkzeugzahnkopf nach der

ίο Kurve 0-K-, so muß sich der korrespondierende Teil des Fußprofils am Rande nach einer für den Zahnkopf der Zahnstange als Gegenprofil vollkommen geeigneten Kurve, ähnlich einer Hypozykloide, entwickeln. Da

j 5 nun das ganze Zahnprofil des Werkzeuges durch die Teillinie desselben (Linie IV-WI, Abb. i) symmetrisch halbiert ist, so muß sich die obere Partie der Zahnköpfe sämtlicher Räder ebenfalls der gekrümmten Fußflanke am Werkzeug anpassen, und zwar je nach dem der Zähnezahl des Rades entsprechenden Abstand des Punktes B vom Zahngrund des Werkzeuges (Abb. 2). Hierbei be- ; schreibt der Eckpunkt des Radzahnkopfes

in der Profilebene des Werkzeuges eine um j die Za'hnkopfhöhe verlängerte Zykloide, j "welche die Werkzeugflanke zeitlich und ort- j lieh zusammen mit dem Punkt B der Linie A-B j berührt. Es ist nun leicht vorstellbar., daß, wenn der Punkt B mit der allmählichen Vergrößerung der Zähnezahl des Rades sich dem ZahngTund der Zahnstange nähert, die von der Summe der verschiedenen Kopfeckpunkte erzeugte Kurvenschar von der Kurve 0-K umhüllt wird. Dasselbe gilt umgekehrt für das Fußprofil im Rade, das durch die Kurve 0-K erzeugt, ebenfalls die Kurvenschar der Kopfpunktbahnen der Räder sämtlicher Zähnezahlen umhüllt.

Zur Festlegung des zusätzlichen Wälzsystems ist nur 'die Bestimmung des Rollkreisdurchmessers D und der Ort seines Mittelpunktes C erforderlich. Der Zusammenhang des normalen Wälzsystems mit dem zusätzliehen besteht in der Zahnteilung und im Werkzeugflankenwinkel β; man kann im all- j gemeinen annehmen: 2 Modul cos² β = Z>. Es kann aber jedes System als Ganzes je nach Flankenwinkel, Zahnhöhe und sonstigen Bedingungen durch Änderung des der Funktion cos β beigegebenen Exponenten beliebig beeinflußt und gestaltet werden; man könnte z. B. für ein besonderes System den Flankenwinkel β mit Rücksicht auf den Lagerdruck sehr niedrig wählen und unter Annahme normaler Zahnhöhen eine höher potenzierte Funktion cos" β zur Bestimmung von D einsetzen.

Die örtliche Bestimmung des Mittelpunktes C richtet sich nach dem Kurvenursprung O₁ der in jedem Fall auf der zur Teillinie W-W senkrechten Halbierungslinie eines vollständigen Zahnlücken- oder Zahnprofils der Zahnstange oder des Zahnstangenwerkzeuges liegt, und zwar in einem Abstand?" — D von der Teillinie W-W entfernt; [T = Zahnteilung, Abb. 1 und 2). Der Mittelpunkt C liegt dann auf einer mit ¹J₂Dt: Abstand vom Nullpunkt errichteten Senkrechten zu W-W und von letzterer um T-— 1V2Z} entfernt.

Die in den Abbildungen angeführten Winkel φ, φ'... sind nur zur Bestimmung der Krümmungsstrahlen ρ, ρ'... erforderlich; die Berechnung derselben ergibt sich aus dem bekannten Entwicklungsgesetz der Zykloide. In jedem Fall muß der Krümmungsstrahl p_x normal zum ungekrümmten Teil der Werkzeugflanke stehen., so daß an der Berührungsfstelle die Krümmung der Flanke beginnt.

Der Vorteil des neuen Verfahrens besteht darin·, daß die Wirkung der Zahnhöhenkorrektion ohne Anwendung des diesbezüglichen bekannten Verfahrens erreicht wird, und daß man aber, wie aus Abb. 2 ersichtlich, auch dieses gleichzeitig mit anwenden kann, um die denkbar besten Gleitverhältnisse zu erzielen, ohne die störenden Abweichungen der Achsenabstände im Gefolge zu haben. Der für die Höhenkorrektion zulässige Höchstwert der Abrückung des Radmittelpunktes -M wird durch die Differenz T — 1 ¹IiP begrenzt und ist in Abb. 2 mit δ max. bezeichnet. Innerhalb dieser Grenze kann die Abweichung ο vom Normalabstamd Teilline W-W bis RadmittelpunktyW positiv oder negativ variieren.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Erzeugung von Korrektionen an geradflankigen Zahnstangenprofilen und an diesen entsprechenden Werkzeugen zur Herstellung von Radzahnprofilen, dadurch gekennzeichnet, daß das die Korrektion erzeugende Werkzeug nach der Evolvente (0-K) einer Zykloide (Z-O) bewegt wird, deren Erzeugungskreis mit seinem Mittelpunkt (C) in einem gewissen Abstande (omax.) parallel zur Teillinie (VV-W) der Zahnstange abrollt und einen Durchmesser (D) hat, dessen Größe vom no Modul und vom Flankenwinkel (ß) des zu korrigierenden Profils (s) abhängig ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.