DE579867C - Verfahren zur Herstellung von Schrauben - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von Schrauben derjenigen Art, die beispielsweise in dem deutschen Patent 455 967 beschrieben sind, ist es mit großen Schwierigkeiten verbunden, diese Schrauben mit genügender Genauigkeit herzustellen. Dieses gilt insbesondere für die Schrauben mit Schraubennächen konkaver Form und besonders für solche mit großer Steigung. Die vorliegende Erfindung gibt eine einfache Herstellungsart solcher Schrauben an, wodurch dieselben billig und genau hergestellt werden können.

Bei der Bearbeitung der Schraubenfläche bzw. Schraubenflächen wird das Werkzeug in an sich bekannter Weise geradlinig schräg zur Achse des Werkstückes hin und her bewegt, und vorzugsweise finden der axiale Vorschub sowie das Drehen des Werkstückes in der Zeit zwischen zwei aufeindanderfolgenden Bearbeitungsperioden statt.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Schraubenflächen in der Form einer Fläche mit Zykloidenartigen Erzeugenden gebildet werden, und zwar mit Hilfe eines Werkzeuges, das bei der Herstellung von konkaven zykloidenartigen Flächen das Werkstück punktweise längs einer Linie und bei der Herstellung von konvexen zykloidenartigen Flächen das Werkstück mit einer konkaven Schnittkante bearbeitet. Hierbei kann vorzugsweise gleichzeitig mit der Bearbeitung der Schraubenfiäche die Außenkante dieser Fläche etwa nach Art einer Zahnradnäche abgerundet werden.

Die Erfindung wird in den beiliegenden Zeichnungen beispielsweise dargestellt.

In Abb. ι bis 6 wird zur Klärung der Erfindung die Herstellung von gewöhnlichen Kreisevolventen im Vergleich, mit der Herstellung von Zykloiden gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Abb. 7 zeigt eine Längenansicht einer Maschine zur Durchführung des Verfahrens. Abb. 8 zeigt einen Teil dieser Maschine nebst dem Werkstück, von der entgegengesetzten Seite aus gesehen. Abb. 9 zeigt einen Querschnitt der Maschine, Abb. 10 einen Schnitt nach dar Linie 10-10 der Abb. 9. Abb. 11 zeigt eine Einzelheit der Maschine. Abb. 12 bis 15 zeigen teilweise Querschnitte des Werkstückes längs der Achse bzw. parallel dazu mit dem Werkzeug in verschiedenen Schnittlagen, und zwar in größerem Maßstabe.

Aus Abb. ι geht die Entstehung einer gewöhnlichen Kreisevolvente hervor. Die Form dieser Kurve entsteht durch die Bedingung, daß die Tangente P-Q jedem Punkt der Länge des BogensP-r_o entspricht.

Eine besondere Eigenschaft dieser Evolventenkurve besteht darin, daß die Tangente T-T' bei Verschiebung und entsprechender Drehung zu dieser seitlichen Verschiebung immer in Berührung mit der Kurve bleibt. Diese Tatsache bildet die mathematische Grundlage für die Herstellung von Verzahnungen mit Hilfe eines geradlinigen Werkzeuges, das seitlich verschoben wird, bzw. wird entsprechend das Werkzeug axial ver-

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schoben, wenn es sich um Schraubenflächen handelt. Hierbeit wird das Werkstück im Verhältnis zu der axialen Verschiebung gedreht.

Aus Abb. 2 ist die gewöhnliehe Spirale ersichtlich. Für diese gilt die Bedingung, daß der Radius proportional zum Winkel ist. Das Schneiden einer Spirale kann durch ein punlctf οrmiges Werkzeug (angedeutet durch Punkt S) ίο erfolgen, das sich längs einer geraden Linie bewegt. Die gerade Linie muß ihrerseits verschoben werden, und das Werkstück muß eine entsprechende Drehbewegung ausführen.

Die für den Erfindungsgegenstand in Betr acht kommenden Zykloiden werden in der Art gemäß Abb. 3 erzeugt. Es handelt sich bei dieser Abbildung um die Darstellung einer konvexen zykloidenförmigen Fläche. Die Kurve wird durch einen Punkt S besdirieben, der sich auf dem Umfang eines auf einem zweiten Kreise abrollenden Kreises befindet.

Tn Abb. 3 hat . der feststehende Kreis den Mittelpunkt O, während der Rollkreis den Mittelpunkt C hat. Wenn der Mittelpunkt dies rollenden Kreises C nach C gelangt, so ergibt sich die Kurve S-S'. Bei jeder Stellung des rollenden Kreises sind also die Bögen P-S und P-S' gleich.

