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Verfahren zur Herstellung von Kegelrädern mit geraden Zähnen mittels
Formfräsers, der in Längsrichtung der Zähne vorgeschoben und quer zur Vorschubrichtung
- um eine Achse pendelnd schwingt Das durch die vorliegende Erfindung offeni)arte
Verzahnungsverfahren für Geradzahnkegelräder ist in,erster Linie für die Massenherstellung
bestimmt, also für eine Bearbeitungsweise, bei -der es vor allem auf kurze Verzahnungszeiten
.ind, bei ausreichender Genauigkeit, auf vollkommene Gleichmäßigkeit der Fertigung
.ankommt.
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Wälzverfahren sind für ;diesen Z,wech weniger geeignet; denn sie bedingen
verhältnismäßig lange, zerspanungstechn'isch ungenügend ausgenutzte Wälzwege. Deshalb
geht die vorliegende Erfindung von dem bekannten Formfräsen von Kegelrädern
aus, und zwar von demjenigenVerfahren dieser Art, bei dem der Profilfräser in Längsrichtung
der Zähne vorgeschoben und gleichzeitig v erschwenkt wird. Die Erfindung beruht
in erster Linie auf :der Erkenntnis, daß mit diesem Biberaus leistungsfähigen Verfahren
eine für die meisten Fälle ausreichend genaue Flan.kenforrn erzeugt wird, wenn man
der Achse, um die der Fräser während seiner Längsbewegung durch die zu schneidende
Zahnlücke geschwenkt wird, eine ganz bestimmte Lage gibt. Uin diese Lage zu bestimmen,
projiziert man die Profillinien der äußeren und inneren Zahnenden auf eine senkrecht
zur Fußkegelmantellinie stehende Ebene. Wie «-eiter unten an Hand eines Beispiels
noch gezeigt wird, schneiden sich die Flankonlinien in dieser Projektionsebene.
Errichtet man nun in dem Schnittpunkt der Flankenlinien eine Winkelhalbierende,
so muß die Schwenkachse des Fräsers durch diese Winkelhalbierende gehen. Die größte
Annäherung an die Idealform wird erreicht, wenn die. Schwenkachse unmittelbar im
Schnittpunkt der Flankenlinien liegt, jedoch reicht die Formgenauigkeit auch aus,
wenn die
Schwenkachse die Winkellial!bierende an einer anderen Stelle
schneidet. Zweckmäßig legt inan die Schwenkachse in den Schnittpunkt der sich kreuzenden
Winkelhalbierenden der einer Zahnlücke zugeordneten Rechts- und Linksflanken. Das
hat den Vorzug einer genieinsamen Schwenkachse für die Rechts- und Linksflanken
und bedeutet eine wesentliche bauliche Vereinfaehung der nachfolgend noch -näher
beschriebenen -Maschine zur Äusübung des vorliegenden Verfahrens, die zur weiteren
Stes-erun-- der Leistung eine Zahnlücke gleichzeitig mit zwei Fräsern bearbeitet.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eine: -1usf-uhrun-sbeispieles
näher bescHrIfeben. In den dazugehörigen Zeichnungea bedeuten Altb. i eine schematssche
Darstellung der Projektionsebene, Abb. -2 Profillinien eines Planrades in der Proj
ehtinnsel)ene, Abb.3 Profillinien eines Kegelrades mit größerer Zähnezahl in der
Projelztioitsel)ene. :ebb. d. Profillinsen eines Kegelrades mit kleinerer Zähnezahl
in der Projektionsebene, Abb. ä zwei Fräser beim Schneiden der Profillinien am äußeren
Zahnende, Abb.6 -zwei Fräser beim Schneiden der Profillinien am inneren Zahnende,
Abb.7 Profilfräser für das beschriebene Verfahren, _@Mt. 8 Maschine zur Ausführung
des Verfahrens, zum Teil in Seitenansicht. zum Teil in einem senkrechten Schnitt,
Abb. 9 einen Schnitt nach der Linie B-h in Abb. B.
