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Mittels eines Messerkopfes geschrupptes und geschlichtetes, aber noch
nicht geläpptes Spiralkegel- oder Hyperboloidzahnrad Die Erfindung bezieht sich
auf Spiralkegel-und Hyperboloidzahnräder, die zunächst mittels eines umlaufenden
Messerkopfes mit achsparallelen Messern geschruppt und geschlichtet und alsdann
unter Verwendung eines Schleifmittels geläppt werden.
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Beim Läppen läßt man die zusammengehörigen Räder im Eingriff miteinander
umlaufen, wobei sie ein Drehmoment übertragen und durch ein Poliermittel geschmiert
werden. Hierbei werden die Zahnflanken durch den Reibungseingriff geglättet. Da
jedoch die gegenseitige Gleitbewegung zwischen den in Eingriff gelangenden Zahnflanken
am Teilkreis am geringsten ist und mit zunehmendem Abstand von diesem wächst, erfahren
die Zahnflankenprofile leicht eine Verformung, die ein geräuschvolles Laufen der
Zahnräder zur Folge hat. Das Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden.
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Bisher hat man diese Aufgabe dadurch zu lösen versucht, daß manzumLäppenbesondere
Meisterräder verwendete, die als Hyperboloidräder ausgebildet sind und daher über
die gesamte tragende Zahnflanke des geläppten Kegelrades hin eine gleitende Reibung
erzeugen,
so daß auch am Teilkreis nicht mehr eine reine Wälzbewegung
stattfindet, wie es der Fall ist, wenn zwei Kegelräder miteinander kämmen. Dieses
Verfahren ist indessen schwierig und teuer. Ein anderer Weg zur Lösung der Aufgabe
besteht in der Verwendung von Läppmaschinen, die den läppenden Zahnrädern außer
dem im Eingriff erfolgenden Umlauf zusätzliche Bewegungen erteilen, z. B. die gegenseitige
Eingriffstiefe verändern.
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Die Erfindung löst die Aufgabe in einer anderen Weise, nämlich durch
eine solche Gestaltung des noch nicht geläppten Zahnrades, daß die tragende Zone
der Zahnflanke innerhalb des Teilkreises, d. h. am Zahnfuß, um die beim Läppen abgehobene
Schichtdicke unterhalb der theoretischen Profilevolv ente liegt, so daß durch Läppen
des übrigen Teils der tragenden Zone der Zahnflanke das Flankenprofil des fertig
geläppten Zahnrades vollständig oder nahezu vollständig der Evolvente gleicht. Dadurch
wird die beim Läppen auf den Zahnkopf des Gegenrades ausgeübte Schleifwirkung vermindert.
Der erhöhten Gleitgeschwindigkeit am Zahnkopf steht daher ein verminderter Druck
gegenüber, so daß die entstehende Schleifwirkung über die ganze tragende Zone hin
vergleichmäßigt wird.
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Bekannt ist es, beim Schruppen von Zahnrädern mittels eines Schneckenfräsers
dessen Schneidkanten so zu gestalten, daß sie die Zahnfüße unter den tragenden Zonen
unterschneiden, um dadurch zu erreichen, daß, wenn die Zahnräder anschließend mit
einer Schleif- oder Polierscheibe geschlichtet werden, diese jenseits der tragenden
Zone frei auslaufen kann. Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß von der tragenden
Zone selbst zusätzlicher Werkstoff fortgenommen. Dadurch soll der Zahnauflagedruck
beim Läppen an der betreffenden Stelle lediglich verringert werden.
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Für die Ausgestaltung des Messerkopfes gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die im. nachstehenden an Hand der Zeichnungen erläutert werden. In ihnen zeigt Fig.
i schematisch den Eingriff eines nach dem bisher üblichen Verfahren hergestellten
Kegelradpaares, Fig.2 die Herstellung eines der beiden Zahnräder nach der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Eingriffs der beiden
Zahnräder, von denen das eine nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt ist,
Fig. 4. einen Teilgrundriß eines -Messerkopfes zur Ausführung des Verfahrens nach
der Erfindung, Fig.5 einen Teilaufriß dieses Messerkopfes, Fig. 6 und 7 Aufriß und
schaubildlich Einstellmesser des Messerkopfes der Fig.4 und 5, Fig. 8 eine andere
Ausführungsform der Messer für den Messerkopf nach der Erfindung, Fig. g und io
Aufriß und schaubildlich eine dritte Ausführungsform des Messerkopfes, Fig. i i
eine vierte Ausführungsform der Messer und Fig. 12 ein Schema zur Darstellung des
Abwälzfräsverfahrens mit Hilfe des Messerkopfes.