Die entstehende konvexe Zykloide ähnelt der Evolventen gemäß Abb. 1 mit dem Unterschied, daß bei der Evolventen der Kreisbogen P-S gleich der Geraden P-Q ist, während bei der Zykloide der Kreisbogen P-S gleich Kreisbogen P-S' ist. Bei Berücksichtigung dieser Tatsache ergibt sich ohne weiteres, daß die Evolvente, die in Abb. 3 punktiert eingetragen ist, jeweils außerhalb der Zykloide zu liegen kommt.

Abb. 4 zeigt die Entstehung einer konkaven zykloiden Fläche. Im Gegensatz zu Abb. 3, wo der Punkt S auf dem Umfang des rollenden Kreises liegt, befindet sich hierbei der Punkt S außerhalb des Umfanges dieses Kreises. Bei Abrollen des Kreises nach einer Stellung C verschiebt sich entsprechend der Radius C-S, so daß der Punkt S' erhalten wird. Die einzelnen Punkte ergeben wieder die Zykloide.

Für die Art der Herstellung ergibt sich aus der Entstehung der Kurven heraus folgendes:

K on vexe Zykloide η fläche

Wie bereits festgestellt (vgl. hierzu noch

genauer Abb. 5, in der die Epizykloide mit A-B-C-D und die Evolvente mit A'-B'-C-D' bezeichnet ist), ist die Epizykloide schärfer gekrümmt als die Evolvente.

Die Evolvente kann als Einhüllungskurve

einer Reihe von Tangenten A-G, B-H und C-K angesehen werden. Diese Tangenten sind gerade linien, die gegenseitig verschoben und entsprechend gedreht sind. Im vorliegenden Falle können an Stelle dieser Tangenten bei den Zykloidenflächen Schnittlinien von Ebenen betrachtet werden, die Tangentenflächen, zu den Schraubenflächen bilden und in der Längsrichtung verschoben und entsprechend gedreht wei· den.

Hieraus folgt ferner, daß bei der Schraubenfläche nach Evolventenart die Erzeugung durch ein Werkzeug mit gerader Schneidkante vorgenommen werden kann, das in einer Tangentenfläche zu der Schraubenfläche arbeitet (das Werkstück wird hierbei wie gewöhnlich gedreht und entsprechend verschoben bzw. wird das Werkzeug verschoben), und daß andererseits bei der Schraubenfläche nach Zykloidenart, die mehr gekrümmt ist als die Evolventenfläche, die Herstellung durch ein gebogenes Werkzeug erfolgen kann, das nicht längs einer geraden Linie schneidet, sondern mit einer gebogenen Schneidkante. Diese Bogenform der Schneidkante entspricht dem Unterschied zwischen den beiden Kurven.

Ähnliche Überlegungen gelten für die Erzeugung einer

konkaven Zykloidenflache

Wie oben erwähnt, entsteht die erzeugende Zykloide in diesem Falle durch einen Punkt, der außerhalb des rollenden Kreises liegt. Aus Abb. 6 ist ersichtlich, daß die Epizykloide M-N-P die Bedingung aufweist, daß der Winkel m-O-n der gleiche ist wie 0-n-N, wobei die Radien R=0-n und r=M-m = N-n sind. Die Entfernung χ von einem Punkt N auf der Kurve bis zur entsprechenden Linie 0-n wird also durch das Gesetz

■ = K · sin α

definiert.

In Anlehnung an die Art der Herstellung der konvexen zykloidenartigen Fläche wird die konkave Zykloidenfläche mit Hilfe eines punktförmigen Werkzeuges hergestellt, wie dies weiter oben für die Herstellung einer Spirale angegeben wurdfe.

Als Unterschied gegenüber dieser Herstellung ergibt sich beim Schneiden einer konkaven Zykloidenfläche, daß die Verschiebung des Schneidwerkzeuges nicht wie in Abb. 2 in der Richtung der Radien.S'-O, S-O' usw. erfolgt, sondern in Richtung der Tangente zum sogenannten Grundkreis, der in Abb. 4 durch den Mittelpunkt O und den Radius 0-S dargestellt ist.

Wenn man in dieser Weise das ptinktförmige Werkzeug in der Tangentialebene zur Schraubenfläche bewegt, wobei das Werkstück gedreht und in der Längsrichtung verschoben wird, findet man, daß der Punkt N auf der Kurve dadurch festgelegt ist, daß die

Entfernung χ zur Strecke 0-n (Abb. 6) proportional dem Winkel α ist, mit anderen Worten, genügt der PunktJV der Gleichung _r = c · a, wobei c eine Konstante darstellt. Beim Vergleich mit dem oben entwickelten Gesetz entsteht mithin zwischen den Kurven

.v==c· sin α (Konstante = r) * und den Kurven

ein Unterschied. Dieser Unterschied kann aber bei der Ausführung vernachlässigt werden, da er praktisch bedeutungslos ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß, wenn beide Kurven so verschoben werden, daß die Endpunkte P der beiden aufeinanderliegend besonders die Teile der Kurven in der Nähe des Grundpunktes M die gleichen Tangenten haben. Die Kurven liegen, also fast voll-

ao ständig übereinander.

