DE686364C - Verfahren zur Herstellung von Kegelraedern mit sich schneidenden oder sich kreuzenden Achsen und laengs gekruemmten Zaehnen mittels schneckenfoermigen Werkzeuges - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kegelrädern mit sich schneidenden oder sich kreuzenden Achsen und längs gekrümmten Zähnen mittels schneckenförmigen Werkzeuges, bei denen die Zahnbogen auf der konvexen und konkaven Seite der Zähne verschieden stark gekrümmt sind.

Verfahren dieser Art sind an sich ebenso einfach auszuüben wie andere mit schneckenförmigen Werkzeugen arbeitende Verfahren, bei denen die Aufgabe, einen Krümmungsunterschied zwischen den konvexen und konkaven Seiten der Kegelradzähe vorzusehen.

nicht vorliegt, wie beispielsweise Verfahren zur Herstellung von Kegelrädern mit in der Längsrichtung nach Evolventen gekrümmten Zähnen, also Kegelräder, die sich zwar gut herstellen lassen, sich aber für die praktischen Bedürfnisse bekanntlich als wenig geeignet erwiesen haben.

Die bekannten Verfahren der vorliegenden Art sind jedoch insofern mit einem Mangel behaftet, als sie Abwälzwerkzeuge erfordern, die in der notwendigen Genauigkeit nur sehr schwer herzustellen sind. Das hängt mit der Teilung dieser Fräser zusammen, die in der Teilebene des Erzeugungsplanrades, gemessen von einem Ende der Zähne, nach der Mitte hin zu- und nach dem anderen Ende wieder abnimmt.

Um diese wechselnde Teilung zu erreichen, wird bei den bekannten Verfahren ein Werkzeug verwendet, dessen Kopf-, Teil- und Fußmantel nach außen konkav gekrümmt ist. Die gewünschte Zahnanlage erreicht man dabei

dadurch, daß man den Werkzeugmantel mehr oder weniger stark krümmt.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß drUji angestrebte Ziel, nämlich eine Verbreitenuig? der Zahnlücken nach dem Ende zu, auch dinn^ erreicht wird, wenn man die schwierig genau-] herzustellende Krümmung des Werkzeugmantels vermeidet, sofern nur die Bahn, die ίο das Werkzeug bei seiner Schwenkbewegung bestreicht, die Wölbung aufweist, die ihr bisher mittels des gekrümmten Werkzeugmantels gegeben wurde.

Diese Wölbung der Werkzeugbahn wird, *5 wie in dem nachfolgenden Beispiel erläutert ist, dadurch erreicht, daß der zur Anwendung kommende kegelförmige Schneckenfräser mit gerader Teilmantellinie so verschwenkt wird, daß seine Teilmantellinie mit dem im Kegelfuß liegenden Endpunkt der Planscheibe genähert wird. Bei dieser Arbeitsweise erzeugt die gerade Werkzeugteilmantellinie ein hyperbolisches Grundrad.

Die vorstehend beschriebene Erkenntnis, as mittels einer Geraden ein hyperbolisches Grundrad zu erzeugen, kann auch bei der Ausbildung der kegelförmigen Schneckenfräser verwertet werden, wenn die geradlinige Bahn, auf der die zur Bearbeitung der Schneckenflanken bestimmten Werkzeuge am Schneckenfräser entlang bewegt werden, schräg zur Teilmantellinie des Fräsers verläuft. So wird beispielsweise ein hyperbolisch gekrümmter Teilmantel des Fräsers erzeugt, ohne daß das die Fräserflanken erzeugende Werkzeug verwickelte Bewegungen auszuführen braucht, wenn die die Brustflächen der Fräserzähne erzeugenden Schleifnuten geneigt zu der Mantellinie des Fräsers verlaufen.

Beide Ausführungsformen haben den Vorteil, daß die Krümmung der. Teilmantellinie, von der die Größe der Zahnanlage abhängt, durch einfache Einstellmaßnahmen erzeugt werden kann.

