DE573161C - Nach dem Abwaelzverfahren arbeitende Maschine zur Herstellung von angenaehert korrekten Verzahnungen an elliptischen Raedern - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 28. MÄRZ 1933

Die maschinelle Herstellung elliptischer Verzahnungen mittels Profilfräsers ist bekannt aus dem 1911 erschienenen »American Maschinist Gear Book« von L-ogue, Seite257 bis 263, und aus dem Buch von Grant »Treatise on Gear .Wheels« 1907, Seite 82 und 83. Diese Verfahren sind aber trotz Verwendung besonderer Vorrichtungen sehr zeitraubend, und die Herstellung völlig korrekter Verzahnungen an Ellipsenrädern würde auf außerordentliche Schwierigkeiten stoßen.

Der durch den Erfindungsgegenstand zu erzielende Fortschritt gegenüber dem Bekannten besteht darin, daß es möglich ist, mit einer für die Bedürfnisse der Praxis ausreichenden Genauigkeit an Ellipsenrädern mit einem gewöhnlichen, für die Herstellung von Evolvetitenverzahnungen bestimmten Stirnradwälzfräser an sämtlichen Stellen des Umfanges Zahnprofile zu schneiden, welche genauer sind als die, welche man mit den üblichen Profilfräsern für, verschiedene Zähnezahlen nach dem Teilverfahren erzielen könnte, und daß außerdem die Herstellung in einem ununterbrochenen Arbeitsgang ohne die beim Auswechseln der Profilfräser unvermeidlichen Ungenauigkeiten erfolgt und deshalb auch bedeutend weniger Zeit erfordert.

Bei elliptischen Zahnrädern müssen die Mittellinien der Zähme die Richtung der Normalen haben, so daß beim Abwälzen zweier Ellipsenräder aufeinander die Zahnmittellinien stets rechtwinklig auf der gemeinsamen Tangente in Berührungspunkte der Teilellipsen * stehen. Der Abwälzvorgang kann demnach an jeder Stelle mit dem Abwälzen zweier kreisförmiger Stirnräder verglichen werden, deren Teilkreishalbmessear gleich den Krümmungsradien beider Teilellipsen an den betreffenden Stellen sind. Ebenfalls kann die gemeinsame Tangente durch die Profilliniei einer Zahnstange ersetzt gedacht werden; denn relativ zur gemeinsamen Tangente wälzt sich jedes Rad so ab, daß es sich in jedem Augenblick um den jeweiligen Krümmungsmittelpunkt des gerade abrollenden Bogenstückes dreht. Eine Abwälzfräsmaschine für elliptische Zahnräder hat also folgende Hauptbedingungen zu erfüllen:

1. Die Achse des Wälzfräsers muß stets rechtwinklig stehen zur Normalen im Berührungspunkte des Fräserteilmantels mit der Teilellipse des Werkstücks.

2. Die Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks muß so geregelt werden, daß sich der Abwälzfräser relativ zu seiner Axialdrehung gleichförmig auf dem Umfange der Teilellipse fortbewegt.

Auf der Zeichnung zeigt

Abb. ι die Konstruktion einer Ellipse sowie die geometrischen Grundlagen der Fräserbewegung und des Getriebes zur Regelung der Winkelgeschwindigkeit des -Werk-Stücks, „ ■.

Abb. 2 den Quadranten h der Abb. ι mit dem Fräser in verschiedenen Stellungen, Abb. 3 die Ellipse in verschiedenen Lagen, Abb. 4 die schematische Darstellung einer Ausführungsmöglichkeit der Maschine.

Eine bekannte Ellipsenkonstruktion aus den beiden Halbachsen α und b zeigt der Quadrant g in Abb. i. Um den Punkt ο sind Kreise beschrieben mit den Radien a, b und to a + b. Die Gerade o-e ergibt die Schnittpunkte c und d. Durch diese Punkte sind Parallele zum Achsenkreuz gezogen, die den Schnittpunkt f ergeben, welcher ein Punkt der Ellipse ist. Die Verbindung e-f gibt die Richtung der Normalen in f an. Nach dem Ortssatz: »Der geometrische Ort der Spitzen aller rechtwinkligen Dreiecke über derselben Hypotenuse ist der über der Hypotenuse als Durchmesser beschriebene Kreis (Thaleskreis)« liegt der Punkt/ stets auf einem Kreise, der die Strecke c-d als Durchmesser hat. Dies ist im Quadranten h in Abb. 1 gezeigt. Für den Kreis gilt der Lehrsatz: »Der Zentriwinkel ist¹ doppelt so groß wie der Peripheriewinkel, der mit ihm auf demselben Bogen steht.« Es ist demnach der Winkel C₁ I₁ M₁ doppelt so groß wie der Winkel C₁ (I₁I₁. Daraus ergibt sich, daß ebenfalls eine genaue Ellipse erzeugt wird, wenn sich der Punkt I mit doppelter Winkelgeschwindigkeit und im entgegengesetzten Drehsinn um' m dreht, wie sich m bzw. η um 0 dreht. Dabei müssen die

