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Wälzverfahren und Wälzwerkzeug zum Verzahnen von Kegelrädern mit Bogenzähnen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzverfahren und ein Wälzwerkzeug zum Verzahnen
von Kegelrädern mit Bogenzähnen, bei dem die hohlen und erhabenen Zahnflanken in
dem gleichen Arbeitsgang geschnitten werden, und zwar von einem Werkzeug, dessen
Schneidkanten sich auf einer zykloidenförmigen Bahn in der Ebene des Werkzeugplanrades
bewegen. Ihr Lösungsgedanke kann in erster Linie darin gesehen werden, daß während
des Verzahnens die Mantellinie des Werkstückteilkegels geneigt zur Teilebene des
Werkzeugplanrades angeordnet ist, wobei der Neigungswinkel so groß ist, daß sich
die geschnittene Lückenweite, in der Umfangsrichtung des Werkstückplanrades gemessen,
von dessen Außendurchmesser nach innen proportional dem sich verkleinernden Abstand
zwischen der jeweiligen Meßstelle und der Planradmitte vermindert.
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Weitere Punkte des Lösungsgedankens werden nach einer voraufgehenden
grundsätzlichen Erklärung an Hand eines Beispieles erläutert. Die neue Arbeitsweise
zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus. Sie ist für das Verzahnen von Kegelrädern
mit großen und kleinen Zahnteilungen geeignet. Dank ihrer Einfachheit bietet sie
besondere Vorteile für kleine Kegelräder, wie sie z. B. in der feinmechanischen
Industrie gebraucht werden.
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Bild i zeigt einen Ausschnitt aus dem in eine Ebene abgewickelten
Teilkegel eines Kegelrades mit Bogenzähnen. Die Zahnlücken a sind evolventenförmig,
die Zahnlücke b ist zykloidenförmig gekrümmt. Die Lücke b ist also nach einem Verfahren
geschnitten, daß durch die vorliegende Erfindung verbessert werden soll. Bei beiden
Bearbeitungsarten für Lücken a und b werden die hohlen Flanken ah bzw. bh in einem
Arbeitsgang mit den erhabenen Flanken a, bzw. b, geschnitten. Dazu dient in Bild
i für die evolventenförmigen Zahnlücken a der Werkzeugzahn d mit seinen
beiden Schneidkanten dh und d, und für die zykloidenförmige
Lücke
b der Werkzeugzahn f mit seinen beiden Schneidkanten fh und f,. Der Werkzeugzahn
f sitzt in bekannter Weise in einem Messerkopf, dessen Achse bei g liegt
und durch Wälzen des mit dem Messerkopf verbundenen Ritzels h auf dem Sonnenrad
i in Drehung versetzt wird, wenn der Messerkopfträger um die Achse m des
Planrades gedreht wird. Diese Arbeitsweise gehört zum bekannten Stand der Technik
und bedarf deshalb keiner weiteren Erklärung. Der Messerkopf ist in den Darstellungen
vereinfacht durch einen Hebelarm k veranschaulicht.
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Die Breite der geschnittenen Zahnlücke wird, gemessen senkrecht zu
ihrem Längsverlauf, von der Breite des Werkzeugzahnes d bzw. f bestimmt,
wie eine Betrachtung des Bildes i ohne weiteres erkennen läßt. Die evolventenförmige
Zahnlücke a hat nun die Eigenart, daß ihre in Umfangsrichtung des Planrades gemessene
Lückenweite 11, 12, 13, 14, 15 von außen, 11, nach innen in dem gleichen Maße abnimmt,
wie sich der Abstand der jeweiligen Meßstelle (i bis 5) von der Planradmitte m vermindert.
So ist z. B. mit den in Bild i eingetragenen Zeichen
Diese Regel gilt auch für den geradflankigen Kegelradzahn, dessen Flankenlinien
zum Mittelpunkt m des Werkstückplanrades gerichtet sind, wie es in Bild i durch
die strichpunktierten Linien n angedeutet ist. Darüber hinaus muß sie für alle Formen
von Flankenlinien erfüllt sein, wenn die Form der Zahnlücke der Form des Zahnes
genau entsprechen soll.
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Diese Voraussetzung ist nicht so ohne weiteres erfüllt beim Schneiden
einer zykloidenförmig gekrümmten Zahnlücke b, wie diese Arbeitsweise eingangs geschildert
wurde. Auch hierbei ist die Lückenweite senkrecht zum Zahnverlauf (L") am Außendurchmesser
Ra und am Innendurchmesser R; mit praktisch ausreichender Genauigkeit gleich groß.
Auch die in der Umfangsrichtung des Rades gemessene Lückenweite nimmt vom großen
Raddurchmesser Ra (h) zum kleinen Raddurchmesser R; (h) ab, aber nicht so ohne weiteres
proportional der Durchmesserverkleinerung. Die Lückenweite 1s ist in diesem Beispiel
um y größer, als sie nach der obigen Regel sein soll.
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Hier setzt nun die Erfindung ,ein. Sie schreibt vor, daß die Mantellinie
o des Werkstückteilkegels (Bild 2), die auch als Schnittspur der in Bild i dargestellten
Werkstückteilebene (Werkstückplanrad) angesehen werden kann, während des Verzahnens
geneigt zur Teilebene des Werkzeugplanrades angeordnet ist. Bekanntlich wird das
Werkzeugplanrad durch die Bahn des Werkzeuges verkörpert; in Bild 2 ist es durch
die strichpunktierten Linien p angedeutet. Die Mantellinie o des Werkstückteilkegels
oder, was, wie oben erläutert, dieser entspricht, die Teilebene des Werkstückplanrades
ist um den Winkel x gegen die Teilebene des Werkzeugplanrades geneigt. Dieser Winkel
ist so groß eingestellt, daß die Abweichung y von der proportionalen Verminderung
der Lückenweite beseitigt wird, daß also wird:
Man kann die Größe des Winkels x leicht beim Verzahnen durch eine Lückenweitenmessung
feststellen, man kann ihn auch mit einer einfachen Annäherungsformel erfassen, wenn
man in diese die in Bild i eingetragenen Spiralwinkel ß" und ßi einsetzt.