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Abb. io einen Schnitt nach der Linie C-C in :'ebb. 8, Abb. ii und
@1Teilvorrichtung der 'Maschine nach Abb. 8 (Abb. 12 ein Schnitt nach der Linie
D-D in Abb. i i), Abb. 13 und 14 eine Abänderung der in Abb. 8 dargestellten Maschine.
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In Abb. i bedeutet i ein Geradzahnkegelrad, dessen Zähne sich in üblicher
Weise nach der I,7,egelspitze 2 hin verjüngen. Projiziert man irtin die in der Schnittebene
a, also am inneren Zahnende liegenden Profillinien und (he in der Schnittebene F_),
also am ä üßeren Zahnende liegenden Profillinien auf die 1=hene .-1, so entsteht
eine Darstellung gemäß der rechten Seite der Abb. i: Die Profillinien 3. und d.
.der Rechtsflankeil schneiden sich in dein Punkt 5, die Profillinien 6 und 7 der
Linksflanken in dem Punkt B.
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Untersucht man nun nach dem gleichen Grundsatz Kegelräder mit verschiedener
Zähnezahl und unterschiedlichen Kegelwinkeln, so zeigt sich, daß der Kreuzungspunkt.
der Flanken bei .einem Planrad (Abb. 2) iin Unendlichen liegt. Bei Kegelriirieril
nvt größerer Zähnezahl liegt er weiter Vom Fußkege, entfernt (j bz-W- S in Abb.3)
als bei IZäderir reit kleinerer Zähnezahl (5 bzw. 8 @n Abb. I).
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1n den Krettzun.gspunkten _3 bzw. 8 «-erden Winkelhalbierende 9 bzw.
io der Profillinien i errichtet. Erfindungsgemäß soll die Achse, uni die der Fräser
während seines Vorschuhcs in Längsrichtung der Zähne verschwenkt wird, durch diese
Liniec) oder io gehen.
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Sie kann diese Linie unmittelbar iii den Kreuzungspunkten 5 bz.w.
8 schneiden; mit Rücksicht auf eine vereinfachte Ausbildung der Maschine empfiehlt
es sich. die Schwenkachse in den Schnittpunkt i i der sich kreuzenden Winkelhalbierenden
() sinc1 to zu häen.
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Nach dieser Regel wird beim Verzahnen gemäß Abb. 3 und 6 gearbeitet.
Danach werden die Rechts- und Linksflanken einer Zahnlücke gleichzeitig mit zwei
Fräsern 1 2 und 13 bearbeitet. Die Ausbildung vier Fi-iiser ist aus diesen Bildern
und aus Abb. 7 zu er1Wirnell. Es handelt sich tun scheibenförmige, hinterarbeitete
Profilfräser, die im Gegensatz zu den bekannten Profilfräsern für Stirnräder nur
auf einer Seite das vorgesehene Evolventenprofil aufweisen. Das Profil kann je nach
den gestellten :'-,nforderungen der Soll-Evolvente am äußeren oder inneren Zahnende
entsprechen. Zweckmäßig wird es nach der Soll-Evolvente in der Mitte des Zahnes
profiliert, damit die Annäherung an die Idealform im Zentrum der Kraftübertragung
am größten ist. @Vie Abb. 7 zeigt, sind die Schleifnuten 14 der Fräser breiter als
die Fräserzähne 13, so daß die beiden zum Bearbeiten einer Zahn-lücke bestimmten
Fräser kaminartig ineinander-reifen können, ohne daß sich die Fr:iserzähne berühren;
16 ist ein Zahn des Gegenfräsers.
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Während die beiden Fräser in Richtung der 'Mantellinie des Fußkegels
vorgeschoben werden, werden sie um die Achse i i verschwenkt. In dem Beispiel beginnt
der Anschnitt am großen Zahnende (@@bl>. 3) -und endet ain kleinen Zahnende (Abb.
6). Ein Verglesch der Abb. 5 und 6 läßt die Größe des Sch@tvenk.weges erkennen,
der von den leiden Fräsern ausgeführt werden muß.
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Eine 'lascliine zur Ausführung des beschriebenen `erfahren; ist in
den -'1b13. 8 bis 12 dargestellt. Die beiden spiegelbildlich zueinander angeordneten
Profilfräser 12, 13 sind in waagerecht verschiebbaren @Verkzetigtr:igern
18 gelagert.- Sie werden über Schneckengetriebe i9 und 20 Volt einem -Motor 21@
angetrieben. Die Werkzeugträger gleiten an Schwillgeri 2a, die zangenartig uni eine
senkrechte Achse i i schwenkbar sind. Der Antreb für diese @chwenlcbew<gttng
koninit Von
dem Flüssigkeitszylinder 24. Der gesamte bisher beschriebene
Teil der Maschine ruht auf einem Schlitten 25. Dieser Schlitten wird von einem Flüssigkeitszylinder
26 bewegt. Die Steuerung der Bewegung erfolgt von einer Nockenwelle 27 über eine
Steuerscheibe 28 und Hebel 29. Zur Einstellung des Schlittens dient die Spindel
30, mittels welcher das Anschlagstück 3 i für den Hebel 29 nach Wunsch vor oder
zurück gedreht wird.
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Die Nockenwelle 27 erhält ihren Antrieb Tiber Schneckengetriebe 32,
33, Umsteckwechselrä.der 34 und Riementrieb 35 von dem Motor 36. Die Steuerscheibe
für die Zahnhöhenbewegung ist so ausgebildet; daß die Fräser an den Zahnenden tiefer
eindringen und so eine ballige Zahnanlage erzeugen. Erfolgt diese Berichtigungsbewegung
ruckartig kurz vor und nach dem Längsschub, so werden die Zahnkanten auf diese Weise
gebrochen.
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Außer der schote beschriebenen Steuerscheibe 28 trägt die Nöolienwelle
27 eine weitere Steuerscheibe 37. Diese .bewegt über eine Einstellvorrichtung 38
einen Sen1zrechtschlitten 39, auf dem der Teilkopf 40 mit dein @ zu veraahnenden
Kegelrad 41 angeordnet ist.
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Von dem Senkrechtschlitten 39 werden über eine daran befestigte Zahnstange
42, Binde- oder Wechselräder 43, Kegelräder 44 und Binderäder 45 zwei an .den Schwingen
22 befestigte Zahnsegmente 46 bewegt (vgl. insbesondere Abib. io). Dadurch werden
die Be- . wegun:gen der Schwingen in Abhängigkeit -von der Bewegung des Senkrechtschlittens
gebracht.
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Die Ausbildung des Teilkopfes 40 i:st aus Abb. ii und 12 zu erkennen.
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Auf der das Werkstück 41 tragenden Teilspindel 47 ist eine durch eine
federbelastete Klinke 48 gesperrte Teilscheibe 49 nur ein Sperrad 5o befestigt.
Auf das Sperrad 5o wirkt eine Klinke 5i, die an einem segmentförinigen, in einer
Ringnut des Teilkopfes hin und her beweglichen Flüssigkeitskolben 52 befestigt ist.
53 und 54 sind die Zu- bzw. Ableitungen für .die druckerzeugende Flüssigkeit. Während
des Fräsens einer Zahnlücke wirkt der Flüssigkeitsdruck- in Pfeilrichtung 55 auf
den Kolben. Klinke 51 und Sperrad sind bestrebt, die Teilscheibe in Schaltrichtung
weiterzudrehen, werden aber durch die eingeschalteteKlinke 48 daran verhindert.
Die Zähne der Teilscheibe legen sich spielfrei gegen die Flanken der Klinke, wodurch
däs Werkrad in der genau richtigen Teilstellung erschütterungsfrei festgehalten
wird.
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Nach dem Ausfräsen einer Zahnlücke wird der auf den Segmentkolben
wirkende Flüssigkeitsdruck umgeschaltet, der Kolben schwingt zurück, wobei das mit
dem Kolben verbundene Keilstück 17 die Klinik 48 heftet und dadurch die Teilscheibe
entsichert. Dann wird der Flüssigkeitsdruck wieder in Schaltrichtung gelegt, was
-ein erneutes Vorwärtsschwingen des Segmentkolibens und damit ein Drehen des Sperrades
und der entsicherten Teilscheibe zur Folge hat. Diese Drehung wird .begrenzt durch
das Einfallen der nunmehr wieder freigegebenen Klinke 48 vor den nächstfolgenden
Zahn der Teilscheibe. In dieser Stellung kann dann die Bearbeitung der nächsten
Zahnlücke erfolgen.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Beim Einrichten der Maschine
wird der Werkzeugträger A und der das Werkstück tragende Teilkopf -.o in waagerechter
Richtung so verschoben, daß die Schwenkachse i i der Schwingen 22 in der am Anfang
dieser Beschreibung erwähnten Projektions-.ebetie die Winkelhalbierende indem vorgesehenen
Punkt schneidet.
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Die Schwenkstellung der Schwingen wird nach der Fräserstellung am
großen Durchnesser des Rades eingestellt. Für die richtige Steuerbewegung der Schwingen
werden entsprechende Wechselräder 43 aufgesteckt, die dafür sorgen, daß die Fräser
aus ihrer Anfangsstellung Alb. 5 am Ende des Längsvorschubes die Stellung A@b:b.
6 einnehmen.
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Nach dem Einschalten der Maschine dringen die Fräser zunächst durch
Verschieben des Schlittens 25 in Richtung der Zahnhöhe in den Radkörper ein, bis
sie die volle Zahntiefe erreicht haben. Dann beginnt der Längsvorschub, d. h. die
Abwärtsb ewegznig des Senkrechtschlittens und in gesteuerter Abhängigkeit davon
das Schwenken der Fräser, bis die Zahnlücke in ihrer vollen Längeausgeschnitten
ist. Dann wird der Schlitten : 5 wieder zurückgezogen, der Senkrechtschlitten angehoben
und das Rad um eine Lücke weitergeteilt. Diarauf wird die nächste Lücke in der gleichen
Weise bearbeitet.
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Die Bilder 13 und 14 zeigen die Verwirklichung des Erfindungsgedankens
in einer Maschine mit zwei Arbeitsstellen und einem dreiteiligen Ru.ndfördertisch.
Bei 49 wird der Radkörper auf- bow. abgespannt, bei 5.o mittels eines großen, waagerecht
vorgeschobenen Scheibenfräsers 51 vorgefräst uni bei 52 fertiggefräst. Die zum Fertigfräsen
dienende Maschineneinheit entspricht in ihrem Aufbau im wesentlichen der vorher
beschriebenen Maschine. Ein Unterschied besteht insofern, als der Längsvorschub
hier nicht durch Aufunda#bbewegen des Radkörpers, sondern des gesamten Maschinengehäuses
herbeigeführt wird. Die Steuerscheibe 37 wirkt hier auf ein in der Höhe verstellbares,
am Rundfördertisch befestigtes Anschlagstück 53.
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In den dargestellten Beispielen sind die Flüssigkeitsleitungen wie
auch die diese
-steuernden Hilfsmittel der größeren Übersichtlichkeit
halber nicht mit dargestellt.
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Die Erfindung ist nätürlich nicht auf die dargestellten Beispiele
beschränkt. So ldönnte die Steuerung der Fräserschwenkbewegung z. B. anstatt' durch
Wechselräder mittels Steuerkurven erfolgen. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich,
dar die Schwenkachse der Fräser die oben beschriebene Winkelhalbierende genau schneidet,
wesentlich ist eine so große <nnäheruna an diese, daß eine ausreichend genaue
Flankenform erreicht wird.