Entfernungen o-m = —^!— und m-l — ——

sein. Die Verbindungen H₁-I₁, H₂-I₂ 'usw. entsprechen der Verbindung e-f und geben demnach ebenfalls die Richtungen der Normalen in den Punkten I₁, I₂ usw. an. Zu diesen Normalen muß die Mittelachse des Wälzfräsers stets rechtwinklig stehen. Die Abb. 2 zeigt nochmals den Quadranten h mit verschiedenen Stellungen des Fräsers. Dieselbe Wirkung wird erzielt, wenn die Punkte tn und ti feststehen, und L dreht sich mit doppelter Winkelgeschwindigkeit im gleichen Drehsinne um m, wie sich die Ellipse um σ dreht. Dies zeigt die Abb. 3. Die Verbindungslinien l-n, I₁-Ii USAV. geben wieder die Richtungen der Normalen an. Das sind die geometrischen Grundlagen der Fräserbewegung zur Erzeugung einer genauen Ellipse. Aus Abb.. 2 ist deutlich zu erkennen, daß bei gleichmäßiger Teilung des Kreises durch den Punkt m eine ungleiche Teilung auf dem Ellipsenumfange entsteht. Da aber bei der Verzahnung der Umfang der Teilellipse gleichmäßig geteilt werden muß, ist es notwendig, den Punkt m so zu bewegen, daß sich der Punkt I gleichförmig auf dem Ellipsenumfange bewegt. Diesen Zweck erfüllt ein Getriebe, dessen Konstruktionsgrundlagen, die folgenden sind: Im Quadranten i in Abb. 1 ist der Ellipsenumfang durch die Punkte I₅, I₁₁, I₁ in gleiche Teile geteilt. Die zugehörigen Kreismittelpunkte sind W₅, W₆, m₇. Durch die Punkte p, p_x und p₂ ist der Umfang des Kreises, der mit dem Halbmesser a -j- b um 0 geschlagen ist, ebenfalls in gleiche Teile geteilt. Bei dieser Konstruktion ergibt sich nun, daß die Linie 1₅-ρ parallel zu \o-m₅ ist,, ebenso ist Z₆-^₁ parallel zu o-m_e, l₇-p₂ parallel zu o-m₇. Dasselbe ergibt sich auch, wenn der Kreishalbmesser α -f- b und die Strecke m-l im gleichen Verhältnis verkürzt werden. Im Quadranten k ist beispielsweise beides nur halb so groß wie im Quadranten i, ynd es ergeben sich daraus die Punkte r und q, deren Verbindungslinie parallel zu o-w₉ ist.

Von dem Erfindungsgegenstand zeigt die Abb. 4 die schematische Darstellung einer Ausführungsmöglichkeit. Die gleichmäßige Drehbewegung der Welle 1 wird durch Kegelräder 2, 3, Welle 4, Kegelräder 5, 6 und Gelenkwelle 7 auf den schneckenförmigen Stirnradwälzfräser 8 übertragen. Durch · Zahnrad 9 auf Welle 1, Wechselräder 10, 11, 12, 13 und Welle 14 mit Schnecke 15 wird Schneckenrad 16 ebenfalls gleichmäßig angetrieben. An diesem ist ein Bolzen 17 be- go festigt, der den Punkten p, P₁, p₂ in Abb. 1 entspricht und gleichförmig auf einem Kreise umläuft. Dieser Bolzen 17 nimmt die Kulisse 18 mit und dreht damit auch das Rad 21. Durch Drehen des Rades 21 rollen die Räder 22 und 24 auf dem feststehenden Rade 25 ab und drehen die Kurbeln 19 und 20. Die Kurbel 19 entspricht je nach der Stellung den Strecken m_s-l_s, m_a-l_ß usw., während die Kurbel 20 nur die Parallelführung der Kulisse 18 bewirkt. Die Kulisse 18 entspricht demnach je nach der Stellung der Kurbeln 19 und 20 den Linien l₅-p, 1^p₁ usw. Durch die Drehung der Kurbeln ändert sich 'Ständig die relative Lage der Kulisse 18 zum Rade 21, so daß die gleichförmige Bewegung des Bolzens 17 infolge der Verschiebung der Kulisse eine ungleichförmige Drehung des Rades 21 und des mit ihm durch den Aufspanntisch 26 und Bolzen 27 verbundenen elliptischen Rades 28 ergibt. Diese ungleichförmige Drehung wird auch auf den Kurbelzapfen 30, welcher dem Punkte I entspricht, übertragen, da er durch Kurbel 31, Kegelräder 33, ,34, 35, 36, Welle 37 und Zahnrad 38 derart mit dem Zahnrad 21 in Verbindung steht, daß er die doppelte Winkelgeschwindigkeit des Werkstückes 28 hat. Durch den Kurbelzapfen 30 wird das an der Kulisse 39, welche der Linie l-n entspricht, befestigte Fräserlager 29 so hin und her bewegt und dabei um den Bolzen 32, der dem Punkte η