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In Fig. i ist schematisch der Eingriff zweier Spiralkegelräder veranschaulicht,
nämlich eines antreibenden Ritzels 20 und eines angetriebenen Tellerrades 21. Die
tragenden Zahnflanken sind durch dick ausgezogene Linien angedeutet. 22 zeigt die
Grundkreisfläche, 23 die Teilkreisfläche und 24 die Kopfkreisfläche des Ritzels,
während bei 25 die Fußkreisfläche, bei 26 die Teilkreisfläche und bei 27 die Kopfkreisfläche
des Tellerrades angedeutet ist. Bei 28 ist die Eingriffslinie der beiden Zahnräder
eingetragen.
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Befinden sich die Zahnräder in der dargestellten Lage, so liegt der
Kopf des Zahnes 30 des Tellerrades an der inneren Seite der Zahnflanke 31 des Ritzels
an, und zwar an dem Endpunkt 33 der Eingriffslinie. Das andere Ende der Eingriffslinie
ist mit 34 bezeichnet. An einem Punkt 38 dieser Linie steht der Zahn 36 des Tellerrades
in Berührung mit dem Ritzelzahn 37.
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Wenn die Zahnräder geläppt werden, werden ihre Flanken hierbei so
verformt, daß sie vorwiegend an den Zahnköpfen des getriebenen Rades tragen. Welche
Gründe diese Verformung des Zahnprofils auch haben mag, es gibt hierfür verschiedene
Erklärungen, so'tritt diese Erscheinung ziemlich häufig auf. Sie führt zu geräuschvollem
Lauf der Räder.
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Bei den gewöhnlichen Abwälzverfahren zum Erzeugen eines Kegelrades
gelangt ein Werkzeug von bestimmtem Eingriffswinkel zur Verwendung, der über die
ganze Länge der die Zahnflanke bearbeitenden Fläche des Werkzeuges konstant ist.
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Nach der Erfindung wird ein übermäßiges Tragen an den Zahnköpfen dadurch
vermieden, daß die Zahnflanken des Ritzels an denjenigen Stellen abgefräst werden,
die mit den Zahnköpfen des Tellerrades in Eingriff treten.
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Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß die Zähne des Ritzels mit einem
Schneidwerkzeug erzeugt, das an der Kopfseite der die Flanke bearbeitenden Schneidkante
einen kleineren Eingriffswinkel hat als über den übrigen Teil der Schneidkante hin.
Dies ist in Fig.2 veranschaulicht. Hier ist das herzustellende Ritzel mit 40 und
das nach dem Abwälzverfahren arbeitende Werkzeug mit 41 bezeichnet. Das Schneidwerkzeug
(Fräser
oder Hobelstahl) hat eine Schneidkante42, die über eine
größere Strecke hin den Eingriffswinkel a hat, aber vom Punkt 43 bis zur Spitze
hin gemäß dem kleineren Eingriffswinkel cd verläuft.
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Bei der Erzeugung eines Kegelritzels nach dem Abwälzverfahren verwendet
man gewöhnlich ein Werkzeug, dessen Schneidkante über ihre ganze Länge hin geradlinig
gemäß einem unveränderlichen Eingriffswinkel a verläuft, so daß sie in ihrem äußeren
Abschnitt die bei 45 gestrichelte Lage einnimmt. Bei dieser Profilierung des Werkzeuges
entsteht am Ritzel das in Fig. i gezeigte Flankenprofil, das in Fig. bei 46 gestrichelt
angegeben ist. Bei Verwendung des bei 41 gezeigten Werkzeuges wird aber das Zahnflankenprofil
des Ritzels teils von dem Abschnitt der Schneidkante mit dem Eingriffswinkel a erzeugt,
teils aber von dem Abschnitt der Schneidkante mit dem Eingriffswinkel a'. Da der
Winkel ä kleiner als der Winkel a ist, wird am Zahnfuß nicht das in Fig. 2 gezeigte
Profil 46 erzeugt, sondern das etwas weiter zurückstehende, in ausgezogenen Linien
gezeigte Profil.
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In die Fig. 2 ist bei 28 die Eingriffslinie der beiden Zahnräder eingezeichnet,
wie sie sich bei normal hergestellten Profilen ergibt.
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Wie weit die Zahnflanken am Zahnfuß zurücktreten sollen, muß man ausprobieren.
Der Fig. i liegt die Annahme zugrunde, daß das Flankenprofil im Punkt 5o zurückzutreten
beginnt, so daß die Flanke des Ritzels unterhalb dieses Punktes nicht mehr trägt.
Auch in Fig. 2 ist der entsprechende Punkt mit 5o bezeichnet. Er hat von der Ritzelachse
den -gleichen Abstand wie der Punkt 5 i, und durch Projektion des Punktes 5 i auf
den Punkt 43 kann man leicht bestimmen, an welcher Stelle der Schneidkante der Eingriffswinkel
sich ändern muß, um zu erreichen, daß das Profil der Ritzelflanken von der gewünschten
Zahnhöhe ab zurücktritt.
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Fig.3zeigt den Eingriff eines in der üblichen Weise erzeugten Tellerrades
mit einem nach der Erfindung profilierten Ritzel. Die Zähne des Zahnrades sind ebenso
bezeichnet wie in Fig. i und die Ritzelzähne so wie in Fig. 2. Wie ersichtlich,
findet im Punkt 33 der Eingriffslinie 28 kein Tragen zwischen den Zähnen des Ritzels
und des Tellerrades mehr statt. Der am weitesten nach dem Zahnfuß des Ritzels hin
liegende Punkt, an dem die Flanken noch tragen, liegt auf dem Kreis 6o, der durch
den Punkt 5o und die entsprechenden Punkte 61 und 62 vom gleichen Radialabstand
verläuft.
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Für das Abwälzverfahren nach der Erfindung können die verschiedensten
Werkzeuge zur Verwendung gelangen. So zeigen die Fig. 4 und 5 einen Messerkopf fräser
65, dessen Messer 66 im Kreis um die Achse des Messerkopfes herum angeordnet sind
und die mit ihren Schneiden über die eine Stirnfläche des Messerkopfes hinausragen.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform dieses Werkzeuges haben sämtliche Messer
äußere Schneidkanten 67, und die Stirnflächen der Messer sind an den Spitzen der
Messer mit Nasen 68 versehen. Die .Vase beginnt an einer dem Punkt 43 der Fig. 2
entsprechenden Stelle, und sie hat zur Folge, daß am äußeren Ende der Schneidkante
des Messers der Eingriffswinkel kleiner ist. Dies lassen insbesondere die Fig. 6
und 7 erkennen, in denen ein Messer 66 in vergrößertem Maßstab veranschaulicht ist.
Die Linie 69 läßt erkennen, wo die Nase vorzuspringen beginnt.
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Auf seiner Kopffläche 70 (Fig. 7) und der Flanke 71 ist jedes Messer
natürlich hinter der Schneidkante 67 hinterschliffen. Es kann auch an der gegenüberliegenden
Flanke hinterschliffen sein. Bei dieser Gestalt des Messers hat die Flankenfläche
71 einen unveränderlichen Eingriffswinkel über ihre ganze wirksame Höhe hin. Lediglich
die Nase am oberen Ende des Messers läßt den äußeren Teil der wirksamen Schnittkante
des Werkzeuges vorspringen, so daß hier ein kleinerer Eingriffswinkel entsteht,
als ihn die übrige Seitenfläche aufweist. Man erkennt dies deutlich aus Fig.6. Mit
73 ist die Schnittkante am äußersten Ende bezeichnet, während bei 74 die von der
Nase gebildete Schnittkante gezeigt ist. Zieht man eine Linie mitten quer durch
die hinterschliffeneKopffläche, so verläuft diese, wie bei 75 angedeutet ist. 76
zeigt eine sich hieran anschließende Linie mitten durch die hinterschliffene Seitenfläche
des Messers. Wie man sieht, entsteht durch die Nase ein wirksamer Eingriffswinkel
a' des Messers von der Linie 69 aus nach oben bis zur Spitze 70. Dieser Winkel ä
ist kleiner als der Eingriffswinkel a der Flanke 71 des Messers.
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Statt mit einer Nase versehene, unter sich gleiche Messer zu verwenden,
kann man den Messerkopf auch mit verschiedenen Messern 8o und 82 (Fig. 8) versehen,
die sich durch die Größe des Eingriffswinkels a bzw. ä der Schneidkanten 81 bzw.
83 unterscheiden. Wie Fig. 8 zeigt, ist der Winkel a' der Messer 82 kleiner als
der Winkel a der Messer 8o. Die Messer sind auf dem Messerkopf so angeordnet, daß
sich die aufeinander projizierten Schneidkanten 81 und 83 in einem Punkt 85 schneiden,
der dem Punkt 43 der Fig. 2 entspricht.
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In den Fig.9 und io ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung
veranschaulicht. Hier sind die Flanken 9o der untereinander
gleichen
Messer so geschliffen, däß sie zwei Flächen mit verschiedenen Eingriffswinkelna
und a' aufweisen. Die Schneidkante 9i hat dementsprechend ebenfalls diese beiden
verschiedenen Eingriffswinkel, nämlich einen größeren a für den längeren Abschnitt
der Kante und einen kleineren a' für den kürzeren oberen Abschnitt der Kante. Der
übergangspunkt 93 von dem einen zum anderen Eingriffswinkel entspricht dem Punkt
q.3 der Fig. 2.
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Bei der in den Fig. 9 und io gezeigten Ausführungsform entsteht längs
der Linie 94 eine scharfe Kante, weil hier die verschieden geneigten Flankenflächen
aneinanderstoßen. Diese scharfe Kante kann durch eine allmähliche Abrundung der
Flanke nach dem Kopf des Messers hin vermieden werden, wie Fig. i i zeigt. Auch
hierdurch entsteht ein Messer, dessen Schneidkante am Kopf einen Eingriffswinkel
d hat, der kleiner ist als der Eingriffswinkel a des größeren Abschnitts der Schneidkante.
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Die in den Zeichnungen veranschaulichten oder die nach anderen Ausführungsmöglichkeiten
der Erfindung gestalteten Werkzeuge werden zur Erzeugung der Zahnräder nach dem
Abwälzverfahren benutzt. Zu diesem Zweck wird eine relative Abwälzbewegung zwischen
Werkzeug G und Werkstück P gemäß Fig. 12 erzeugt, während gleichzeitig das Werkzeug
seine Schnittbewegung ausführt. Die Abwälzbewegung kann hierbei in irgendeiner bekannten
Weise herbeigeführt und entweder mit allen seinen Komponenten nur dem Werkzeug oder
nur dem Werkstück oder mit manchen Komponenten dem einen und mit manchen dem anderen
erteilt werden.
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In der Regel genügt es zur Erzielung eines befriedigenden Ergebnisses,
wenn eins der beiden miteinander kämmenden Zahnräder nach dem Verfahren der Erfindung
hergestellt ist. Für gewöhnlich ist dies das Ritzel, also das treibende Zahnrad.
Unter Umständen kann es aber auch erwünscht sein, beide Zahnräder nach dem Verfahren
herzustellen, insbesondere wenn das Ritzel abwechselnd als treibendes und als getriebenes
Zahnrad wirkt. Schließlich genügt es zuweilen, wenn nur die j eine Flanke der Zähne
nach dem Verfahren j hergestellt wird, nämlich dann, wenn stets dasselbe Zahnrad
treibend wirkt, und zwar stets in derselben Richtung. ; Weiter ist zu beachten,
daß, wenn die Erfindung auch in Anwendung auf das Messer- i kopffräsverfahren beschrieben
ist, sie doch mit anderen Werkzeugen, z. B. Hobelstählen, ausgeführt werden kann.
Sie ist auch nicht auf Spiralkegelräder beschränkt, sondern anwendbar auf geradverzahnte
Kegelräder. Ebensowenig ist die Erfindung auf die Verwendung von Schneidwerkzeugen
beschränkt, da sie auch beim Schleifen von Zahnrädern verwendet werden kann. Hierbei
muß das Schleifwerkzeug entsprechend angeordnete Eingriffswinkel haben. Die Erfindung
ist daher nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern zahlreicher
Abänderungen fähig.