Die Maschine zur Herstellung der Schraubenflächen gemäß der Erfindung soll nun an Hand der Abb. 7 bis 15 näher beschrieben werden.

Das Werkstück 1 wird zwischen zwei Spitzen 2 und 3 (Abb. 7) gehalten. Zwei Werkzeuge 4 (Abb. 8 und 9) sind an einem Kopfstück 5 befestigt, das längs zweier Gleitschienen 6 gleiten kann. Diese Schienen 6 sind an einer Platte 7 befestigt, die drehbar um die Achse 21 befestigt ist. Die Schnittrichtung 10-10 wird mittels einer Gradteilung 9 (Abb. 7) eingestellt, und die Platte 7 wird in einer für jede Schraubenart zu bestimmenden Winkellage an dem Querstück 8 befestigt. Dieses Querstück 8 ruht auf dem Bett 22 und kann auf diesem längs den Gleitschienen 23 verschoben werden. Ein Motor 11 dreht eine Kurbel 12, die mittels einer Kurbelstange 13 das Kopfstück 5 längs den Gleitschienen 6 be-wegt, wodurch die Werkzeuge 4 eine geradlinige Bewegung in der Richtung 10-10 erhalten. Bei jeder vollständigen Drehung der. Welle 21 (Abb. 9, 10 und n) wird auch das kleine Exzenter 45 gedreht, wodurch der Exzenterring 46 sowie die damit verbundene Kurbelstange 47 einmal hin und her bewegt wird. Das Ende dieser Kurbelstange 47 ist durch ein Loch in den Hebel 49 geführt und steuert gleichzeitig durch die beiden an der Kurbelstange 47 befestigten Muttern 48 diesen Hebel 49. Der Hebel 49 kann längs der Welle 14 gleiten und wird gleichzeitig mit dem Ouerstück 8 längs dieser Welle 14 verschoben.

■ Eine längsgehende Nut in der Welle 14 und ein Keil in dem Hebel 49 verbinden die Welle 14 mit dem Hebel 49. Bei jeder Umdrehung der Welle 21 wird also durch das Exzenter 45 der Kurbelstange 47 und dem Hebel 49 dieser Welle 14 eine kleine Drehung vorwärts und rückwärts gegeben. An dem äußeren Ende dieser Welle 14 ist ein anderer Hebel 50-(Abb. n) befestigt, der dieselbe Drehung vorwärts und rückwärts erhält. Auf dem Hebel 50 ist eine kleine Sperrklinke 15 befestigt, die durch eine Feder 51 gegen ein Sperrad 16 gedruckt wird. Dieses Sperrad 16 erhält durch die genannte Vorwärts- und .Rückwärtsbewegung des Hebels 50 und der Sperrklinke 15 eine gewisse Vorwärtsbewegung, die offenbar absatzweise geschieht, und zwar in der Lage, wenn der Exzenterring 46 nach unten bewegt wird, d. h. wenn der Werkzeugträger 5 nach oben bewegt wird. Die Werkzeuge 4 sind so eingerichtet, daß sie nur iii der Richtung nach unten schneiden, und die Bewegung des Sperrades geschieht also in der Zwischenzeit zwischen zwei folgenden Schnitten. Das Sperrad ist direkt mit der Schraube 24 verbunden, welche dem Ouerstück 8 einen gewissen Vorschub erteilt. Gleichzeitig ist das Sperrad 16 durch die Zahnradübersetzung 17 und 18, durch eine Scheibe 19 mit Mitnehmer 20 mit dem Werkstück 1 verbunden. Durch die Drehung des Sperrades 16 wird also auch das Werkstück 1 gedreht. Die Drehung des Werkstückes 1 sowie der Vorschub des Querstückes 8 geschehen beide absatzweise und zu der Zeit, wenn die Werkzeuge 4 rückwärts zwischen zwei folgenden Schnitten bewegt werden.

