DE687618C - Werkzeug zum Schneiden von Kegelraedern mit gekruemmten Zaehnen nach dem kontinuierlichen Abwaelzverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Werkzeuge zum Schneiden von Kegelrädern mit gekrümmten Zähnen nach dem kontinuierlichen Abwälzverfahren, insbesondere auf solche Werkzeuge, welche eine Mehrzahl von Messern aufweisen, die während einer vollen Umdrehung des Werkzeugs sämtlich in die gleiche Zahnlücke eingreifen.

Bei bekannten Werkzeugen dieser Art sind die Messer in verschieden großem Abstand von der Werkzeugachse angeordnet, und zwar im allgemeinen gemäß einer Archimedes Spirale ähnlich der spiralförmigen Anordnung der Messer eines Werkzeugs zum Schneiden von Stirnrädern. -

Da bei Kegelrädern Größe und Form der Zähne sowie die Umfangsgeschwindigkeit sich von der großen zur kleinen Grundfläche des Teilungskonus ändern, und wegen des verschieden großen Achsabstandes der Messer die EingrifTbedingungen zwischen den Messern und der Zahnlücke wechseln, ist es mit den bekannten Werkzeugen nicht möglich, Kegelräder mit gekrümmten Zähnen nach dem kontinuierlichen Abwälzverfahren mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen.

Dieser Mangel wird mit dem Werkzeug nach der Erfindung behoben. Dasselbe hat zwei um i8o° versetzte Hauptmesser zum Schneiden der konkaven und konvexen Flanke der Zahnlücke, wobei die äußere Schneidkante des einen und die innere Schneidkante des anderen Hauptmessers gleichen Achsabstand haben; zwischen den Hauptmessern sind eine Anzahl von teils mit inneren und teils mit äußeren Schneidkanten versehenen Hilfsmessern angeordnet, deren Schneidkanten in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Werkstücks relativ zur Drehrichtung des Werkzeugs einen fortschreitend zu- bzw. abnehmenden Achsabstand haben, derart, daß die Schneidbahnen der Hilfsmesser an dem breiten Ende des Zahnes innerhalb der Zahnlücke gegeneinander versetzt sind, an dem schmalen Ende des Zahnes dagegen im wesentlichen zusammenfallen.

In Verbindung mit der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden; in der Zeichnung zeigen

Fig. i, 3 und 4 schematische Grundrisse von Kegelrädern,

Fig. 2 den schematischen Grundriß eines Werkzeugs mit nach einer Archimedes-Spirale angeordneten Messern,

.- Fig. 5 und 6 schematische Grundrisse von erfindungsgemäßen Werkzeugen,

Fig. 7 und 8 die Stellungen und Bewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück,

Fig. 9 und 9 a geometrische Herstellungsdiagramme für das erfindungsgemäße Werk·· zeug,

Fig. 10 und 11 eine praktische Ausführung·= form des erfindungsgemäßen Werkzeugs.

Da das Werkstück kontinuierlich rotiert, so muß unterstellt werden, daß das in Fig. 1 to dargestellte Kegelrad kontinuierlich um die Achse O in der Pfeilrichtung I rotiert. Die Kurven AB und CD sind die Schnittlinien der Flanken von zwei benachbarten Zähnen mit dem Teilkonus des Kegelrades; die konkave Kurve CD entspricht der Schneidbahn des äußeren Schneidpunktes B des Messers U₂ (s. auch Fig. 2), welches um die Achse P₂ mit dem Radius P₂E in Richtung des Pfeiles II rotiert.

Zum leichteren Verständnis sei unterstellt, daß anstatt der Achse des Werkzeuges das Kegelrad feststeht und der Werkzeugmittelpunkt um den Mittelpunkt O des Kegelrades in Richtung des Pfeiles III, d. h. entgegengesetzt der Pfeilrichtung II, rotiert. Der Werkzeugmittelpunkt wird sich während der Zeit, die das Messer U₈ benötigt, um die in Fig. ι gezeigte Stellung zu erreichen, von P₂ nach P₆ bewegen, da das Messer U₈ gemäß Fig. 2 um i8o° gegenüber dem Messer U₂ versetzt angeordnet ist. Daraus läßt sich folgern, daß die konvexe Kurve AB der Schneidbahn des inneren Schneidpunktes F des Messers U₈ entspricht, welches um den neuen Mittelpunkt P₈ des Werkzeugs rotiert.

Es soll nunmehr das Messer U₆ betrachtet werden, welches nach Fig. 2 zwischen den Messern U₈ und U₂ angeordnet ist und dessen Mittelpunkt bei P₆ (Fig. 1) liegen wird. Der Radius P₆G des Schneidpunktes G weicht infolge der Anordnung nach einer Archimedes-Spirale von den Radien P₂B und P_aF ab. Infolge dieser verschiedenen um verschiedene Mittelpunkte rotierenden Radien werden auch die entsprechenden Schneidbahnen verschieden sein; CH entspricht der Schneidbahn des Messers U₆, so daß das Messer U₈ in die konkave Flanke CD des Zahnes einschneidet und dieselbe zerstört. Um dies zu vermeiden, müssen die Schneidbahnen der Hilfsmesser mit den Kurven AB und CD zusammenfallen oder zwischen diesen Kurven, d. h. innerhalb der Zahnlücke, liegen. Erfindungsgemäß wird dies wie folgt erreicht:

i. Nach Fig. 5. und 6 sind zwei Hauptmesser V und W vorgesehen, welche um i8o° gegeneinander versetzt und so angeordnet sind, daß der äußere (auf dem Teilkonus des Kegelrades liegende) Schneidpunkt des Messers V den gleichen Abstand von der Werkzeugachse hat wie der entsprechende innere Schneidpunkt des Messers W, Das Messer V schneidet die konkave, das Messer W. die konvexe Zahnflanke,

2. Den Hauptmessern sind Hilfsmesser zugeordnet (Fig. 5 und 6), welche innerhalb eines Winkels ψ von etwa 45⁰ (nicht größer als 6o°) angeordnet sind und deren Schneidkanten jeweils verschiedenen Achsabstand haben. Die dem Hauptmesser V zugehörigen Hilfsmesser besitzen äußere Schneidkanten; die dem Hauptmesser W zugehörigen Hilfsmesser besitzen innere Schneidkauten. Unter Berücksichtigung der Drehrichtung des Werkzeugs im Sinne des Pfeils I ist der Achsabstand der aufeinanderfolgenden Hilfsmesser bzw. ihrer Schneidkanten bei der Anordnung nach Fig. 5 zunehmend, bei der Anordnung nach Fig. 6 abnehmend. Die Anordnung nach Fig. 5 ist bei dem in Fig. 7 dargestellten Werkzeug T verwirklicht, welches sich in umgekehrtem Uhrzeigersinn dreht, während das Werkstück sich mit Bezug auf das Werkzeug nach außen bewegt. Die Anordnung nach Fig. 6 ist bei dem Werkzeug gemäß Fig. S verwirklicht; in diesem Fall rotiert das Werkzeug ebenfalls im umgekehrten Uhrzeigersinn, während das Werkstück nach innen sich bewegt. Die in Fig. 7 und 8 gezeigten Anordnungen dienen dazu, um zusammenarbeitende Kegelräder herzustellen.

3. Bei der Bemessung des Achsabstandes der Schneidkanten der Hilfsmesser ist in erster Linie die Forderung maßgebend, daß die Schneidbahnen der Hilfsmesser die Schneidbahnen der Hauptmesser innerhalb der Zahnlücke nicht kreuzen. Für die Aufstellung der Berechnungsregeln ist insbesondere die normale Halb teilung der Zähne an dem kleineren Ende des Teilungskonus von Bedeutung. Diese Halbteilung ist im folgenden normale kleine Halbteilung genannt. Außerdem wird Bezug genommen auf die Bogenlänge BD an dem schmalen Ende des Teilungskonus.

Wenn — die diametrale Zahnteilung beim

Radius r der kleineren Grundfläche des Teilkonus ist, so besteht die Beziehung

BD =

I 2

Da BD der halben Umfangsteilung — entspricht, so ist

BD =.— =

π· m

oder t — π· m.

Der Winkel β zwischen dem Hauptmesser V und dem Hilfsmesser 5" (Fig. 5 und 6) entspricht dem Winkel γ (Fig. 3) zwischen den

Stellungen P₁ und P₂ der Werkzeugmittelpunkte mit Bezug auf das Kegelrad. Der Winkel γ ist leicht zu errechnen auf Grund der Überlegung, daß bei einer vollständigen Umdrehung des Werkzeugs das Kegelrad sich um den einem Zahn entsprechenden Winkel

zu drehen hat, also um einen Winkel — _T—.

Da m=-~, worin d = 2 · r — Teilkreisdurch- /■

messer und Z = Zähnezahl des Rades sind, so ist

_ ß - ß -L· _fT\

ζ " ^K'

ι . γ. —

ι
m

In der Fig. 3 ist MP₂ der Radius g des Hauptmessers V; der Winkel <5 wird entsprechend den jeweiligen Erfordernissen vorher festgelegt; der Abstand/ zwischen den Achsen des Werkzeugs und des Kegelrades ist der Radius der Kreisbahn, auf welcher sich gemäß der gemachten Unterstellung die Werkzeugmittelpunkte bewegen. Nachdem der Radius f und der Winkel γ gegeben sind, können alle Stellungen der Mittelpunkte des Werkzeugs entsprechend dem Winkel jedes Hilfsmessers in bezug auf das zugehörige Hauptmesser festgestellt werden.

Man hat also nun mittels der verschiedenen Radien erreicht, daß während der Bewegung des Werkzeugmittelpunktes die Schneidbahnen sämtlicher Hilfsmesser in dem Punkt M zusammenfallen, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In dieser Figur treffen die Kurven MB₁ und MP₂, die von den um die verschiedenen Mittelpunkte P₁ und P₂ rotierenden Messern S und V des Werkzeugs (Fig. 5 und 6) beschrieben werden, im Punkt M zusammen.

Dieses Zusammentreffen der Schneidbahnen ist unbedingt notwendig, wenn die Stärke der Messer in der Teilungsebene des Kegelrades gleich der normalen kleineren Halbteilung der Zahnt ist. Tatsächlich müssen in diesem Fall die Hilfsmesser ohne Spiel durch das schmale Ende der Zahnlücke gehen. Wenn das nicht der Fall wäre, würden die Hilfsmesser eine breitere Zahnlücke schneiden und dadurch die Zähne zum Teil zerstören.

Um zu erreichen, daß alle Schneidbahnen im Punkt M zusammentreffen, muß man dem Hilfsmesser 6" den Radius g_s gleich MP₁ geben, der nach folgender Formel berechnet werden kann:

g² _s=p-\-r² — 2'f'r-cos(6 — γ). (2)

In der Formel (2) ist nur der Winkel γ entsprechend dem Winkel β der Hilfsmesser veränderlich. Aus dieser Formel geht hervor, fio daß der Unterschied der Radien zwischen den Hauptmessern und den Hilfsmessern von der Entfernung f zwischen den Achsen des Werkzeugs und des Kegelrades, vom kleineren Radius r des Teilungskonus, vom Radius des Hauptmessers g und von der normalen kleine-

ren Halbteilung— der zu schneidenden Zähne

abhängt

Die geometrische Methode, um alle Hilfsmesser, Radien festzustellen, ist in Fig. 4 veranschaulicht. Diese Methode beruht auf der Erwägung, daß bei Festlegung des Punktes Λ^Γ (Fig. 3) in der Weise, daß M — N = M' — N', P₁M = P₂N.

In Fig. 4 stellt der Mittelpunkt P₂ die Werkzeugachse dar; die Radien P₂1, P₂ H usw. entsprechen den Stellungen der Schneidprofile der Hilfsmesser; der Radius P₂M entspricht der Stellung des Hauptmessers,-

AIs Schnittpunkt des Kreises mit dem Radius r um den Punkt M und des Kreises mit dem Radius / um den Punkt P₂ ergibt sich der Punkt O, um welchen ein Kreisbogen mit dem Radius r geschlagen wird. Durch Eintragung des nach der Formel (1) errechneten Winkels γ findet man die auf diesem Kreisbogen liegenden Punkte .S. Durch Projizierung dieser Punkte auf die entsprechenden Stellungen der Hilfsmesser findet man die Punkte B', B", B'" usw. Die erforderlichen Radien der Hilfsmesser sind P₂B', P₂B" usw. Durch Verbinden der Punkte B', B" usw. erhält man die Kurve MB' B".., der verschiedenen Radienlängen. Diese Kurve stellt die Werkzeugspirale dar und ist natürlich verschieden von einer Archimedes-Spirale.

Für diese Kurve gilt die Annahme, daß die Stärke der Messer gleich der normalen kleineren Halbteilung der zu schneidenden Zähne ist. Wenn diese Stärke geringer gewählt werden kann, als es der normalen kleineren Halbteilung entspricht, so kann man eine andere angenäherte Werkzeugspirale verwenden, die auf folgende Weise bestimmt werden kann:

Wenn der Winkel γ klein ist (Fig. 3), so ist der Winkel MP₂N sehr klein, und man kann daher davon ausgehen, daß

g_s = P₂N — MP₂ — MN

—JT 9 V · Y = 9

6 / ο

β · Μ

Auf diese Weise ist der Unterschied zwi sehen den Radien der Messer durch

— ausgedrückt. Die Werkzeugspirale ist in diesem Fall eine Archimedes-Spirale, deren Teilung der kleineren Kreisteilung der zu schneidenden Zähne entspricht.

4. Eine weitere Besonderheit des neuen Werkzeugs besteht darin, daß die Hilfsmesser hinter dem äußeren Hauptmesser und vor dem inneren Hauptmesser angeordnet sein müssen,

falls der Achsabstand der aufeinanderfolgenden Messer zunimmt. Bei abnehmendem Achsabstand ist die Anordnung umgekehrt. Zur näheren Erläuterung wird auf Fig. 9 und 9a Bezug genommen, in welchen AB die Schneidbahn des Hauptmessers darstellen soll; diese Bahn ist ein Kreisbogen mit dem Radius AP und dem Mittelpunkt P. AB₁ und AB₂ sollen die Schneidbahnen von zwei Hilfsmessern sein, von denen eines vor und das andere hinter dem Hauptmesser angeordnet ist, und für welche die Mittelpunkte P₁ und P₂ gelten. Alle Schneidbahnen treffen im Punkt A zusammen.

Bei Fig. 9 ist angenommen, daß AB die Schneidbahn des äußeren Hauptmessers ist, d.h. daß die Zahnlücke zwischen den durch Schraffur hervorgehobenen Zähnen liegt. Wie ersichtlich, dringt das dem Hauptmesser voreilende Hilfsmesser, dessen Schneidbahn der Kurve AB₁ entspricht, in die Zahnflanke ein und zerstört dieselbe.

Bei Fig. 9 a ist angenommen, daß AB die Schneidbahn des inneren Hauptmessers darstellt und demgemäß die Zahnlücke durch die schraffierten, den Zähnen entsprechenden Flächen begrenzt ist. In diesem Fall wird das dem Hauptmesser nacheilende Hilfsmesser, dessen Schneidbahn der Kurve AB₂ entspricht, in die Zahnflanke eindringen und dieselbe zerstören.

Eine praktische Ausführung des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist in Fig. 10 und 11 dargestellt. Der Werkzeugträger T ist an seinem Umfang entsprechend der nach Punkt 3 festgestellten Werkzeugspirale geformt. Die Messer U₁, U₂ ... sind auf der Innenseite entsprechend der Spirale hohl ausgearbeitet, so daß sie fest am Umfang des Werkzeugträgers aufliegen, und werden mittels Muttern Z₁ und Unterlagscheiben Z₂ befestigt. Um ein tangentiales Spiel zu verhindern, sind im Werkzeugträger Schlitze L vorgesehen, in welchen mittels Schrauben L₂ Riegel L₁ befestigt sind. Diese Riegel haben schräge Flanken L₃, um die Messer in tangentialer Richtung festzulegen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Werkzeug zum Schneiden von Kegelrädern mit gekrümmten Zähnen nach dem kontinuierlichen Abwälzverfahren, welches eine Mehrzahl von Messern aufweist, die während einer vollen Umdrehung des Werkzeugs sämtlich in die gleiche Zahn lücke eingreifen, gekennzeichnet durch zwei um i8o° versetzte Hauptmesser zum Schneiden der konkaven und konvexen Flanke der Zahnlücke, wobei die äußere Schneidkante des einen und' die innere Schneidkante des anderen Hauptmessers gleichen Achsabstand haben, und eine Anzahl von zwischen den Hauptmessern liegenden, teils mit inneren und teils mit äußeren Schneidkanten versehenen Hilfsmessern, deren Schneidkanten in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Werkstücks relativ zur Drehrichtung des Werkzeugs einen fortschreitend zu- bzw. abnehmenden Achsabstand haben, derart, daß die Schneidbahnen der Hilfsmesser an dem breiten Ende des Zahnes innerhalb der Zahnlücke gegeneinander versetzt sind, an dem schmalen Ende des Zahnes dagegen im wesentlichen zusammenfallen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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