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Verzahnungsmaschine, insbesondere Schnellhobler für Zahnräder Die
gegenwärtige Erfindung betrifft die Erzeugung von Zahnrädern, insbesondere von Kegelrädern
mit radialen Zähnen in breiterem Sinne, mit Zähnen von allgemein gerader Richtung.
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Seit vielen Jahren ist es üblich, Spiralkegelräder und Hypoidräder
so zu verzahnen, daß die zusammenkämmenden Zahnflächen nicht über die ganze Länge
tragen. Räder mit einem solchen abgegrenzten Zahntragen laufen ruhig zusammen, selbst
wenn sie nicht in dieser theoretisch korrekten Einstellung zueinander liegen. Solche
Räder stellen sich leicht ein auf die Verschiedenheiten im Einbau und in der Belastung,
die bei dem Betrieb solcher Räder immer aufkommen. Es war ein Verfahren zum Schneiden
von geradzahnigen Kegelrädern mit balligem Zahntragen bekannt. Jedoch erfordert
dieses Verfahren beträchtliche mathematische Berechnungen, und es ist nie in allgemeinen
Gebrauch gekommen. In letzter Zeit wurden Maschinen entwickelt, auf denen geradzahnige
Kegelräder mit balligem Zahntragen durch Veränderung der Schnitttiefe der Hobelstähle
während ihres geradlinigen zusammenlaufenden Weges über die Zahnbreite des Radkörpers
hinweg erzeugt wurden. Die Hobelstähle schneiden an den Zahnenden einer Zahnlücke
tiefer als in der Mitte der Zahnbreite. Dieses Verfahren ist sehr einfach und praktisch.
Es verursacht jedoch, daß die Zahnlücken am Zahngrund konvex werden und daß sie
nicht die natürliche normale Verjüngung haben. Weiterhin wird bei diesen Maschinen
die Wölbung der Zähne durch eine Kurve erzeugt, die die Schnittiefe des Hobelstahles
während seines Weges über die Zahnbreite verändert. Soll die Wölbung, also die Balligkeit
der Zähne verändert werden, dann muß die Kurve entsprechend ausgewechselt werden.
Ein
Hauptgegenstand der gegenwärtigen Erfindung ist eine Maschine zum Schneiden geradzahniger
Kegelräder mit in Längsrichtung gewölbten oder balligen Zähnen, wobei jedoch die
Zahnlücken einen geradlinigen Zahngrund und die richtige Verjüngung in der Tiefe
von einem Zahnende zum anderen Zahnende erhalten.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Maschine zum Verzahnen
geradzahniger Kegelräder mit balligem Zahntragen, bei welchem die Zahnwölbung durch
Steuerung des in Längsrichtung verlaufenden Hobelstahlweges geschieht anstatt durch
Steuerung der Hobelstähle in der Riehtung des Zahngrundes.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Maschine zum Verzahnen
geradzahniger Kegelräder mit balligem Zahntragen, bei welcher die Wölbung der Zähne
durch Bewegung der Hobelstähle auf einem in Längsrichtung gekrümmten Weg erzeugt
wird, um die Zahnflanken an beiden Seiten der Zähne in Längsrichtung konvex zu gestalten.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Maschine zur Erzeugung
von geradzahnigen Kegelrädern mit den oben beschriebenen Eigenschaften, mit welcher
jedes gewünschte Maß der Wölbung der Zähne durch einfache Einstellung von Kontrollorganen
erzeugt wird, ohne daß irgendwelche Kontrollorgane ausgewechselt werden müssen.
Weitere Eigenschaften dieser Erfindung sind ersichtlich aus der folgenden Beschreibung
und aus den anhängenden Ansprüchen.
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In den Zeichnungen ist Fig. i eine Vorderansicht der Werkzeugseite
einer Kegelradverzahnungsmaschine entsprechend einer bevorzugten Ausführung dieser
Erfindung, Fig.2 ein Teilschnitt durch einen der Hobelschlitten der Maschine und
dem Stößel, auf welchem der Schlitten hin und her bewegt wird, Fig. 3 ein Einzelteilschnitt
im rechten Winkel zu Fig. 2. Sie zeigt eine der Rollenführungen und Rollen zur Steuerung
der Stahlschlittenwege in Längsrichtung, Fig. 4 eine entsprechende Ansicht einer
etwas abgeänderten Konstruktion, Fig.5 eine schematische Darstellung des Verzahnens
eines Räderzahmes entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und Eig.
6 eine Teilansicht eines geradzahnigen Kegelrades mit in Längsrichtung gekrümmten
Zähnen, wie sie durch das Verfahren und mit der Maschine der gegenwärtigen Erfindung
hergestellt werden.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in Form einer Verbesserung der
Maschine nach dem USA.-Patent von C a r 1 s e n, Nr. 2 101 237 vom
7. Dezember 1937, dargestellt. In Wirklichkeit kann die Maschine, abgesehen von
dem Unterschied in dem Hobelmechanismus, wie er später beschrieben wird, von der
gleichen Konstruktion und Arbeitsweise sein wie die in dem Carlsen-Patent offenbarte
Maschine.
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Die Abwälzwiege der Maschine ist mit io bezeichnet, während 12 und
12' die beiden Hobelstahlschlitten darstellen. Die Schlitten laufen auf dem Stößel
13 hin und her. Die Stößel 13 bewegen sich gleich dem Stöße125 des Carlsen-Patentes
in der Richtung der Wiegenachse hin und her, und zwar im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung
der Hobelstahlschlitten. Die Hinundherbewegung der Stößel in Richtung der Wiegenachse
dient zum Zustellen und Abheben der Hobelstähle in und außer Schnittstellung an
den gegenüberliegenden Enden der Hobelschlittenhübe.
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Auf dem Hobelstahlschlitten sitzen, in Längsrichtung verstellbar,
die Hobelstahlhalter 14 und 14. Diese Stahlhalter werden nach ihrer Einstellung
mittels Bolzen 15 und 15' festgezogen. Die Bolzen 15 und 15' sitzen in T-Schlitzen
16 und 16', die in den Vorderseiten der beiden Schrauben eingefräst sind. An den
Stahlhaltern 14 und 14 sitzen die Hobelstahlaufnahmen 18 und 18', und in die Hobelstahlaufnahmen
werden die Hobelstähle T und T' eingesetzt. Diese Hobelstähle sind normaler Ausführung,
wie sie üblicherweise zum Schneiden von geradzahnigen Kegelrädern verwendet werden.
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Die Hobelstahlschlitten 12 und 12' werden durch einen Schwinghebel
2o hin und her bewegt. Der Schwinghebel 2o wird über eine Kurbelscheibe oder ein
anderes passendes Antriebsorgan in üblicher Weise angetrieben. Der oszillierte Schwinghebel
ist mit dem oberen Stahlschlitten durch den Bolzen 21 und Gleitstein 22 verbunden.
Der letztere gleitet in einer Führung 23 im oberen Stahlschlitten 12. Der Schwinghebel
2o ist in gleicher Weise mit dem unteren Stahlschlitten 12' durch den Bolzen 21',
Gleitstein 22' und Führung 23' verbunden. Wenn der Schwinghebel oszilliert, werden
die Stahlschlitten gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen hin und her geschoben.
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An jedem Stahlschlitten ist ein Paar von Rollenführungen 25 angeordnet.
Jede Rollenführung hat einen Zapfen 26 (Fig. 2), mit dem die Rollenführung in dem
Schlitten 12 oder 12' im Winkel verstellbar gelagert ist. In der Ausführung nach
Fig. 3 hat jede Rollenführung 25 einen quer verlaufenden Führungsschlitz 27 mit
einer oberen geradlinigen Führung 28 und einer unteren geradlinigen Führung 29.
An der Vorderseite jedes Stößels sitzt ein Bolzenpaar 3o. Die Bolzen jedes Paares
sind in Abständen zueinander angeordnet und in den Flächen der Stößel 13 festgeschraubt.
Jeder Bolzen trägt ein Rollenpaar 31 und 32. Jede Rolle 31 läuft auf der oberen
Führungsfläche 28 der Führung 27 und der Rollenführung 25, während jede Rolle 32
auf einer konischen Nachstelleiste 33, die zwischen der unteren Fläche 29 der Rollenführung
und der Rolle 32 rollt. Die konische Nachstelleiste 33 dient zur Nachstellung bei
Abnutzung der Führung. Mit dieser Anordnung wird jede Rolle 31 in reibende Berührung
gegen die Fläche 28 der Führung 27 gedrückt. Jede Nachstelleiste 33 kann durch Schraube
34 in ihrer entsprechenden Rollenführung 25 nachgestellt werden.
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Jede dieser Rollenführungen 25 ist auf ihrem Stahlschlitten im Winkel
so einstellbar, daß die Führungsfläche 28 in der Führung 27 zur Bewegungsrichtung
der entsprechenden Schlitten 12
oder 12' geneigt werden kann. Um
die Einstellungen genau vornehmen zu können, trägt jede der vier Rollenführungen
einen Arm 35, der an seinem äußeren Ende eine Skala hat. Die Skala wird abgelesen
gegen einen Nonius, der an der Stirnseite auf einer erhabenen Fläche 36 des Stahlschlittens
angeordnet ist. Jeder Arm 35 wird auf seiner Rollenführung 25 durch einen Bolzen
37 befestigt. Eine Vielkeilbohrung sitzt auf einer Keilwelle des entsprechenden
Bolzens 26, um den Arm fest auf der Rollenführung zu verankern. Jeder Arm 35 und
die Rollenführung 25 wird in der erforderlichen Winkeleinstellung durch einen Bolzen
38 gehalten. Der Bolzen 38 ragt durch einen bogenförmigen Schlitz 39 im Arm und
wird in dem entsprechenden Stahlschlitten 12 oder 12' festgeschraubt.
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Anstatt, daß die Rollen 31 und 32 direkt an den Führungen der Schlitze
27 entlang rollen, können die Rollenführungen so ausgeführt werden, wie sie in 45
(Fig. 4) dargestellt sind. Hier hat die Rollenführung 45 einen Führungsschlitz 47,
dessen obere und untere Führungsfläche 48 und 49 gerade sind und jede Rolle 31 in
Wälzlagern 4o in einem vierkantigen Gleitstein 41 angeordnet ist. Die Gleitsteine
gleiten in dem Schlitz 47 der Rollenführung 45.
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Bei Verwendung der zwei Rollenführungen 25 oder 45, die an den Schlitten
12 und 12' angeordnet sind, werden diese so eingestellt, daß ihre Führungsfläche
28 oder 48 im Winkel zueinander und zu dec Bewegungsrichtung der Schlitten geneigt
sind. Sie nehmen dann eine Stellung an, wie sie schematisch in Fig. 5 gezeigt ist.
Die Rollenführung wird hier mit 25a, 25b, 25e und 25d und deren Führungsfläche mit
28a, 28b, 28c und 28d bezeichnet. Die Rollen, die an den Führungsflächen der einzelnen
Rollenführungen gleiten, sind mit 31a, 31b, 31° und 31d bezeichnet. Da nur einer
der Hobelstähle T oder T' zu gleicher Zeit in Schnittstellung ist, während der andere
Hobelstahl auf seinem Rücklaufhub läuft, ist einer der Stahlschlitten und sein Hobelstahl
T in voll ausgezogenen Linien gezeigt, während der andere Stahlschlitten 12' und
sein Hobelstahl T' in seiner zurückgezogenen hobelnden Stellung auf gestrichelten
Linien dargestellt ist.
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Das zu verzahnende Rad ist mit 54 bezeichnet und die Zähne sind bei
53 gezeigt. Der Kegelscheitelpunkt des Rades liegt bei 55, während 56 die in Längsrichtung
verlaufende Mittellinie des Zahnes radial vom Kegelscheitelpunkt 55 ausgeht. Die
Hobelstahlschlitten 12 und 12' werden auf der Abwälzwiege io in gewohnter Weise
im Winkel eingestellt, um die Schlitten entsprechend der Verjüngung der Zähne zu
neigen. Diese eingestellten Winkel sind mit Linie 57 und 58 identisch. Diese Linien
57 und 58 tangieren an den gegenüberliegenden Seiten des Zahnes 53 und schneiden
den Kegelscheitelpunkt 55. Wenn das Rollenführungspaar 25a und 25b oder das Rollenführungspaar
25c und 25d, an deren Stahlschlitten parallel zueinander und zur Bewegungsrichtung
der Schlitten 12 oder 12' eingestellt sind, dann wird der Stahlschlitten in einer
geraden Linie hin und her gehen. Werden jedoch die Rollenführungspaare zueinander
geneigt, dann haben die Rollenführungen eine kombinierte Gleit-und Drehbewegung,
da sie an dem Bolzen 31 während des Hinundhergehens der Stahlschlitten sich verschieben.
Daher werden die Schlitten 12 und 12' und die Hobelstähle T und
T', die an dem Schlitten gehalten sind, sich auf einem gekrümmten Pfad bewegen,
während die Schlitten durch den Schwinghebel 2o hin und her bewegt werden. Also,
die Hobelstähle T und T' werden entlang eines gekrümmten Weges 5o
und 5o' hobeln und an den gegenüberliegenden Zahnseiten die Zahnflanken 51 und 52
an dem Zahn 53 erzeugen, die eine konvexe Zahnform in Längsrichtung aufweisen.
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Die Krümmllngsradien der Zahnflanken 51 und 52 an den Zahnrädern können
nach den bekannten Grundsätzen der Kinematik bestimmt werden. In der Zeichnung sind
die Seiten 51 und 52 so gekrümmt, daß die radialen Linien 57 und 58 den Zahn in
der Mitte der Zahnbreite berühren. Der Berührungspunkt an den Zahnseiten kann indessen
an irgendeiner Stelle entlang der Zahnbreite gewählt werden. Durch Änderung der
Winkelstellung der Rollenführungen kann der Krümmungsradius des Hobelstahlweges
geändert werden, und es kann daher mit der vorliegenden Erfindung eine vollständige
Kontrolle über die Größe der Krümmung in Längsrichtung der Zähne vorgenommen werden.
Es kann jede gewünschte Wölbung erzeugt «erden.
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Fig. 6 zeigt ein geradzahniges Kegelrad mit gewölbten Zähnen dieser
Erfindung. Ein solches Rad kann in Eingriff gebracht werden mit einem ähnlich geschnittenen
Gegenrad oder mit einem auf normale Art verzahnten Gegenrad. In jedem Fall wird
ein solches Paar ein Ballenzahntragen aufweisen.
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Die Erfindung kann verwendet werden zum Verzahnen von Zahnrädern mit
und ohne Abwälzrollung. Die Erfindung wurde beschrieben besonders in Verbindung
mit einer Maschine zum Schneiden von geradzahnigen Kegelrädern mit radial verlaufenden
Zähnen. Es sei jedoch verstanden, daß die Erfindung auch angewendet werden kann
für das Verzahnen von Kegelrädern mit versetzten oder schrägen Zähnen. Es sei fernerhin
verstanden, daß die Erfindung auch bei Verzahnen von Stirn- und Schraubenrädern
anwendbar ist. Diese Anmeldung schließt alle Variationen, Verwendungen und Anwendungen
der Erfindungen ein, die im allgemeinen durch die Grundzüge der Erfindung und solcher
Abwandlungen der gegenwärtigen Offenbarung gedeckt sind, soweit sie die bekannte
oder übliche Praxis in der Zahnradherstellung umfassen. Die Erfindung deckt auch
alle wesentlichen Eigenschaften, wie sie im vorhergehenden beschrieben wurden und
soweit sie innerhalb des Bereiches der Erfindung oder der angehängten Ansprüche
fallen.