entspricht, hin und her geschwenkt, daß der Teilmantel des Fräsers 8 stets die Teilellipse des Werkstücks 28 tangiert. Die Bewegung der Kurbel 31 ist von der Bewegung des Werkstücks abhängig, wie aus der Beschreibung der geometrischen Grundlagen für die Fräserbewegung schon hervorgeht. Die periodisch wechselnde Winkelgeschwindigkeit beider Teile ist notwendig, weil sich bei gleichförmiger Axial drehung des Fräsers der Berührungspunkt des Fräserteilmantels mit der Teilellipse gleichförmig auf der letzteren fortbewegen muß. Es müssen also die sonst durch die Drehung der Kurbel 31 entstehenden Beschleunigungen und Verzögerungen der Bewegung des Berührungspunktes auf der Teilellipse ausgeglichen werden. Dazu dient das aus der Kulisse 18, den Kurbeln 19, 20 und den Zahnrädern 21 bis 25 bestehende Getriebe, dessen Konstruktionsgrundlagen bereits weiter vorn beschrieben wurden. Der Hub der Kurbeln 19, 20 und 31 sowie die Lagerung der Kurbel 31 und die Bolzen 17 und 32 müssen verstellbar sein. Die Maschine kann auch in anderer Anordnung und unter Anwendung anderer Übertragungsmittel, wie Ketten u. dgl., ausgeführt werden. Das Wesen der Erfindung besteht jedoch darin, daß der Abwälzfräser so geführt wird, daß der Berührungspunkt seines Teilmantels mit der Teilellipse /des Werkstücks eine Kreisbewegung ausführt und daß dabei seine Mittelachse stets rechtwinklig zur Normalen der Ellipse im Berührungspunkte bleibt, wodurch erreicht wird, daß sich die Teilellipse trotz der Drehung um ihren Mittelpunkt so auf dem eine normale Zahnstange verkörpernden Fräser abwälzt, als wenn sie sich stets um den jeweiligen Krümmungsmittelpunkt des gerade abrollenden Bogenstückes drehen würde, und daß außerdem die Winkelgeschwindigkeit des Werkstückes so geregelt wird, daß sich der Umfang der Teilellipse relativ zur Axialdrehung des Fräsers gleichmäßig am Fräser abwälzt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Nach dem Abwälzverfahren arbeitende Maschine zur Herstellung von angenähert 50 korrekten Verzahnungen an elliptischen Rädern, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Berührungspunkt (I) des Wälzfräserteilmantels mit der Teilellipse des Werkstücks auf einem Kreise bewegt, dessen 55 Durchmesser gleich der Differenz der Halbachsen der Teilellipse ist und dessen Mittelpunkt (m) um die halbe Summe der Halbachsen vom Mittelpunkt (0) der Ellipse entfernt liegt, und daß die Be- 60 wegung dieses Berührungspunktes mit einer Winkelgeschwindigkeit erfolgt, die doppelt so groß ist wie die Winkelgeschwindigkeit des im gleichen Drehsinne sich drehenden Werkstücks, und 65 daß die Normale im Berührungspunkte (/) stets durch einen ortsfesten Punkt (n) geht, dessen Entfernung vom Mittelpunkt des Werkstücks gleich der Summe der beiden Halbachsen der Teilellipse ist, und 7° daß die Winkelgeschwindigkeit des Werkstücks durch ein Getriebe geregelt wird, welches so beschaffen ist, daß ein auf einem Kreise gleichförmig umlaufender Bolzen (17) eine Kulisse (18) und da- 75 durch auch ein mit dem Werkstück verbundenes Zahnrad (21) mitnimmt, in welchem eine Kurbel (19) gelagert ist, die sich mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades dreht und 80 dabei die Kulisse (18), die stets parallel zu dem durch den Mittelpunkt des Kurbellagers gehenden Radius des Zahnrades bleibt, bin und her bewegt, so daß sich eine ungleichförmige Drehbewegung des 85 Werkstücks und der den Fräser (8) bewegenden Kurbel (31) ergibt, wodurch, das Voreilen und Nachbleiben des Fräsers beim Hinundherschwenken ausgeglichen wird und der Berührungspunkt (/) sich 9° relativ gleichmäßig auf der Teilellipse fortbewegt.

   Hierzu r Blatt Zeichnungen