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Dann ist y = Z1 - Z"/cos ßi und mit dem Stirneingriffswinkel a8i und
der Zahnbreite b
Schneidet man die hohle und erhabene Zahnflanke einer Zahnlücke in einem Arbeitsgang,
aber getrennt mit hintereinanderlaufenden Schneiden qh und qe, so hat der Abstand
der beiden Messer natürlich Einfluß auf das in die Rechnung einzusetzende l", wie
es dem Verzahnungsfachmann bekannt ist.
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Schneidet man nach diesem Verfahren bogenverzahnte Kegelräder, deren
Spiralwinkel ß in der Mitte der Zahnbreite b nicht weit von dem Wert o abweicht,
so kann ein Werkzeug verwendet werden, dessen Schneidkanten für die hohlen und erhabenen
Flanken gleich große Eingriffswinkel aufweist. Im anderen Fall würde ein solches
Werkzeug einen sogenannten schiefen Zahneingriff verursachen. Für solche Fälle schreibt
die Erfindung vor, daß eine Symmetrielinie y (Bild 2) zu den Schneidkanten fh und
f, für die hohlen und erhabenen Radzähne geneigt zu der Achse s des Werkzeuges verläuft
(in Bild 2 ist die Neigung zu einer Linie s angegeben, die parallel zur Radachse
s verläuft), wobei der Neigungswinkel y so groß ist, daß die hohlen und erhabenen
Radzähne im Zentrum ihres Tragbildes t gleich große Eingriffswinkel aufweisen. Praktisch
kann man die Größe des Winkels y wiederum durch eine einfache Korrektureinstellung
beim Verzahnen oder durch eine einfache Rechnung bestimmen. Bemerkt sei, daß sich
die in Bild 2 dargestellte Neigung der Symmetrielinie y auf das Zentrum des Tragbildes
auswirkt, wenn die Schneidkanten des Messerkopfes die durch die Mitte der Zahnlänge
gehende Schnittlinie u-v durchläuft. (Bild 3).
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Während man den Kegelrädern bisher entweder innen und außen gleich
hohe Zähne gab oder sich nach der Kegelspitze zu verjüngende Zähne ausbildete, wird
die Verjüngung der nach diesem Verfahren geschnittenen Radzähne von dem oben beschriebenen
Winkel x bestimmt. Bei größeren Rädern ist der Kopfwinkel %k um den bekannten Kopfspielwinkel
kleiner als der Fußwinkel xf. Bei feinmechanischen Rädern kann man praktisch beide
gleich machen; der in Bild 2 eingetragene Keilwinkel a wird dann 2 - xf.
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Besonders günstige Zahnproportionen werden mit dem neuen Verfahren
erreicht, wenn von der zykloidenförmigen Werkzeugbahn solche Strecken als Zahnlängslinien
benutzt werden, die den evolventenförmigen Kurven möglichst nahe kommen. Ein gutes
Erkennungsmerkmal dafür, daß diese Ähnlichkeit vorhanden ist, kann z. B. darin gesehen
werden, daß der mittlere Spiralwinkel ß", des geschnittenen Zahnes etwa der Größe
entspricht, die beim Schneiden evolventenförmig gekrümmter Zähne auftreten würde.
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Unter diesen Voraussetzungen werden die Neigungswinkel x möglichst
klein gehalten, was sich hinsichtlich der Eingriffsverhältnisse besonders günstig
auswirkt.
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Die Bilder 4 und 5 zeigen eine besonders günstige
Ausführungsform
des Werkzeuges zur Ausführung des oben beschriebenen Verfahrens. w ist der Grundkörper
eines Messerkopfes, der mit seinem kegeligen Schaft w' in bekannter Weise in der
Werkzeugspindel der Verzahnmaschine eingespannt ist. In diesem Grundkörper ist der
eigentliche Werkzeugträger x eingelassen, und zwar mittels der Schraube z mit seiner
kreisbogenförmigen Grundfläche k', gegen die entsprechend kreisbogenförmige Tragfläche
des Grundkörpers gespannt. Nach dem Lösen der Schraube z kann der Werkzeugträger
mit Hilfe der Feinstellschraube A aus seiner Mittellage nach beiden Seiten verschwenkt
werden.
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In dem Werkzeugträger sitzen, von Schrauben B gehalten, die beiden
Stähle C und D mit ihren Schneidkanten E und F für die hohle bzw. erhabene Flanke.
Die Schwenkachse G des Werkzeugträgers ist so angeordnet, daß sie bei beiden Schneiden
(E und F) die Schneidkante in der Teilebene berührt. Diese Berührungsstellen sind
in Bild 5 durch kleine Kreise angedeutet. Mit Hilfe dieser Einrichtung ist es möglich,
schnell und sicher jeden gewünschten Winkel y (Bild 2) einzustellen oder feinstufig
zu verändern, wenn Korrekturen am Tragbild gewünscht werden.
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Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele
beschränkt. So könnte z. B. an Stelle des in den Zeichnungen dargestellten fräserartigen
Werkzeuges ein Schleifwerkzeug verwendet werden.