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Maschine zur Herstellung oder Messung von Kegelräderzähnen Die 1?rfiiiduirg
betrifft Maschinen zur Herstellung oder Messung von Kegelräderzähnen, und ihrGegenstand
ist die Schaffung eines einfachen Verfahrens, um Kegelradzähne mit wirklichem Evolventenprofil
zu bilden. Bei der Herstellung von Stirnrädern ist es bekannt, die Flanken der Zahnradzähne
in Form einer Evolventenkurve herzustellen, so daß beim Zusammenwirken der Zahnräder
die die Kraft übertragenden Zahnflanken auf einer Eingriffslinie ständig miteinander
in Berührung sind, wobei die Eingriffslinie für beide Evolventengrundkreise die
Tangente darstellt und das Geschwindigkeitsverhältnis der zwei Räder ständig konstant
bleibt. Weiterhin ist es bei Verwendung von Evolventenprofilen möglich, den Achsabstand
zwischen den beiden zusammenwirkenden Rädern in weiten Grenzen, soweit dadurch die
Zähne nicht außer Eingriff kommen, zu ändern, ohne daB dadurch die Konstanz des
Geschwindigkeitsverhältnisses beeinträchtigt wird. Außerdem ist die Schaffung von
Satzrädern möglich, die alle die gleiche Zahnteilung und unterschiedliche Zähnezahlen
!haben und wahlweise miteinander arbeiten können.
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Bei der Herstellung von Kegelrädern haben sich, obgleich es auch hier
bekannt ist, daß die evolventenförmige Zahnflanke dieselben Vorteile bietet, Schwierigkeiten
bei der Erzeugung dieses Profils ergeben wegen der komplizierten geometrischen
Konstruktion.
Aus diesen Gründen hat man in der Praxis Kegelradzähne hergestellt, deren Flankenprofil
nur eine Annäherung einer wirklichen Evolvente ist. Solche Zahnräder müssen jedoch
im allgemeinen paarweise hergestellt werden und bedingen daher bemerkenswerte zusätzliche
Kosten. Weiterhin wird es notwendig, wenn ein Rad eines Paares beschädigt wird und
ersetzt werden muß, auch das andere Rad zu entfernen, so daß das neu herzustellende
Rad diesem angepaßt werden kann, oder aber es müssen beide Räder ersetzt werden.
Dieses ist ein bemerkenswerter technischer Rückschritt, da aus der betreffenden
Maschine viele Teile ausgebaut werden müssen und diese dann für die Fabrikation
während der zur Herstellung der neuen Räder erforderlichen Zeit ausfällt. Es könnten
viel Zeit und Unkosten eingespart werden, wenn es möglich wäre, Kegelräder herzustellen,
die universell untereinander. austauschbar wären und die Sicherheit gäben, daß sie
exakt mit irgendeinem anderen Rad der gleichen Zafnteilung und derselben Kegelhöhe,
d. h. da.ß die Zähne in gleicher Entfernung von der gemeinsamen Kegelispitze im
Eingriff stehen, -zusammenarbeiten können.
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Bei .der Erzeugung eines Evolventenprofils für Stirnradzähne wird
eine Fläche, auf der man sich eine Gerade oder eine Evolventenerzeugende befestigt
denkt, vom Umfang einer ersten Scheibe, deren Durchmesser gleich dem Evolventengrundkreis
der Zähne eines Rades und deren Dicke gleich der Flankenbreite dieser Zähne bist,
auf den Umfang eines zweiten Evolventengrundkreises des anderen Rades abgerollt.
Die von der befestigten Erzeugenden in bezug auf die Grundkreisscheibe beim Abrollen
von einer Scheibe auf die andere im Zwischenraum erzeugte Oberfläche besitzt ein
wirkliches Evolventenprofil. Wenn die Zähne nach diesem Profil gestaltet werden,
werden sich die Zahnflanken entlang der Eingriffslinie berühren und das Profil ein
konstantes Winkelgeschwindigkeitsverhältnis sicherstellen.
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Eine ähnliche Betrachtung läßt sich in Verbindung mit Kegelrädern
anstellen, nur daß hierbei die Evolventengrundkreisseheiben zu abgestumpften Evolventengrundkegeln
(hierin nachfolgend als Grundkegel bezeichnet) werden, deren Achsen sich in einem
Scheitelpunkt schneiden, welcher den Mittelpunkt einer umhüllenden Kugel darstellt,
während die von einem Kegel auf den anderen Kegel abgerollte Fläche ringförmige
Gestalt hat. Der Umfang dieser ringförmigen Fläche stellt einen Hauptkreis der besagten
Kegel dar. Die Umfänge der Basis der Grundkegel liegen auf der Oberfläche dieser
Kugel.
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Das nach diesem Prinzip erzeugte Zahnprofil besitzt eine wahre Evolventengestalt,
die sich jedoch nur in einer sphärischen Schnittfläche erkennen läßt. Obgleich die
Vorteile dieser Gestalt (hier als sphärische Evolventengestalt bezeichnet) schon
seit langem bekannt ist, wurde sie immer als zu kompliziert für wirtschaftliche
Zwecke angesehen und man zog ein angenähertes Profil vor. Dieses angenäherte Profil,
das in England .in »Briti,sh,Standards Institution No. BSS. 545/I949, Maschinell
gefertigte Kegelräder« genormt ist, wird mit Schneidwerkzeugenhergestellt, deren
Profil das Gegenstück einer besonders gestalteten Zahnstange ist. Der Querschnitt
der letzteren entspricht der abgewickelten Schnittfläche der Zähne am Ergänzungskegel,
wobei dieser Querschnitt gerade Flanken, die unter einem Eingriffswinkel von 20°
stehen, aufweist.
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Wenn zwei Kegelräder, deren Zähne nach diesem genormten Profil hergestellt
sind, im Eingriff stehen, ,bewegt sich der Berührungspunkt von irgendeinem Paar
der sich berührenden Zahnflanken nicht auf einer geraden Linie (der Eingriffslinie
eines wahren Evolventenprofils), sondern er bewegt sich auf einer Kurve, .die man
als Oktoid bezeichnet. Hieraus resultiert unruhigerer Lauf und stärkere Abnutzung
infolge Reibung, welche sehr große Werte annehmen kann, wenn die Kegelräder mit
hoher Geschwindigkeit umlaufen. Die Lebensdauer dieser genormten Kegelräder ist
unter diesen Bedingungen unerwünschtermaßen kurz.
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Ein weiterer Nachteil dieses genormten Profils liegt darin, daß die
zuvor erwähnten Nachteile noch stärker in Erscheinung treten, wenn irgendeine Achsabstandsänderung
an den die Kegolräder tragenden Wellen auftritt.
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Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
Maschine zur Erzeugung (oder zum Prüfen) von Zähnen eines Kegelrades mit wahrem
sphärischem Evolventenprofil.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung
einer Maschine zur Erzeugung von Kegelräderzähnen mit wahrem sphärischem Evolventenprofil,
welche zur Massenfertigung geeignet ist.
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Die vorliegende Erfindung macht sich die zuvor erwähnte geometrische
Konstruktion zunutze, indem das Rad, welches mit Zähnen versehen werden soll oder
deren Zähne gemessen werden sollen, um seine eigene Achse und um die Mitte eines
von der genannten ringförmigen Fläche gebildeten Hauptkreises rotiert wird. Diese
zuletzt erwähnte drehende Bewegung entspricht der Bewegung der abrollenden Ebene
am Grundkegel des Rades. Während dieser Rotation des Kegelrades ist in Richtung
der Evolventenerzeugenden ein gestaltendes oder messendes Werkzeug befestigt oder
diese bewegen sich in dieser Richtung hin und her.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Maschine zur Herstellung
oder Messung von wahren Evolventenzahnprofilen von Kegelrädern vorgesehen, bestehend
aus einem festen Rahmengestell, in dem eine erste oder Hauptkreissc'heibe befestigt
ist, welche die von einem Grundkegel auf den anderen abgerollte ringförmige Ebene
darstellt, einem starren mit geraden Kanten versehenen Schlitten, welcher in einer
Führung gelagert ist, die ihrerseits um die Achse der Hauptkreisscheibe verschwenkbar
ist und nichtrutschend am Umfang der Scheibe liegt, einer zweiten Scheibe, die den
Grundkegel des Zähnrades darstellt und @drehbar an dem erstgenannten Führungsteil
befestigt ist und nichtrutschend an der geraden Kante des Schlittens anliegt, Mitteln,
um das zu gestaltende oder zu messende Zahnrad koaxial
zur Grundkegelscheibe
zu befestigen, und einem gestaltenden oder messenden Werkzeug, welches so befestigt
ist, daß es sich entlang der Evolventenerzeugenden hin und her bewegt.
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Das besagte Werkzeug kann einen oder auch viele arbeitende Punkte
umfassen, oder aber es kann auch eine Räum-, Fräs- oder Schleifscheibe sein. Im
letzteren Fall wird es vorzuziehen sein, die Schleifscheibe in einer Richtung hin
und her zu bewegen, welche senkrecht steht auf der Ebene, in der die Evolventenerzeugende
liegt, so daß der Berührungspunkt zwischen der in Bearbeitung befindlichen Zahnflanke
und der Oberfläche der Schleifscheibe sich an den letzteren entlang bewegt, so daß
eine übermäßige iirtliclie Abnutzung des Werkzeuges oder der Schleifscheibe verhindert
wird. Ähnliche Betrachtungen lassen sich anstellen für den Fall, (laß das Werkzeug
ein Meßelement oder ein Taster ist.
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Wenn die Zähne des Kegelrades gerade sind und im Hinblick auf die
Kugeloberfläche, auf der die Basen der Grundkegel liegen, radial verlaufen, ist
die Hauptkreisscheibe im Rahmengestell der Vorrichtung fest verankert. Wenn die
Zähne jedoch winklig zum Radius des Hauptkreises verlaufen oder entlang ihrer länge
gekrümmt sind, kann die Hauptkreisscheibe von einer passenden Vorrichtung so gesteuert
werden, daß sie um ihre Achse drehbar ist. Davon abweichend kann der vom Werkzeug
zurückgelegte Weg in Cl)ereinstimmung mit der Gestalt des Zahnprofils abgeändert
werden, wenn das Rad Bogenzähne, spiralförmige Zähne oder ähnliche erhalten soll.
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Die Erfindung wird nun als Beispiel an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. i stellt die geometrische Konstruktion eines sl)liiirisclien
l#77vol@eiiteiilirofils für ein Kegelrad dar; Fig. -, erläutert die geometrischen
Beziehungen zwischen zwei im Eingriff stehenden Kegelrädern, deren Zähne wirkliches
sphärisches Evölventenprofil haben; Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Ansicht
einer das Erfindungsprinzip verkörpernden Maschinenanordnung Fig. q. ist ein teilweise
geschnittener Aufriß der Fig. 3 in Richtung des Pfeiles IV gesehen; Fig. 5 ist eine
Draufsicht eines Teiles der Fig. 3, bei der die Zähne an der Oberfläche des Grundkegels
des Rades im Schnitt dargestellt sind; Fig. 6 ist eine Ansicht ähnlich der Fig.
5 und stellt eine Maschine dar zur Erzeugung von Kegelrädern @mit geraden Zähnen.
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Fig.7 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der in Fig. 3 dargestellten
Anordnung, mit welcher gewünschtenfalls Standardprofile erzeugt werden können; Fig.
8 ist eine Teilansicht der Fig. 7 in Richtung des Pfeiles VIII gesehen; Fig.
9 ist eine abgeänderte Ausführungsform der in Fig. 3 dargestellten Maschine;
Fig. io ist eine schematische Darstellung, welche die Verschiebung des Werkzeuges
in Richtung der Zahnhöhe zeigt, um eine übermäßige Abnutzung des Werkzeuges an einzelnen
Punkten zu vermeiden; Fig. i i ist eine Teilansicht und erläutert ein Verfahren
zur Herstellung von bogen- oder spiralförmigen Zähnen.
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Fig. i der Zeichnungen zeigt einen Grundkegel i eines Kegelrades,
welcher eine Ebene 2 berührt, wobei angenommen werden soll, @daß die Ebene auf dem
Kegel abrollt. Die Ebene 2 wird begrenzt von einem Kreis, dessen Radius gleich der
Länge der Mantellinie des Kegels i ist. Die Kurve 3 stellt den Weg eines Punktes
A auf der Ebene 2 dar, wo diese die Basis AQ berührt. Die Kurve 3 ist eine Evolvente
und liegt auf der Oberfläche einer Kugel, deren Mittelpunkt O der Scheitelpunkt
des Kegels i ist.
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Wenn der Kegel i in die Lage i' rollt, steht die Evolventenkurve 3
immer senkrecht auf der Basis AQ, und es lassen sich für die aufeinanderfolgenden
Stellungen des Kegels i geradeLinien vom Scheitelpunkt O zum Punkt A der Kurve ziehen.
Eine Anzahl solcher Geraden ist bei 0-A, 0-a und 0-A' gezeigt. Definitionsgemäß
liegen :diese Linien immer in der Ebene 2, wenn diese sich am Kegel i abrollt, und
es wird damit eine Fläche festgelegt, die durch eine wirkliche oder sphärische Evolvente
begrenzt ist. Dieses sphärische Evolventenprofil läßt sich exakt nur auf einer sphärischen
Schnittfläche darstellen. Die Geraden 0-a sind Evolventenerzeugende.
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In Fig. 2 der Zeichnungen sind zwei im Eingriff stehende Kegelräder
mit ihren entsprechenden Grundkegeln i" und 1b dargestellt. Ihre entsprechenden
Teilkreiskegel sind bei i, und iq dargestellt und berühren sich im Punkt P. In dieser
Figur fällt der Punkt 1', der manchmal als Wälzpunkt bezeichnet wird, mit dem Scheitelpunkt
O zusammen, obgleich es sich natürlich versteht, daß der Punkt O vom Punkt P in
einer Richtung, die senkrecht zum Papier verläuft, um die Länge der Mantellinie
der Teilkreiskegel i", i, entfernt ist. Die Grundkegel i", ib liegen tangential
an der Ebene 2, welche die Kugeloberfläche S in einem Hauptkreis schneidet. In der
Ebene 2 liegt der Scheitelpunkt O, der Wälzpunkt P und auch die Eingriffslinie A-P-B,
die senkrecht auf der Linie M-P-N steht. Diese letzterwähnte Linie bildet mit der
durch die Mitten der Kegelgrundflächen iP, i, gezogenen Linie K-P-L einen Winkel,
der als Eingriffswinkel bezeichnet wird. Der Eingriffswinkel beträgt im allgemeinen
2o° und legt das Flankenprofil des Zahnes fest. Die umhüllende Kugel, auf deren
Oberfläche man sich alle zuvor erwähnten Linien konstruiert denken muß, ist durch
den Kreis S dargestellt.
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Die Profile 11 und 12 eines Paares treibender Zähne 7'i, T2 verlaufen
tangential zur Linie M-P-N und entsprechen der Kurve 3 der Fig. i. Da jede dieser
Kurven der jeweiligen Lage eines Punktes auf der Ebene 2 entspricht, wenn ,die letztere
sich auf dem Grundkegel la bziv. 1b abrollt, entstehen sphärische Evolventen, die
auf sphärischen Evolventenoberflächen liegen, deren Erzeugende Radien der Kugel
S sind. Eine besondere Lage der Erzeugenden ist durch die Linie 0-P gegeben, die
für beide Zahnprofile Il und 12 gemeinsam ist. Da diese beiden Profile Il
und
l.= sphärische Evolventen sind, schneiden sie die Linie.4-Y-ß so, daß ihre Tangente
im Schnittpunkt senkrecht auf der Linie A-P-B steht. Hieraus folgt, claß der Weg,
den der Berührungspunkt zwischen den Profilen eines Paares treibender Zähne, wie
z. B. TI und T2, bei sich drehenden Rädern zurücklegt, der geraden Linie A-P-B entspricht.
Bei sich drehenden Rädern liegt auch die Erzeugende einer jeden sphärischen Evolventenzahnflanke
in der Ebene 2.
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Die vorhergegangene Betrachtung bezog sieh auf den Sonderfall von
geraden Kegelrädern, d. h. Räder, bei .denen die Achsen der Zähne im Hinblick auf
die Achse des Kegelrades radial verlaufen. Es versteht sich jedoch, daß sich ähnliche
Betrachtungen anstellen lassen bei Kegelrädern mit Schrägverzahnung, bei welcher
die Zähne gerade verlaufen, d. h. ihre Achsen tangential an einem konzentrischen
Kreis um den Mittelpunkt O der umhüllendenKuge1 liegen, oder bei Kegelrädern mit
Spiralverzahnung, bei welcher die Zähne gekrümmt sind. Bei Fortführung zuvor erwähnter
geometrischer Betrachtungen lädt sich zeigen, daß die Erzeugende einer sphärischen
Evolventenzahnflanke bei einem Kegelrad mit Spiralverzahnung eine in der Ebene 2
liegende Linie ist. Das gemeinsame Merkmal dieser obenerwäihnten drei Arten von
Rädern besteht deshalb darin, daß die Erzeugenden der Zahnflanken mit sphärischem
Evolventenprofil immer in der Ebene 2 liegen. In dieseln Sinne ist es die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, dieses Prinzip bei der Herstellung von Kegelrädern anzuwenden.
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Fig. 3, 4 und 5 sind schematische Teilansichten einer Ausgangsvorrichtung
zur praktischen Verwirklichung der Erfindung. Es wird zunächst noch einmal Bezug
genommen auf Fig. 2 und angenommen, daß der Rohling des Kegelrades, welcher mit
Zähnen sphärischen Evolventenprofils versehen werden soll, aus einer plastischen
kittartigen Masse be-,steht. Das gewünschte Profil ließe sich dann herstellen, indem
man den Rohling um seine Kegelachse rotieren lädt und zu gleicher Zeit einen steifen
Draht, der die Evolventenerzeugende,in der Ebene 2 darstellt, aus einer Lage außerhalb
des Rohlings, beispielsweise vom Punkt B im Hinblick auf das durch den Kegel i"
dargestellte Rad bis zum Punkt A, an ,dem die Ebene 2 tangential zum Grundkegel
verläuft, hin und leer bewegen lädt. So besteht die Ausgangsvorrichtung aus einem
Werkzeug und Mitteln, um den Rohling gegenüber dem Werkzeug solchermaßen hin und
her zu bewegen, daß der Berührungsweg des Werkzeuges mit der Zahnflanke immer die
Erzeugende einer sphärischen Evolvente darstellt.
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Die Maschine besteht aus einem starren Rahmengestell 1o mit einer
festgelegten vertikalen Achse 0-X. Am Rahmengestell ist eine Fest- oder Hauptkreisscheibe
i i, die konzentrisch zur festgelegten vertikalen Achse liegt, befestigt. Oberhalb
dieser Seheibe i i und unmittelbar daran angrenzend befindet sich ein Innenrahmen
12, welcher sich um die `Felle 12" bzw. Achse 0-X hin und her bewegen lädt und weiterhin
starr verbunden ist mit einer horizontalen Führung 13, auf der -sich ein ,starrer
gerader Schlitten 14 befindet. Der Schlitten 14 liege mit seinem rechtwinklig abgebrochenen
Rand 14; ohne Schlupf am Umfang der Hauptkreisscheibe 11 wobei die Anordnung dergestalt
ist, daß beim Hinundherdrehen des Innenrahmens 12 um .die vertikale Achse 0-X der
Schlitten 14 in der Führung 13 de: Innenrahmens 12,hin und her bewegt wird.
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Der Innenrahmen 12 trägt einen Tragarm 15 für das Rad 16, dessen Zähne
17 gestaltet oder gemessen werden sollen. Dieser Tragarm nimmt eine Lage-! rung
18 in sich auf, deren Achse 0-G so angeordnet ist. daß sie die feste vertikale Achse
in einem Punkt O, der dem geometrischen Scheitelpunkt O der Fig. i und 2 entspricht,
schneidet. Somit ist der Punkt O der Mittelpunkt einer gedachten Kugeloberfläche
S. Auf dieser Oberfläche liegt der UmfangAQ ,der Basis des Grundkegels 0A
Q für die zu gestaltenden oder zu messenden Zähne 17 des Rades. Weiterhin
liegt hierauf der Umfang des Hauptkreises, der der geometrischen Ebene 2 entspricht,
und in welcher entsprechend den Konstruktionen der Fig. i und 2 die Evolventenerzeugende
0A enthalten ist, und auf welcher der Grundkegel OAQ abrollen soll, um das Evolventenprofil
eines Zahnes 17 zu bilden.
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Die Lagerung 18 des Tragarmes nimmt ein kurzes Wellenstück 1g in sich
auf, an dem das Rad 16 befestigt wird. Die kurze Welle 19 trägt weiterhin eine feste
Scheibe 2o, die dem( Grundkegel 0.4 Q
des Rades 16 entspricht und deren Durchmesser
gleich dem Durchmesser der Basis A Q ist. Die Grundkegelscheibe 20 liegt
nichtrutschend an einer rechtwinkligen Kante 14b des Schlittens 14, so daß sie sich
um die kurze Welle 19 bzw. Achse 0-G drehen muß, wenn der Schlitten 14 im inneren
Rahmenteil 12 hin und her bewegt wird.
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Aus der soweit beschriebenen Konstruktion lädt sich erkennen, daß
das Rad, das mit Zähnen wirklichen Evolventenprofils versehen oder gemessen werden
soll, auf einer Achse befestigt wird, die immer durch den Scheitelpunkt geht. Der
Umfang des Grundkegels der Zähne dieses Rades muß deshalb immer auf der Oberfläche
einer gedachten Kugel liegen, deren Mittelpunkt mit dem Scheitelpunkt zusammenfällt.
In der in Fig. i und 2 dargestellten geometrischen Konstruktion enthält die Hauptkreisebene
2 die Evolventenerzeugende 0A, wobei die letztere tangential am Grundkegel OAQ liegt
und einen Außenradius besitzt, der gleich dem Radius der Kugel S ist, welche den
Umfang der Basis A Q
des Grundkegels enthält. Um die notwendige Bewegungsfreiheit
zwischen den verschiedenen arbeitenden Teilender Maschine zu gewährleisten, hat
es sich als vorteilhaft erwiesen, sich den Grundkegel OAQ des Rades 16 über den
wirklichen Außenrand oder die Basis des Rades um einen angemessenen Betrag verlängert
zu denken, so daß die Grundkegelscheibe 2o einen Durchmesser erhält, der gleich
A Q
und ,proportional dem Durchmesser Al, Q1 des Grundkreises für die Zähne
17 am Rad 16 an ihrem Außenrand ist. Die Grundkegelscheibe 20 stellt so eine gedachte
Basis AQ des Grundkegels für das Rad 16 dar, wobei diese gedachte Basis auf dem
Umfang
einer gedachten Kugel S liegt, deren Radius größer ist als der einer Kugel, auf
welcher die wirkliche Basis des Rades 16 liegt. Der Durchmesser der Hauptkreisscheibe
i i ist somit gleich dem Durchmesser dieser größeren Kugel, und die Kante 14. liegt
in einer vertikalen Ebene, in der auch der Punkt A liegt. Somit ist die exakte geometrische
Beziehung zwischen der Kugel S und dem Grundkegel OAQ sichergestellt, und es ist
möglich, die Bewegung der Grundkegelscheiibe 2o exakt von der Haupekreisscheibe
i i über den Schlitten 14 zu steuern.
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Ein gestaltendes Werkzeug, hier als Schleifscheibe 21 dargestellt,
ist an einem Schlitten 22 befestigt und kann sich mit diesem in einer vom Maschinengestell
10 getragenen Führung 23 hin und her bewegen. Der Werkzeugschlitten 22 wird von
einer passenden Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt) in im allgemeinen radialer
Richtung so hin und her bewegt, daß das daran befestigte Werkzeug 21 sich solchermaßen
durch das Rad 16 hindurchbewegt, daß in jedem Augenblick der Berührungspunkt zwischen
dem Werkzeug 2i und der Zahnradflanke 17 auf der Evolventenerzeugenden 0A des Zahnes
zu liegen kommt.
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Um das Werkzeug 21 in Arbeitsstellung zu bringen, ist die Führung
23 um die feste Achse 0-X verschwenkbar. Somit kann :das Werkzeug 21, das in Fig.
3 und q. als Schleifscheibe dargestellt ist, an die Zahnflanke heranbewegt oder
davon entfernt werden, wobei es sich versteht, daß die Größe dieser Bewegung im
allgemeinen klein ist und nur ausreichend zu sein braucht, um vom Kegelradrohling
abgenommene Späne entfernen zu können.
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Es versteht sich aus obiger Beschreibung, daß bei hin und her gehender
Drehbewegung des Innenrahmens 12 um dieWelle 12" bzw. die festgelegte Achse 0-X
eine drehende Hinundherbewegung des Rades 16 bewirkt wird, die einerseits um seine
eigene Achse 0-G und andererseits um die festgelegte Achse 0-X in solcher Weise
erfolgt, daß die Zahnflanke 17 mit wahrem Evolventenprofil !immer tan:-gential zu
einer festgelegten vertikalen Ebene verläuft, in der auch die Evolventenerzeugende
0A liegt. Die Evolventenerzeugende 0A liegt außerdem ständig in einer horizontalen
Ebene 2, in der auch der Scheitelpunkt O liegt. Die erforderliche geoinetrische
Beziehung zwischen dem Rad 16 und dem gestaltenden oder messenden Werkzeugei sind
somit immer sichergestellt. Weiterhin ermöglicht die Tatsache, daß die Flanke eines
in Bearbeitung befindlichen Zahnes immer tangential zu einer gegebenen vertikalen
Ebene verläuft (in dieser liegt die Linie M-A-N der Fig. 2), daß ein Werkzeug mit
nur einer Spitze bei sich drehendem Rad 16 vertikal in dieser erwähnten Ebene so
bewegt werden kann, daß eine in vertikaler Richtung verlängerte Schneidkante zur
Anwendung kommen kann, wodurch die Abnutzung des Werkzeuges an einzelnen Punkten
vermieden wird und die Lebensdauer der Schneidkante erhöht wird. Aus demselben Grund
kann eine Schleifscheibe 21 mit einer flachen vertikalen Schleiffläche verwandt
und in ähnlicher Weise bewegt werden. Diese Vertikalbewegung de; Werkzeuges 21 gegenüber
der Ebene 2 ist in Fig. ic dargestellt, in welcher drei verschiedene Stellungen
des Werkzeuges 2 1 gegenüber einem Zahn 17 gezeigt werden. Während der Zahn
17 sich aus einer Anfangsstellung i71 über eine Zwischenstellung 17E in eine Endstellung
17, bewegt, bleibt der Berührungspunkt I zwischen Werkzeug und Zahn in der
Ebene 2-2. Das Werkzeug 21 jedoch läßt sich aus der Anfangsstellung 2i1 abwärts
in die Endstellung 2i9 bewegen, wobei dann augenscheinlich wird, daß der Punkt 7
sich entlang des Werkzeuges 21 bewegt. Aus Fig. io ersieht man, daß die geometrischen
Voraussetzungen für dieses Verfahren bei- dieser Anordnung nicht geändert werden.
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Das gestaltende Werkzeug kann entweder mit einer einzigen arbeitenden
Spitze versehen sein oder aber auch durch eine Schleifscheibe gebildet sein. Im
ersteren Fall wird die Vorrichtung zur Hinundherbewegung des Werkzeugschlittens
22 in der Führung 23 so angeordnet sein, daß das Werkzeug 2i sich mit großer
Geschwindigkeit an der Zahnflanke vorbeibewegt, während die Vorrichtung zur Hinundherbewegung
des Innenrahmens 12 so eingerichtet ist, daß sie mit zeitlichen Unterbrechungen
arbeitet. Somit bleibt das Rad 16 während des Schneidvorganges des gestaltenden
Werkzeuges 21 fest in seiner Lage stehen. Danach wird der Innenrahmen 12 um einen
zuvor festgelegten Winkel gedreht, wodurch sich dann auch .das Rad 16 um einen gewünschten
Betrag dreht, bevor das Werkzeug 21 den nächsten Schneidvorgang beginnt.
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Wenn das gestaltende Werkzeug 2 1 eine Schleifscheibe ist, wird die
Vorrichtung zur Hinund'herbewegung des Werkzeugschlittens 22 so angeordnet, daß
die Querbewegung .des Schlittens langsam erfolgt, während die Vorrichtung zur Hinundherbewegung
des Innenrahmens 12 eine kontinuierliche Bewegung des Rades 16 mit relativ großer
Drehgeschwindigkeit um seine Achse 0-G bewirkt.
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Es kann noch ein zweites Werkzeug Zia (Fig. 5) vorgesehen werden,
dessen Befestigung in allen Teilen .derjenigen des Werkzeuges 21 ähnlich ist, mit
Ausnahme der Tatsache, daß das Werkzeug Zia an der entgegengesetzten Seite eines
Zahnes zu liegen kommt, so daß das Werkzeug eine entgegengesetzte Zahnflanke formt
oder nachmißt. In einzelnen Fällen kann die letzterwähnte Flanke die Gegenflanke
des gerade durch das erste Werkzeug 21 bearbeiteten oder zu messenden Zahnes 17
sein; im allgemeinen wird es sich jedoch um einen anderen Zahn .handeln.
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Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Maschine wurde angenommen,
daß die zu gestaltenden oder zu messenden Zähne 17 gerade und im Hinblick auf den
Scheitelpunkt O radial gerichtet sind. Es versteht sich jedoch, daß in gewissen
Fällen Zähne anderer Gestalt gefordert werden können. Zum Beispiel kann man die
Forderung stellen, daß die Zähne gerade verlaufen, jedoch gegenüber einem durch
den Scheitelpunkt O verlaufenden Radius schräg gestellt sind. In einem
solchen
Fall wird das Werkzeug 21 so gelagert, daß es sich entlang einer Evolventenerzeugenden
02A2 (Fig. 6) bewegt, wobei diese Erzeugende tangential an einem konzentrischen
Kreis um den Scheitelpunkt O liegt und die Richtung,der schrägen Zähne also ebenfalls
tangential zu diesem konzentrischen Kreis verläuft.
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Die in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Vorrichtung läßt sich leicht
abändern zur Erzeugung von Standardzahnprofilen. Dieses ist ein wertvoller Gesichtspunkt
dieser Erfindung, da er der Vorrichtung eine universelle Brauchbarkeit verleiht.
Die Fig..7.und A erläutern diese Abänderungen. , Der. Ausgang für das Standardzahnpröfil
ist der Teilkreiskegel i. oder iq der Fig: 2. Das Rad 16 wird so in der Maschine
eingerichtet, daß sein Teilkreiskegel OApQp tangential an der Ebene 2-2 liegt. Dieses
Einrichten wird dadurch ermöglicht, daß der Tragarm i g und seine Lagerung 18 als
geschlossene Einheit auf einer bogenförmigen Halterung 24 befestigt werden, wobei
die Krümmung dieser Halterung einem Kreisbogen um den Scheitelpunkt O entspricht:
Die Halterung 24 befindet sich auf einem Support 25, mit dessen Hilfe es möglich
ist, das Rad 16 so zu verschieben, daß dessen Achse 0-G die Ebene 2 im Punkt 02
(Fig. 6) schneidet. Der Punkt 02 liegt auf einem senkrecht auf der Linie 0-A stehenden
Durchmesser der Kugel S. Das Werkzeug oder die Schleifscheibe 21 bewegt sich in
dem Bereich O Ö2 entlang der zur Linie 0-A parallel verlaufenden Evolventenerzeugenden
02A2: Der Tragarm 15 wird in der gewünschten Einstellung durch Befestigungsbolzen
26 gehalten.
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Die ehemalige, die Größe der Grundkegelscheibe 2o festlegende Kegelgrundfläche
AQ wird nun erweitert auf ApQp, so daß eine größere Grundkegelscheibe 2o. erforderlich
wird. Damit nun die letztere in schlupffreier Berührung mit dem Schlitten 14 kommt,
ist,die Kante i4b durch einen Bügel 27 ersetzt, der am Schlitten 14 um eine Achse
in der Ebene 2, in welcher sich auch der Punkt Ap befindet, drehbar nst. Der Bügel
27 'besitzt eine in bezug auf seine Drehachse radial verlaufende Oberfläche
27a. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, um den Büge127 in dem jeweils gewünschten
Winkel festzuhalten, so daß er tangential am Umfang der Teilkreiskegelscheibe 2o"
zu liegen kommt.
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Die Führung 23 ist beispielsweise mit einer Lagerung 23" auf einem
Zapfen 28 befestigt, dessen Achse durch den Scheitelpunkt O geht, so, daß sich die
besagte Führung so weit kippen :läßt, wie es für die den Fuß des Zahnes gestaltende
Erzeugende erforderlich ist. Der Zapfen 28 liegt in einer Lagerung 29, welche sich
an einem Schlitten 3o befindet, der in einer bogenförmigen Führung 31 des Maschinenrahmens
io gleiten kann. Die Führung 31 ist zylinderförmig und besitzt die Linie O-Ap als
Achse. Hiermit ist es möglich, wie aus Fig. 8 ersichtlich, das Werkzeug oder die
Schleifscheibe 21 dem gewünschten Eingriffswinkel entsprechend anzustellen. So wird
mit dieser Vorrichtung das Standardprofil erzeugt; wenn der Innenrahmen 12 hin und
her gedreht und das Werkzeug- oder dit Schleifscheibe 21 entlang der Führung 23
hin unc her bewegt wird.
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Wenn Bogenzähne erzeugt werden sollen, ist e5 vorzuziehen, eine horizontal
gelagerte Topfscheibe (Fig. ii) zu benutzen, welche sich um eine vertikale Achse
drehen kann. Der Außenrand gib dieser Scheibe kann gleich dem Krümmungsradius des
Zahnes 17a sein oder davon abweichend kleiner als .dies:er Radius sein und es kann
der Mittelpunkt der ,$c.hlejfscheibe um den Krümmungsmittelpunkt des Zahnes 17"
geschwenkt werden. Diese letzterwähnte Anordnung bietet den Vorteil, die Schleifscheibe
in erforderlichen Zeitintervallen neu einzurichten.
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Obgleich in der vorangegangenen Beschreibung Bezug genommen wurde
auf Hauptkreis- und Grundkegelscheiben, soll noch darauf hingewiesen werden, daß
diese Scheiben i i, 2o oder 2o" eine endliche Stärke haben und vorzugsweise, jedoch
nicht notwendigerweise so stark sind, daß man sie effektiv als kurze Zylinder ansprechen
kann. Sie brauchen aber nicht unbedingt eine solche blockförmige Gestalt haben,
sondern können auch anders ausgeführt sein. jede dieser Scheiben i i, 2o oder 20,
läßt sich ersetzen durch Sektoren, deren Zentriwinkel größer ist, -als es dem Winkel.
entspricht, um den die Relativbewegung der gegeneinander beweglichen Teile erfolgt.
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Hiervon abweichend kann, falls es vorgezogen wird, irgendeine andere
treibende Verbindung zwischen den Scheiben i i, 20 oder 2o" und dem Schlitten 14
zur Anwendung kommen. Zum Beispiel kann der Schlitten 14 mit einer Zahnstange an
seinen Oberflächen 14a, 14b versehen werden, wobei dann auch der Umfang einer jeden
Scheibe 11,20 oder 2o. mit entsprechenden Zähnen versehen wird.
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In der in Fig. 9 dargestellten abweichenden Ausführungsform ist ein
Hauptkreiselement, z. B. ein starres bogenförmiges Element 32, in der wahren geometrischen
Ebene 2, in der auch die Evolventenerzeugende 0A liegt, befestigt. Das bogenförmige
Element 32 arbeitet unmittelbar und nichtrutschend mit einer an demWellenstück i9
befestigten Grundkegelscheibe tob, deren Teilungskreis A Q gleich denn der
Grundkegelscheibe 20 i,st, zusammen. Obgleich in Fig. 9 die Teile tob und 32 gezahnt
dargestellt sind, können natürlich auch andere Mittel zur Anwendung kommen, die
eine schlupffreie Bewegungsübertragung sicherstellen.
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Bei den bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Maschinen wurde angenommen,
daß die Achse 0-G des zu gestaltenden Rades 16 die Achse seines Gegenrades schneidet.
Wenn jedoch hyperbolische Zahnräder erzeugt werden sollen, wird die Achse 0-G des
zu gestaltenden Rades 16 gegenüber der festgelegten Achse 0-X versetzt. Die
Achse 0-(r schneidet dann die den Scheitelpunkt O und die Evolventenerzeugende 0A
enthaltende Ebene 2 in einem Punkt eines in der Ebene 2 liegenden Kreises, Wie zuvor,
wird auch hier das Werkzeug 21 entlang der Evolventenerzeugenden 0A bewegt.
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Unter dem überall in der Beschreibung benutzten Ausdruck gestaltend
.soll verstanden werden, daß es
sich hierbei um die Schaffung eines
Zahnprofils aus dem Zahnradrohling und auch um das Nacharbeiten eines roh vorgearbeiteten
Zahnradrohlings handeln kann. Der Gestaltungsvorgang kann wunschgemäß ein Schneid-,
Räum-, Schleif-, Stoß- oder ähnlicher Vorgang sein.
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Der Antrieb der Maschine erfolgt vorzugsweise Tiber den sich hin und
her drehenden Innenrahmen 12, obgleich dieser Rahmen natürlich auch gewiinsclitetifalls
festgehalten werden kann und die erforderlichen Bewegungen den anderen Teilen der
Maschine übertragen werden können. Davon abweichend kann der Innenrahmen 12 einen
Antriebsmotor tragen, der den Schlitten 14 mitHilfe irgendeiner brauchbaren Kraftübertragungsvorrichtung
lii,n und her bewegt.
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Obgleich die Ausdrücke vertikal und .horizontal in dieser Beschreibung
benutzt wurden, sei noch darauf hingewiesen, daß es sich hierbei um relative Angaben
handelt, denen keine absolute Bedeutung zukommt. .
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Obgleich die Maschine in erster Linie zum Zwecke der Erzeugung von
Kegelräderzahnprofileu wahrer Evolventengestalt beschrieben wurde, versteht es sich,
daß sie gewiinschtenfalfs auch zur Erzeugung anderer Zahnprofile benutzt werden
kann, indem man dafür sorgt, daß die notwendigen Änderungen der auf das zu bearbeitende
Rad übertragenen Drehbewegung zustande kommen oder auch durch andere angemessene
Verfahren.
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In dieser Beschreibung soll der Ausdruck Zahnflanke als die Zone des
Zahnes verstanden werden, die in treibendem Kontakt mit dem entsprechenden Zahn
des Gegenrades ist und welche zwischen dem Evolventengrundkreis und dem Zahnkopf
liegt. Diese Zone wurde manchmal auch als Zahnoberfläche bezeichnet.