In nachfolgenden Zeichnungen bedeuten: Fig. ι die Anordnung eines Fräsers mit gekrümmter Teilmantellinie,

Fig. 2 die Anordnung eines kegelförmigen Fräsers,

Fig. 3 und 4 die Anordnung des Fräsers an der Planscheibe der Verzahnungsmaschine,

Fig. 5 die Entstehung eines hyperbolischen Körpers,

Fig. 6 bis 8 die geometrischen Beziehungen zwischen den einzelnen Einstellwerten des Werkzeuges,

Fig. 9 Unterschiede zwischen der geradflankigen und der theoretisch richtigen Zahnform,

Fig. 10 schematische Darstellung eine» Tragbildes,

. Fig. 11 und 12 Unterschiede zwischen dem ^Zahnstangenprofil des Werkzeuges und dem ^theoretisch richtigen Zahnprofil, ". Fig. 1.3 bis 16 schematische Darstellungen des erzeugten Tragbildes,

Fig. 17 schneckenförmiges Werkzeug mit hohlen Flanken,

Fig. 18 Abwicklung dazu, Fig. 19 und 20 verschiedene Axialschnitte von schneckenförmigen. Werkzeugen,

Fig. 21 zwei Zähne eines Radpaares, bei denen die Zähne des einen Rades nach abgeänderten Evolventen gekrümmt sind.

Das bekannte Verfahren zur Herstellung von Palloidspiralkegelrädern ist schematisch in Fig. ι veranschaulicht. Es ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines schneckenförmigen Werkzeuges 1, dessen Teil-, Kopf- und Fußmantel nach außen, konkav gekrümmt sind. Beim Verzahnen führt dieses Werkzeug eine derartige Schwenkbewegung aus, daß es sich mit einer Mantellinie seines Teilkörpers in der Bahn des Erzeugungsrades 2 bewegt und daß seine Achse dauernd einen Zylinder um die Achse des_ Erzeugungsrades berührt. Der zu verzahnende Rohling 3 wird in bekannter Weise an das Erzeugungsrad 2 angestellt. .

Die Krümmung des Werkzeugmantels gibt dem Erzeugungsrade eine gewölbte Form, wie auch aus Fig. 1 zu erkennen ist. Infolge dieser Wölbung werden die Zähne nach den Enden zu um ein geringes tiefer eingeschnitten als in der Mitte. Dadurch ergeben sich Zähne, die nur auf einem begrenzten mittleren Teil zur Anlage kommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Her- too stellung von Palloidspiralkegelrädern wird schematisch in Fig. 2 dargestellt. An Stelle des sehr schwer in der erforderlichen Genauigkeit herstellbaren Werkzeuges mit gekrümmtem Teilmantel kommt hier eine Werkzeugschnecke mit gerader Mantellinie, beispielsweise eine Kegelschnecke 4, zur Anwendung.

Wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen, ist das Werkzeug derart eingestellt, daß seine im wirksame Mantellinie 5 in bekannter Weise einen Kreis 6 tangiert. Außerdem ist es derart verschwenkt, daß seine Mantellinie mit dem im Kegelfuß liegenden Endpunkt der Planscheibe 7 genähert wird.

Wird eine derart eingestellte Werkzeugschnecke' durch Drehen der Planscheibe geschwenkt, so verkörpert die Mantellinie des Werkzeuges ein Erzeugungsrad 8 hyperbolischer Form. An diesem Erzeugungsrad iao wird der zu verzahnende Rohling in bekannter Weise abgewälzt.

Die geometrischen Zusammenhänge, auf denen diese neue Arbeitsanweisung beruht werden durch folgende Überlegung verständlich.

Wird eine Gerade 9 gemäß Fig. 5 derart zu einer Achse 10 angeordnet daß sie diese in einem Winkel schneidet, und führt diese Gerade in gleichbleibendem Abstand von der Achse eine Drehbewegung aus, dann erzeugt sie einen hyperbolischen Körper 11. Die Mantellinie dieses Körpers ist nach außen konkav gekrümmt, ähnlich der Teilmantellinie des bisher benutzten Palloidfräsers.

Wie bei den bekannten Verfahren die Begrenzung der Zahnanlage auf einen mehr oder Aveniger großen Teil der Zahnlänge durch eine mehr oder weniger starke Krümmung der Fräsermantellinie erzielt wird, erreicht man bei dem neuen Verfahren die richtige Begrenzung der Zahnanlage dadurch, daß man unmittelbar der Mantellinie des hyperbolischen Erzeugungsrades eine stärkere oder weniger starke Krümmung gibt.

Die Größe der Krümmung an dem hyperbolischen Erzeugungsrad wird zweckmäßig durch die Bogenhöhe h (Fig. 2) ausgedrückt.

Liegt diese Höhe fest, so kann der bei der Einstellung zu beachtende Winkel a (Fig. 4) leicht errechnet werden, beispielsweise nach folgendem Annäherungsverfahren.

Die das hyperbolische Grundrad erzeugende Werkzeugteilmantellinie tangiert gemäß Fig. 6 einen Kegel 12. Nun kann, da es sich um verhältnismäßig geringe Krümmungen handelt, mit ausreichender' Genauigkeit angenommen werden, daß der Abstand der Enden der Mantellinie m von dem Mantel des Kegels 12 gleich ist der Höhe h des Kreisbogens /. Die Länge dieses Bogens kann im zugehörigen Planrad (Fig. 7) leicht ermittelt werden. Nachdem / und h festgelegt sind, kann mit Hilfe der bekannten Zahlentafeln über Bogenhöhe usw. des Einheitskreises der erforderliche Radius r errechnet werden. Aus diesem und dem zeichnerisch leicht feststellbaren Abstand R des Tangierungspunktes von der Radachse ist dann der Einstellwinkel a (Fig. 8) zu errechnen. Es bestehen nämlich

die Beziehungen sin (90⁰ — a) = -^-.

Die Vorteile des neuen Verfahrens liegen aber nicht nur in der Verwendung einfacherer Werkzeuge, sondern es ergeben sich außerdem auch Vorteile dadurch, daß abgeänderte Zahnformen entstehen. Dabei handelt es sich um folgendes:

Bekanntlich hat eine normale Planverzahnung in Richtung der Zahnhölie gerade Flanken. Demgemäß muß auch das ein Planrad verkörpernde Werkzeug gerade Flanken haben.

Ist "nun aber das Erzeugungsrad wie im vorliegenden Fall kein Planrad, sondern ein hyperbolisch gestaltetes Rad, so müssen die Zähne des Erzeugungsrades, wenn theoretisch 6g ^: richtige Evolventen hergestellt werden sollen, in Richtung der Zahnhöhe nicht geradlinig, sondern gekrümmt sein.

Wird nun aber aus Gründen der einfacheren Herstellung auch bei einem hyperbolischen Erzeugungsrad ein geradflankiges Werkzeug benutzt, so· stehen an diesem Werkzeug die Zahnköpfe und Füße um einen gewissen, wenn auch kleinen Betrag gegen die theoretisch richtige, gekrümmte Zahnform vor und .schneiden demzufolge an diesen Stellen (13 in Fig. 9) mehr Werkstoff fort, als es die reine Evolvente erfordert. Es entsteht also ein Zahn, dessen Tragzone nicht nur in Richtung seiner Länge, sondern auch in Richtung seiner Höhe auf einen mittleren Teil · der Zahnoberfläche begrenzt ist. Durch diese Ausbildung wird die Verlagerungsfähigkeit der Palloidspiralkegelräder noch verbessert. Bemerkt sei hier noch, daß die auftretenden Abweichungen vom reinen Evolventenprofil zahlenmäßig gering sind, so daß trotz dieser Korrektur eine genügend große Tragzone erhalten bleibt.

Die Praxis hat gezeigt, daß die Laufruhe der Palloidspiralkegelräder verbessert werden kann, wenn die Zähne derart geformt werden, daß ihre Tragbilder 14 mehr oder weniger diagonal über die Z.ahnoberfläche verlaufen, wie es schematisch in Fig. 10 dargestellt ist. Diese Zahngestaltung wird nun durch das neue Verfahren begünstigt, und zwar aus folgenden Gründen:

Soll ein Erzeugungsrad Zähne herstellen, die auf beiden Seiten den gleichen Flankenwinkel aufweisen, so müssen die Symmetrielinien der erzeugenden Zähne senkrecht auf dem Grundkörper des Erzeugungsrades stehen, sie müßten also bei einem hyperbolischen Erzeugungsrad entprechend der Fig. 11 strahlenförmig (Symmetrielinien 15) verlaufen. Nun wird dieses Erzeugungsrad aber durch das wie eine Zahnstange wirkende Werkzeug 16 dargestellt, das diagonal über dem Zahnkranz liegt. Die Symmetrielinien 110 ■ der Zähne dieses Werkzeuges verlaufen parallel zueinander. Demzufolge kann das Werkzeug wohl derart eingestellt werden, daß in der Mitte der Zahnlänge die Richtungen der Symmetrielinien der Werkzeugzähne und des theoretisch richtigen Erzeugungsrades übereinstimmen. An den Zahnenden ergibt sich dagegen ein unvermeidlicher Winkelunterschied ß. Das hat nun wiederum zur Folge, daß die gefrästen Zähne in der Mitte ihrer Länge beiderseitig den gleichen Eingriffswinkel, nach den Enden zu aber beider-

seitig unterschiedliche Eingriffswinkel aufweisen, und zwar innen und außen entgegen gesetzt, d. h. wenn beispielsweise eine Zahnflanke innen einen größeren Eingriffswinke hat als in der Mitte der Zahnlänge, dann hat sie außen einen entsprechend kleineren Eingriffswinkel. Es entsteht also eine schwache Verwindung der Zähne.

Die Richtung, nach der diese Verwindung ίο erfolgt, kann mittels der Fig. 12 bis 16 ermittelt werden. In Fig. 12 ist das Zahnprofil des theoretisch richtigen Erzeugungsrades mit 17 und das Profil des erzeugenden Werkzeuges mit 18 bezeichnet. In der Mitte der Darstellung decken sich die beiden Profile. An den Seiten ergeben sich aber Abweichungen.

Dort, wo das Profil des Werkzeuges gegen das andere Profil vorsteht, wird mehr wegzo genommen, als es das theoretische Profil erfordert, und umgekehrt wird dort weniger weggenommen, wo das Werkzeugprofil zurücksteht. In Fig. 12 sind die vorstehenden Teile des Werkzeugprofils durch schwarze Flächen kenntlich gemacht.

Eine Betrachtung der Fig. 12 lehrt nun, daß die Zahnköpfe des durch diese Erscheinung korrigierten Erzeugungsrades nach der Mitte zu geneigt sind. Um weiterhin zu untersuchen, ob diese Neigung nach der linken oder rechten Radseite verläuft, ist zu untersuchen, ob die Mantellinie des Werkzeuges bei der Erzeugung des Rades entsprechend der Fig. 13 oder der Fig. 14 verläuft. Die Anordnung nach Fig. 13 ergibt Zähne nach Fig. 15, während Fig. 14 Zähne gemäß Fig. 16 erzeugt. Vergleicht man Fig. 15 und 16, so zeigt sich, daß die Verwindung bei Rad und Gegenrad entgegengesetzt verläuft, sie kommt also beim Eingriff ganz zur Geltung. Ihre Wirkung besteht in dem Zustandekommen des angestrebten diagonalen Tragbildes 18. Auch bei dieser Korrektur sei noch hervorgehoben, daß die Abweichung zwischen den Eingriffswinkeln am wirklichen Getriebe naturgemäß wesentlich geringer ist als in den zum Zwecke der besseren Anschaulichkeit stark übertriebenen Darstellungen.

Wie dargelegt wurde, beeinflußt das neue Verfahren die Zahngestaltung im wesentlichen in drei Richtungen, nämlich erstens bezüglich der Krümmung in Richtung der Zahnlänge, zweitens bezüglich der Krümmung in Richtung der Zahnhöhe und drittens bezüglich der Flankenwinkel.

An sich ist die Wirkung aller dieser Einflüsse erwünscht. Weniger angenehm ist es aber, daß die verschiedenen Wirkungen hinsichtlich ihrer Größe in einem mehr oder weniger unveränderlichen Zusammenhang stehen. Wenn zwar auch dieser gesetzmäßige Zusammenhang in vielen Fällen deshalb nicht störend wirkt, weil das erreichbare A^erhältnis mit dem erstrebten befriedigend übereinstimmt, so gibt es doch auch Getriebeausführungen, in denen die eine Wirkung zweckmäßig gegen die andere verstärkt oder gedämpft wird. In diesem Falle kann die veränderte Wirkung durch eine entsprechende Gestaltung des Fräsers erzielt werden. Soll beispielsweise die Balligkeit der Zähne in Richtung ihrer Höhe stärker hervortreten als die anderen Merkmale, so kann ein Fräser zur Anwendung kommen, dessen Zahnflanken in Richtung ihrer Höhe konkav gekrümmt sind, wie in Fig. 17 dargestellt ist. Durch entgegengesetzte Krümmung kann die ballige Zahnhöhenausbildung gegebenenfalls auch vermindert werden.

Auch die Balligkeit der Zähne in ihrer Längsrichtung, d.h. die Größe des Krümmungsunterschiedes zwischen den hohlen und den erhabenen Zahnbogen, kann durch die Wahl eines entsprechenden Fräsers verstärkt werden.

Bei der Ausbildung eines derartigen Fräsers empfiehlt es sich, die Erkenntnisse zu verwerten, auf denen die eingangs geschilderte Entstehung des hyperbolisch gekrümmten Erzeugungsrades begründet ist. Ordnet man nämlich die die Brustflächen der Fräserzähne erzeugenden Schleifnuten geneigt zu der Mantellinie des Fräsers an, ähnlich der Geraden 9 in Fig. 5, so wird ein hyperbolisch gekrümmter Teilmantel erzeugt, ohne daß das die Fräserflanken erzeugende Werkzeug verwickelte Bewegungen auszuführen braucht. Denn die Hinterarbeitung der Zahnflanken erfolgt von diesen Schleifnuten aus. Der Ver- »00 lauf dieser Schleifnuten ist in Fig. 17 durch die Linie 19 angedeutet.

Fig. 18 zeigt die Abwicklung eines Fräsermantels. Zweckmäßig wird in dieser Abwicklung der Tangierungskreis 20 für die Brust- '°5 flächen 21 nach der Polarsubnormalen einer archimedischen Spirale bemessen, nach der die abgewickelten Fräserwindungen verlaufen. Das hat den Vorteil, daß die geneigt zur Mantellinie des Fräsers verlaufenden n° Brustflächen etwa senkrecht auf den Gewindegängen stehen, wie auch Fig. 18 erkennen läßt, in der die Gewindegänge durch die Linien 22 angedeutet sind. Als Nebenerfolg xgibt sich dabei der Vorteil, daß im Gegensatz zu den Kegelradfräsern mit in Richtung der Fräsermantellinie verlaufender Schneidbrust an allen Stellen des Fräsers sog. negative Schneidwinkel vermieden werden, die entstehen, wenn der von Schneidbrust und Zahnflanke gebildete Winkel größer als ist.

Der Vorteil eines einfacher genau herzustellenden Fräsers bleibt wenigstens zum Teil auch bei in Richtung der Mantellinie verlaufenden Schleifnuten erhalten, wenn der Fräser die in Fig. 19 gezeigte Ausbildung erhält. Hierbei weisen die mit 23 bezeichneten Flanken eine verhältnismäßig einfach genau herzustellende Mantellinienteilung a und die Gegenflanken 23' eine von links nach rechts gleichmäßig zunehmende Mantellinienteilung b,b'.... auf, die ebenfalls noch mit hinreichender Genauigkeit hergestellt werden kann. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die Fräserzähne und die Zahnlücken in der Mitte etwa gleich groß sind, während die Zahnstärke nach beiden Enden hin zunimmt.