Die Abb. 12 und 13 zeigen Querschnitte durch eine Schraube mit konvexen Schraubenflächen. Die schraffierte Fläche 25-26-27-28-29-30 (Abb. 12) zeigt einen axialen Querschnitt durch das Gewinde, und das Werkzeug, welches in diesem Falle zweiteilig dargestellt ist, wird durch die Linie längs den Ziffern 31-25-26-32-33 bzw. 34-3°-29-35-3<5 gezeigt. In dieser Lage schneiden die Werkzeuge längs den geraden Kanten 25-26 und 29-30 sowie längs den krummen Kanten 26-32 und 29-35 in der Nähe der Punkte 26 und 29. Indem sidi die Werkzeuge weiterbewegen, ändert sich die Eingrifflage, und in der äußersten Lage, die in Abb. 13 als ein mit dem in Abb. 12 gezeigten parallelen Querschnitt dargestellt ist, berührt nur das eine Werkzeug 31-25-26-32-33, und zwar nur in einem Punkte 32, das Werkstück, das wie vorher schraffiert abgebildet ist. Die krumme Schraubenfläche 26-27 (Abb. 12) wird also durch die Bewegung' des Werkzeuges nach der mittleren Lage (Abb. 12) hergestellt. Die entsprechende andere Schraubenfläche 28-29 wird in gleicher Weise durch eine allmählich geschehene Berührung des schneidenden Punktes von der allerersten Eingriffsstelle, Punkt 35 (Abb. 13, Schraubendurchschnitt punktiert), bis zur mittleren Lage (Abb. 12) hergestellt, wo das Werkzeug das Werkstück im Punkt 29 berührt.

Für die Schraube mit konkayen Schraubenflächen (Abb. 14 und 15) sind die Verhältnisse ähnlich. Das Werkzeug 4 (Abb. 15) berührt zuerst das Werkstück im Punkt 37 (Abb. 12), und die Kante des Werkzeuges schneidet allmählich weiter über die Lage (Abb. 15), wo ein Schneiden nur im Punkt 38 stattfindet, bis in die mittlere Lage (Abb. 14). In dieser Lage schneidet die gerade Kante 39-40 den Boden des Gewindes. In der Fortsetzung nach der Mittellage schneidet die Ecke 40 (Abb. 14) des Werkzeuges die Seite des Gewindes. Eine andere Schnittlage wird durch die punktierte Kurve (Abb. 15) dargestellt, wo das Werkzeug nur im Punkt 41 schneidet.

Die Vorteile dieser Herstellungsweise sind bedeutend. Die Werkzeuge sind sehr einfach und billig. Sowohl die Gewindetiefe wie die Gewindebreite sind leicht regelbar. In einem Schnitt können beide Seiten des Gewindes sowie der Boden bearbeitet werden, und wenn eine Schraube doppelgängig oder mit einer Mehrzahl von Gängen auszuführen ist, können alle Gänge auf einmal geschnitten werden. Der größte Vorteil ist jedoch, daß auch Schrauben mit konkaven Schraubenflächen und mit großen Steigungen geschnitten werden können.

In Abb. 14 und 15 ist ferner durch gestrichelte Linien eine abgeänderte Form des Werkzeuges eingezeichnet, durch welche gleichzeitig mit dem Schneiden der Schraubenflächen >, wenn das Werkzeug zu der in Abb. 15 gezeigten Lage gelangt, die Ecke 37 der betreffenden Schraubenfläche abgeschnitten wird und die Form einer Wälzfläche erhält, wodurch beim Zusammenarbeiten zweier Schrauben ein Rollen ohne Reibung stattfindet, wie dies in dem Patent 518843 näher beschrieben worden ist. Die Schnittlinie der abgerundeten Kantfläche, die in der Nähe der Schnittlage (Abb. 15) geschnitten wird, ist auch in Abb. 14 durch die punktierten Linien 43-43 bzw. 44-44 angegeben. Wenn die schneidenden Kanten 37-38 bzw. 41-42 einfach gerade sind und nur eine genaue Lage und Richtung erhalten, so ist es möglich, den Flächen 43-43 bzw. 44-44 genau diejenige richtige Form zu geben, die für das Rollen (Abwälzen) dieser Flächen gegen die konvexen Schraubenflächen der Schrauben nach Abb. 12 und 13 nötig ist.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Herstellung von Schrauben, bei dem zur Bearbeitung der Scbraubenfläche bzw. Schraubenflächen das Werkzeug geradlinig schräg zur Achse des Werkstückes hin und her bewegt wird und vorzugsweise der axiale Vorschub sowie das Drehen des Werkstückes in der · Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bearbeitungsperioden stattfinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen in der Form einer Fläche mit zykloidenartigen Erzeugenden gebildet werden, und zwar mit Hilfe eines Werkzeuges, das bei der Herstellung von konkaven zykloidenartigen Flächen das Werkstück punktweise längs einer Linie und bei der Herstellung von konvexen zykloidenartigen Flächen das Werkstück mit einer konkaven Schnittkante bearbeitet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Bearbeitung der Schraubenfläche die Außenkante dieser Fläche etwa nach Art einer Wälzfläche abgerundet wird.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen