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Verfahren und Vorrichtung zum Abrichten von profilierten Schleifscheiben
für Stirnzahnräder mit schraubenförmig gewundenen evolventenförmigen Zähnen Die
Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Abrichten von Schleifscheiben,
die zum Schleifen der Zahnflanken von Stirnzahnrädern mit schraubenförmig gewundenen
evolventenförmigen Zähnen dienen und für die Erzeugung der Zahnform entsprechend
profiliert sind, insbesondere für die Erzeugung von Evolventenprofilen.
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Das Neue und Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß das Abrichtwerkzeug
auf der Berührungslinie zwischen der Schleifscheibe und der zu schleifenden Radzahnflanke
geführt wird.
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Für das Schleifen von Schrägzahnrädern ergibt sich für die Arbeitsfläche
der Schleifscheibe eine vom Zahnquerschnitt abweichende Profilform. Denkt man sich
einen Arbeitspunkt so auf der Zahnflanke bewegt, daß die gesamte Fläche nach und
nach bestrichen wird; so ergibt sich für die dem Schrägzahn gegenüber etwa rechtwinklig
eingestellte Schleifscheibe genau jenes einhüllende Profil, das notwendig ist, um
das gewünschte Zahnflankenprofil zu schleifen.
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Infolge des gewundenen Verlaufs der Zahnflanke wachsen mit den Windungsradien
die @`) Von dein Patentsucher ist als der Erfisader angegeben
worden:
Dipl.-Iiag. Hans Holly in Karlsruhe, Ba.deit. Steigungswinkel
der vom Grundkreiszylinder zum Zahnkopf hin übereinanderliegenden Schraubenlinien,
wogegen die Schleifscheibe nur die Winkelstellung r_. B. im Steigungswinkel der
Schraubenlinie am Grundkreiszylinder einnimmt. Deshalb berührt die Schleifscheibe
die Zahnflanke in einer schräg im Bogen über die Zahnflanke verlaufenden Linie,
und damit ergibt sich auch auf der Arbeitsfläche der Schleifscheibe eine schräg
im Bogen verlaufende Berührungslinie.
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Die Bewegung des Abrichtwerkzeuges auf der genannten Berührungslinie
läßt sich erfindungsgemäß in der Weise erreichen, daß der Arbeitspunkt des Abrichtwerkzeugeswohrend
seiner Bewegung auf der gedachten Zahnflankenfläche zwangsläufig so geführt wird,
daß die durch den Arbeitspunkt des Abrichtwerl:zeuges gehende Norrnale zur Zahnflanke
Tangente-am Grundkreiszylinder ist und die Schleifscheibenachse schneidet.
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Es ist-bei Abrichtvorrichtungen für Schleifscheiben zum Schleifen
von geradverzahnten Stirnrädern bekannt, daß die durch den Arbeitspunkt gehende
Normale die Tangente an den Grundkreiszylinder bildet und' auch die
Schleifscheibenachse
schneidet. Diese geometrischen Verhältnisse ergeben sich dabei von selbst ohne besondere
Mittel.
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Es wurde ferner bekannt, zur Herstellung: von Schraubenflächen eine
Schneidkante züifx Abrichten eines Werkzeuges zu verwendei% deren Verlauf einer
Erzeugenden der Schraubenfläche entspricht und daß an dieser Erzeugenden bz-,v.
Schneidkante das Werkzeug vorbeigeschraubt wird, wie später das Werkstück. Diese
Schneide ließ sich nur schwierig genau herstellen, weshalb man später dazu überging,
nur eine Arbeitsspitze zu bilden, die entlang einer beliebigen. Erzeugenden der
Schraubenfläche zu bewegen war und `wobei man das abzurichtende Werkzeug an. dieser
Erzeugenden vorbeischraubte, wie später das Werkstück.
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Mit allen bisherigen Arbeitsverfahren wird erreicht, daß die Arbeitsfläche
des abzurichtenden Werkzeuges die sogenannte Hüllfläche zum Werkstück bildet.
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Wenn mittels eines spitzen Abrichtwerkzeuges Schraubenflächen herzustellen
sind, wobei wie erwähnt die Berührungslinie zwischen Schleifscheibe und Radzahnflanke
einen besonderen Krümmungsverlauf hat, mußte bisher diese Berührungslinie von dem
spitzen Abrichtwerkzeug in vielen nebeneinanderliegenden Bewegungen überquert werden,
um punktweise die Berührungslinie zu treffen.
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Dadurch nun, daß das Abrich.twerkzeug gemäß der Erfindung lediglich
entlang der Berührungslinie zwischen Schleifscheibe und Radzahnflanke über die profilierte
Arbeitsfläche der Schleifscheibe in einem Zuge bewegt wird, gestaltet sich das Abrichten
sehr einfach und zeitsparend.
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Die auf der Schleifscheibe erzeugte Berührungslinie sei im nachfolgenden
als Schleiflinie bezeichnet.
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An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung in ihrem Wesen und auch
an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
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Abb. i, 2 und 2a dienen zur Veranschaulichung der grundlegenden Bedingungen
für die Entstehung der Schleiflinie.
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Abb. i zeigt von vorn gesehen den Grundkreiszylinder des zu schleifenden
Stirnzahnrades mit schraubenförmig gewundenen Zähnen und dazu die Schleifscheibe
in ihrer winkligen Stellung zum Grundkreiszylinder.
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Abb. 2 ist eine Draufsicht.
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Abb. 2 a ist eine teilweise Vergrößerung zu Abb. 2.
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Die Abb. 3 bis 6 veranschaulichen die Bewegungen des Abrichtwerkzeuges.
In diesen Abbildungen erscheinen die Teile der Abrichtvorrichtung vereinfacht, und
zwar schematisch.
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Abb. 3 ist eine Draufsicht der Vorrichtung mit in der Anfangsstellung
befindlichem Werkzeug.
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Abb. d. ist ein zu Abb. 3 gehöriger Aufriß. Abb. 5 zeigt eine Draufsicht
der Vorrichtung, worin das Werkzeug sich in der Endstellung befindet.
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Abb. 6 ist ein zu Abb. 5 gehöriger Aufriß. Abb. 7 zeigt eine Abrichtvorrichtung
in einer Ansicht von oben, aufgesetzt auf eine Schleifmaschine für Stirnzahnräder
mit schraubenförmig gewundenen Zähnen.
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Abb. 8 stellt einen Schnitt nach Linie II-I1 (Abb. 7=) dar.
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Abb. 9 zeigt eine Vorderansicht der Hauptsächlichsten Teile in Richtung
senkrecht zur Schleifscheibe.
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Die Entstehung der Schleiflinie erklärt sich an Hand von Abb. i, 2
und 2a wie folgt: Die Linie x-v (Abb. i und 2) ist eine Erzeugende der zu schleifenden
Zahnflanke. Diese Erzeugende ist als eine im Schraubensteigungswinkel der Zähne
liegende Tangente an den Grundkreiszylinder G der Evolventeiizahnflanke des zu schleifenden
Rades dargestellt. Der Anfangspunkt der Erzeugenden ist ihre Berührungsstelle 0
auf dein Grundkreiszvlinder und auf der Zahnflanke. Dieser Berührungspunkt liegt
aber auch auf der Schleifscheibenarbeitsfläche, die die Zahnflanke berühren muß.
Da nun während des Schleifens des Zahnrades eine Verschraullbewegung des Zahnes
zu erfolgen hat, so müssen die Schleifscheibenarbeitsfläche und die Zahnflanke eine
gemeinsame Berührungslinie haben. Berühren sich zwei gekrümmte Flächen in einem
Punkt, so liegt dieser Punkt in einer gemeinsamen Tangentialebene beider Flächen.
Eine Normale im Berührungspunkt zur Tangentialebene ist also die Normale zu beiden
gekrümmten Flächen und ist, da die Schleifscheibe mit ihrer profilierten Arbeitsfläche
einen Umdrehungskörper bildet, in jedem Punkt der Schleiffläche auf die Schleifscheibenachse
gerichtet, so daß alle Normalen die Schleifscheibenachse bzw. deren Verlängerung
schneiden müssen. Im Anfangspunkt 0, in dem sich Zahnflanke und Schleifscheibenarbeitsfläche
berühren, liegt die -Normale, wie Abb. i und 2 erkennen lassen, parallel zur Schleifscheibenachse.
In Abb. 2 projiziert sich die Normale im Punkt 0 zusammenfallend mit der Schleifscheibenachse.
Bei Verschraubung der Zafinflankenerzeugenden x-y mit ihrer im Punkt 0 errichteten
Normalen ergibt sich die Normale in den Punkten G1, G., Gg, G., und G., deren Lage
nach den Regeln der darstellenden Geometrie ermittelt werden kann, in Abb. 2 als
eine Gerade, die jeweils in den einzelnen Punkten G, bis G;, in zunehmendem Maße
von der achsparallelen Nullinie divergiert. Die Normale
ist jeweils
mit S bezeichnet, und die Punkte, in denen die Normale die Schleifscheibenachse
trifft, sind mit S1, S2, S3, S4 und S5 bezeichnet. Die Normalen S sind auch Normale
zur Zahnflankenerzeugenden und, da sie durch die Schleifscheibenachse S hindurchgehen,
sind sie auch Normale zur Schleifscheibenarbeitsfläche. Die Schnittpunkte B1, B2,
B3, B4 und B;, der durch die Schleifscheibenachse S ziehenden Normalen mit den zugehörenden
Zahnflaiikenerzeugenden in Abb.2 und 2a sind also Berührungspunkte zwischen Schleifscheibenarbeitsfläche
und Zahnflanke, und die gekrümmte Linie 0 bis B5 ist die Berührungslinie beider
Flächen. Die an allen Treffpunkten gebildeten rechten Winkel sind mit R bezeichnet.
Wird nun die Arbeitsspitze des Abrichtwerkzeuges auf dieser Linie, die die sogenannte
Schleiflinie bildet, bewegt, yvährend die Schleifscheibe sich dreht, so, gibt das
Abrichtwerkzeug der Schleifscheibenarbeitsfläche das genaue Profil zum Schleifen
von Stirnzahnrädern mit schraubenförmig gewundenen Zähnen.
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Man kann nun diese Erkenntnis in der Weise in einer Vorrichtung zum
Abrichten einer Schleifscheibe verkörpern, daß die Werkzeugspitze (Diamantspitze)
als Schnittpunkt einer Normalen zur Zahnflankenerzeugenden mit der Vorrichtung selbst
ausgeführt wird und diese Normale gezwungen wird, in allen Lagen während der Weiterverschraubung
der Erzeugenden die Schleifscheibenachse zu schneiden. Dies kann dadurch geschehen,
daß eine Ebene, die zu Beginn der Verschraubung durch die in der Anfangslage parallel
zur Schleifscheibenachse liegende Normale in 0 zur Erzeugenden und durch die Schleifscheibenachse
hindurchgeht und mit der Normalen starr verbunden ist, gezwungen wird, beim Verschrauben
der Erzeugenden eine Schwenkung um die Schleifscheibenachse auszuführen. Da während
der Verschraubung derErzeugenden dieWerkzeugspitze (Diamantspitze) relativ entgegengesetzt
zur Verschraubungsrichtung sich entlang der Erzeugenden bewegt, wie es aus den Abb.
1, 2 und 2 a erkennbar ist, ergibt -sich auch die zwangsläufige Bewegung der Werkzeugspitze
auf der Berührungslinie (Schleiflinie) zwischen der Schleifscheibe und der zu schleifenden
Zahnflanke.
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Die Abb. 3 bis 6, die das Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 7, 8 und
g der Abrichtvorrichtung schematisch veranschaulicht, läßt die Verkörperung des
vorerwähnten Lösungsgedankens erkennen.
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Das Abrichtwerkzeug 13, das vorzugsweise ein Diamant ist, sitzt im
Halter 23. Der Halter 23 ruht in einem Tragrahmen 14, der längs gleitbar auf dem
Körper 12 vorgesehen ist, und zwar im Schraubwinkel zur Achse des zu schleifenden
Rades. Der Körper 12 sitzt an, einem Schwingbalken io, der an Stelle des zu schleifenden
Rades zwischen die Körnerspitzen des Reitstockschlittens der Schleifmaschine eingesetzt
wird.-.An den Werkzeughalter 23 schließt sich gelenkig eine Schiene ig, die ungefähr
senkrecht nach oben gerichtet ist und an einer im Maschinenständer genau in der
Verlängerung der Drehachse der Schleifscheibe i angeordneten Vorrichtung geführt
ist, derart, daß das Abrichtwerkzeug in allen Punkten der Schleiflinie auf der Schleifscheibenarbeitsfläche
stets senkrecht steht.
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Wenn der Schwingbalken io in der Richtung des Pfeiles A (Abb'. 3)
bewegt und gleichzeitig nach rechts geschwungen wird, wandert die Werkzeugspitze
aus der in Abb-. 3 und 4 gezeigten Anfangsstellung auf der sogenannten Schleiflinie
bis zu der in den Abb. 5 und 6 ersichtlichen Endlage.
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Bei der in den Abb. 7 bis g dargestellten Ausführungsform ist in gleicher
Weise wie gemäß Abb. 3 bis 6 unterhalb der Schleifscheibe i die Ab,richtvorrichtung
zwischen den sonst das zu schleifende Rad haltenden Körnerspitzen 2 und 3 eingesetzt.
Auf dem Schwingbalken io der Abrichtvorrichtung ist auf einem senkrecht unter der
Schleifscheibe vorgesehenen Bolzen i i der Körper 12 gehalten, auf welchem der das
Abrichtwerkzeug 13 und den Werkzeughalter 23 aufnehmende Tragrahmen 14 lagert. Die
Achse des Bolzens i i steht in der die zwischen den Körnerspitzen 2 und 3 liegende
Mittelachse des eingesetzten zu schleifenden Zahnrades enthaltenden senkrechten
Ebene. Um diesen Bolzen i i ist der Körper 12 verschwenkbar und feststellbar, und
zwar zur Ermöglichung seiner Einstellung in den Schraubwinkel, d. h. Steigungswinkel
des zu schleifenden Schrägzahnrades, und zwar unter Anwendung von Endmassen 17 (Kaliberblöcken),
welche zwi-. sehen einem am Schwingbalken io vorgesehenen Zapfen 15 und einem Zapfen
16 des Körpers i2 einzusetzen sind. Der Rahmen 14 und der Körper 12 sind gleitbar
zueinander, und der Rahmen 14 wird, um nicht durch Schleifstaub beeinträchtigt zu
werden, genau geführt vermittels erhöhter Gleitpunkte 14'. Weiter sind federbeeinflußte
Gegenleitrollen 18 angeordnet. Der Körper 12 gleitet infolge Bewegung des Schlittens
54 unter dem Rahmen 14 her, und der Rahmen 14 und der in ihm drehbar gelagerte Werkzeughalter
23 mit dem Diamant 13 beteiligen sich nicht an der Schlittenbewegung, sondern der
Werkzeughalter 23 und das Werkzeug 13 werden relativ besonders verlagert. An den
Diamanthalter 23 greifen an Zapfen 26 zwei Führungs@chienen
ic)
gelenkig an, die in senkrechter Richtung bzw. ungefähr in senkrechter Richtung nach
oben ragen und an einer Stelle, die in der Verlängerung der Schleifscheibenachse
liegt, geführt werden. An der genannten Stelle besteht eine Einrichtung, gebildet
aus Rallen 2o eines ortsfesten Trägers 21 und weiteren, ebenfalls an diesem Träger
2i angeordneten federbeeinflußten Rollen 22. Die Führungsschienen i 9 sind mittels
Verbindungsbolzen i o' zueinander in Abstand gehalten.
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Der Körper 12, auf welchem der Werkzeughalter 23 lagert, ist zwecks
seiner Höheneinstellung auf den Grundkreiszylinder (auf Grundkreishalbmesser) senkrecht
verschiebbar am Schwingbalken io angeordnet. Seine jeweilige Einstellung ist bedingt
durch entsprechend einzusetzende Grundmasse (Kaliberblöcke) 25. Diese Blöcke legt
man, wie es Abb. 8 zeigt, seitlich auf den Schwingballen io, so daß sich der Körper
12 mit seiner j.Tnterfläche auf die Oberfläche der Blöcke aufsetzt und damit seine
richtige Höheneinstellung erhält.
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Zum Zwecke des Abrichtens der Schleifscheibe wird die Schleifmaschine
wie üblich in Tätigkeit gesetzt, so daß die Schleifscheibe i rotiert und der Reitstockschlitten
51. sowie die Teile io und 12 in der Längsrichtung, z. B. im Pfeilsinne in Abb.
7, bewegt wird.
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Der Schwingbalken io, welcher an Stelle des zu schleifenden Schraubenrades
eingespannt wird, erhält mit Hilfe einer Antriebsvorrichtung, die in ihrer Wirkung
einstellbar ist. eine Drehbewegung um die Achse der Spitzen 2, 3 unter dem richtigen
Schraubwinkel im eingestellten Grundkreisabstand. Diese Antriebsvorrichtung besteht
aus einer auf den Reitstockschlitten 54 quer geführten .Schiene 30, die mit Hilfe
eines in eine am stillstehenden Schleifmaschinenständer gelagerte Führung 32 eingreifenden
Zapfens 31 beim Längsbewegen des dabei in bekannter Weise vom Maschinenantrieb aus
oder durch einen Hebel von Hand angetriebenen Reitstockschlittens 54. verschoben
wird und mit Hilfe von Stahlbändern 33, die an eine Scheibe 34. angreifen, diese
Scheibe drehen und durch einen Mitnehrner 35 den Schwingballen io verschwenken.
Auf diese Weise erfolgt mit der Längsbewegung des Schwincbalkens io fortschreitend
eine Verdrehung desselben um den Schraubwinkel. Der Körper 12 erhält die gleiche
Schraubbewegung und gleitet unter dem mit der Schleifscheibenachse gekoppelten Rahmen
14. hin, veranlaßt aber das Abrichtwerkzeug 23 zur Schwenkung, wobei die an den
Diamantenhalter -23 gelenkig angeschlossenen Führungsschienen 19 um .die Rollen
2o kippen und relativ auch zum Werkzeughalter 23. Die Führungsschienen i9 sind an
ihren Gleitstellen beim Träger 21 einerseits und beim Werkzeughalter andererseits
gerieft, um zu vermeiden, daß die Gleitbewegungen durch Schleifstaub oder sonstigen
Schmutz beeinträchtigt «-erden.
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Die genaue Bewegung des Abrichtwerkzeuges nach Maßgabe der eingangs
erwähnten Bedingungen ist bei der Erfindung allein auf Abrichten des Schleifscheibenprofils
bis auf den Grundkreis vorgesehen, nicht aber für den weiteren Verlauf der Profile
unterhalb des Grundkreises. Um nun das Abrichten der unterhalb des Grundkreises
befindlichen Profilteile zu ermöglichen, kann die eingangs erwähnte besondere Führung
des Abrichtwerkzeuges innerhalb der in der Schleifscheibenachse liegenden Radialebene
willkürlich verlassen, d. h. aufgehoben werden, was in einfacher Weise dadurch erfolgt,
daß das Abrichtwerkzeug 13 bzw. sein Halter 23 und die dazugehörigen Führungsteile
i9, 2o, 21 und 22 aus der Radialebene vorübergehend um einen ganz kleinen Betrag
herausbewegt wird, und zwar mit Hilfe der Einrichtung zum Ausschwenken des Abrichtwerkzeuges
in die Nichtgebrauchslage. Diese Einrichtung besteht darin, daß der Tragteil 21
der Führungsvorrichtung im Maschinenständer vierschwenkbar mit einem Bolzen 37 gelagert
(Abb. 8, 9)
ist. Auf dem Bolzen 3; sitzt ein Handhebel 38, und es sind Mittel
vorhanden zur Sicherung der Einschwenk_ und Ausschwenklage.