Nach Fig. 20 ist auch die Teilung b auf der

mittleren Strecke der Fräserlänge gleichgehalten und nimmt lediglich in der Nähe des einen Fräserendes 24 ab, b', und des anderen Fräserendes 25 zu, b". Wie ohne weiteres ersichtlich, weichen bei diesem Fräser günstigerweise nur verhältnismäßig wenige Zahnflanken von der gleichbleibenden Mantellinienteilung ab.

Durch die erläuterten Fräserausbildungen werden die Schwierigkeiten in der genauen Herstellung der Palloidfräser, die beispielsweise zur Verstärkung des durch ein hyperbolisch geformtes Erzeugungsrad erzielten Krümmungsunterschiedes benutzt werden, wesentlich vermindert. Sie bieten außerdem auch den Vorteil, daß sie in Verbindung mit ebenen Erzeugungsrädern zur Anwendung kommen können. Trotzdem empfiehlt es sich, bei einem Satz Fräser jeweilig nur einen in dieser Weise auszubilden, dem anderen aber eine vollständig gleichbleibende oder gleichmäßig zunehmende Mantellinienteilung zu geben. Das wird dadurch ermöglicht, daß sämtliche Zahnlängsbogen des einen Rades nach abgeänderten Evolventen oder nach Art von logarithmischen Kurven, sämtliche Zahnlängsbogen des Gegenrades aber nach davon abweichenden Kurven gekrümmt sind. So zeigt Fig. 21 je einen Zahn eines Radpaares, bei denen die Zahnbogen des einen Rades 26 eine evolventische Krümmung aufweisen, während die Zahnbogen des Gegerirades 27 nach den Enden zu davon abweichen.

Um dabei den einfacher herzustellenden und deshalb auch leichter zu ersetzenden Fräser an derjenigen Stelle einzusetzen, an der die größere Abnutzung stattfindet, empfiehlt es sich, den korrigierten Fräser zum Verzahnen des kleineren und den nicht korrigierten Fräser zum Verzahnen des größeren Rades zu benutzen.

Claims (7)

1. Patentansprüche: ι . Verfahren zur Herstellung von Kegel -

   rädern mit sich schneidenden oder sich kreuzenden Achsen und längs gekrümmten Zähnen mittels schneckenförmigen Werkzeuges, bei denen die Zahnbogen auf der konvexen und konkaven Seite der Zähne. verschieden stark gekrümmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein kegelförmiger Schneckenfräser mit einer geraden Teilmantellinie verwendet wird und daß dieser Fräser so verschwenkt wird, daß seine Teilmantellinie mit dem im Kegelfuß liegenden Endpunkt der Planscheibe genähert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei schiefwinkliger Anordnung der Fräsermantellinie zur Achse des Erzeugungsrades ein Fräser mit veränderlicher Mantellinienteilung angewandt wird (Fig. 19 und 20).
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fräser mit im Achsschnitt hohl gekrümmtem Zahnprofil (Fig. 17) zur Anwendung kommt.
4. 4. Verfahren zur Herstellung von Fräsern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brustflächen (21) der Fräserzähne in ihrer Längsrichtung geneigt zur Mantellinie des Fräsers eingearbeitet werden, und zwar vorzugsweise in der Abwicklung des Fräserteilkegels tangential zu einem um die Fräserteilkegelspitze geschlagenen Kreis (20 in Fig. 18).
5. 5. Schraubabwälzfräser zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des Tangierungskreises (20) für die Brustflächen der Zähne nach der Polarsubnormalen einer archimedischen Spirale bemessen ist, nach der die abgewickelten Fräserwindungen verlaufen (Fig. 18).
6. 6. Schraubabwälzfräser zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rechtsflanken ^lc>5 eine gleichbleibende Mantellinienteilung und alle Linksflanken eine gleichmäßig zunehmende Mantellinienteilung haben, die jedoch in der Mitte mit der Mantellinienteilung der Rechtsflanken übereinstimmt (Fig. 19).
7. 7. Kegelräderpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Rad mit einem nichtkorrigierten Fräser und das andere Rad mit einem korrigierten Fräser hergestellt ist (Fig. 21).

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen