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Verfahren und Maschine zur Herstellung von Kegelrädern mit nach zyklischen
Kurven gekrümmten Zahnlängslinien Kegelräder mit zyklisch gekrümmten Zahnlängslinien
werden in einem kontinuierlichen Wälzverfahren mittels eines Messerkopfes verzahnt.
Der Messerkopf dreht sich dabei um seineeigene Achse und beschreibt außerdem eine
Planetenbewegung um die Achse des durch die Bahnen seiner Messer verkörperten Werkzeugplanrades.
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Für die Verzahnung wird nur eine Teilstrecke der Messerbahnen, nämlich
das mit der Zahnlänge des Planrades zusammenfallende Stück, verwendet, und zwar
'bei der Erzeugung des einen Rades der rechtsspiralige, bei. der Erzeugung des Gegenrades
der linksspiralige Teil. Während die Messer die Gegenflanken durchlaufen, dürfen
sie keine Schneidar@beit leisten. Da. das Verfahren an sich bekamt ist, bedarf es
nach dieser grundsätzlichen Einführung keiner weiteren Erläuterung. Von diesem bekannten
Verfahren. unterscheidet sich die vorliegende Erfindung in erster Linie dadurch,
daß zwischenzeitlich der schrittweisen Spanabna'hme an den hohlen Flanken durch
um eine gemeinsame Achse kreisende Messer die Sp@anabnähme an den erhabenen Flanken
durch Messer erfolgt, die um eine exzentrisch zu der genannten Achse liegende Achse
kreisen.
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Äußerlich unterscheiden sich die nach diesem Verfahren erzeugten Räder
durch den Verlauf ihrer Zahnlängslinien. Während diese bei den bekannten zykl@oidenförrnigen
Zahnlängs'linlen für die hohlen und erhabenen Flanken auf die gleichen Rollkreise
bezogen sind, werden die Zahnlängslinien der hohlen. Flanken bei Rädern, um die
es hier geht, auf Rollkreise anderer Größe bezogen als die Zahnlängslinien der erhabenen
Flanken.
Damit wird ein netter Weg erschlossen, auf dem Kegelräder
,mit nach zyklischen Kurven gekrümmten Zahnlängslinien mit einer begrenzten, einer
sogen.annten Balligen Zahnanlage hergestellt werden können. Der große Vorteil dieser
Lösung besteht in der Befreiung von Bindungen an bestimmte Spiralwinkel, Messerkopfausführungen,
Zähnezahlen der zu verzahnenden Räder usw., die bei den bisherigen Verzahnungen
beachtet werden maßten. Dias neue Verfahren ist trotz seiner Einfachheit universell.
:Nach dem neuen Verfahren ist die Verzahnmaschine nach einfachen Gesetzen schnell
und treffsicher einzustellen, ebenso leicht sind auch Korrektureins stellun,gen
vorzunehmen. um z. B. - die Zahnanlage mehr zum großen oder kleinen Durchmesser
hin zu verlegen.
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Zweckmäßig liegen die beiden Drehachsen der Messerkopfhälften beim
Verzahnen, in der Teilebene betrachtet, auf einer Parallelen zu einer Senkrechten,
die im mittleren Teil der zu schneidenden Zahnlängslinien .auf diesen. errichtet
ist. Ferner empfiehlt es sich: so zu verfahren, daß sieh die: Kreisbahnen der Schnittpunkte
der Messerschneiden mit der Teilebene in dem mittleren Teil der zu schnexdend:en
Zahnlänge tangieren. Im Hinblick auf bestimmte Korrekturen ist es nicht in jedem
Falle notwendig, die angegebene Idealstellung genau enzuhalten. Auch als Richtwert
oder als Ausgangspunkt für Korrekturen ist sie wichtig. In jedem Falle zeigen die
einfachen Regeln die leicht beherrschbare Gesetzmäßigkeit des neuen Verfahrens.
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Zur Ausübung des neuen Verfahrens ist eine Maschine zu empfehlen,
bei der die beiden Messerkopfhälften einen gemeinsamen Träger haben, der an einer
die Wälzbewegung ausführenden Scheibe so radial verstellbar ist, daß der notwendige
Abstand des Mittelpunktes der einen Messerkopfhälfte von .der Planscheibelnmitte
eingestellt werden kann, und daß der gemeinsame Träger so um diesen Mittelpunkt
schwenkbar ist, daß der Mittelpunkt der anderen Messerkopfhälfte :auf der obengenannten
Parallelen liegt.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend an Hand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. In den Zeichnungen bedeutet
Fig. i schematische Darstellung des neuen Arbeitsverfahrens, Fig. z Schnittzeichnung
eines mehrteiligen Messerkopfes mit seinem Träger, Fig. 3 eine Seitenansicht zu
Fig. a, Fig. 4 eine Draufsicht zu Fig. a, Fig. 5 weiteres Beispiel eines Messerkopfträgers,
Fg.6 Prinzipzeichnung zu Fig. 5, Fig.7 Abänderung der Prinzxpzeichnung Fig.6. Die
Vorgänge, die für das Verständnis des neuen Verfahrens wesentlich sind, spielen
sich in der Teilebene des durch die Bahnen der Messerschneiden verkörperten Erzeugungsplanrad
es ah. In Fig. i ist i ein Ausschnitt der Teilebene eines Planrades mit seinen Zähnen
2 und Zahnlück @en 3. 4 äst .ein Zahn des Gegenrades, der in seine der Lücken 3
eingreift. An diesem Eingriff wird deutlich, daß die hohlen Flanken mit ihren Zahnlängslinien
5 weniger stark gekrümmt sind :als die erhabenen Flanken mit ihren Zahnlängslinien
6. Den gleichen Krümmungsunterschied weisen die hohlen und erhabenen Flanken aller
Zähne 2 und 4 auf. Der Krümmüngsunterschied wird dadurch erreicht, daß die Messerschneiden
für die hohlen Flanken einen ,größeren Abstand: von ihrer Direhachse haben als die
Messerschneiden der erhabenen Flanken. In j Fig. i sind die Schnittpunkte 7 der
Messerschneiden beider Arten zusammengelegt gedacht in dem Punkt 7. In Wirklichkeit
schneidet wechselweise ein Messer für die hohlen und erhabenen Flanken. Die hier
vorgenommene Zusammenlegung erleichtert aber das Verständnis.
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Der verwendete Messerkopf ist zweiteilig. Die Drehachse desjenigen
Teiles,` das die Messer zum Schneiden der hohlen Flanken 5 trägt, ist mit 8, diejenige
für die erhabenen Flanken ist finit 9 bezeichnet. Wie Fig. i erkennen läßt, fallen
die beiden Achsen nicht zusammen, sie sind gegeneinander versetzt. Die, Versetzung
wurde in. der Darstellung übertrieben groß gewählt, um ihre Auswirkung deutlicher
zu machen. Die Konstruktion eines solchen Messerkopfes wird weiter unten noch erklärt.
Im Zusammenhang :einer Erklärung der Arbeitsweisie bedarf !es nur noch der Bemerkung,
daß beide M esserkopfhälften mit ihren Achsen 8 und 9 von einem gemeinsamen Träger
31 gehalten werden. Dieser kann auf der die Wälzbewegung ausführenden Planscheibe
z i radial so verschoben und festgestellt werden, daß die eine Drehachse 8 den vorgeschriebenen
Abstand Md von der Planscheibenmitte o hat. Außerdem ist der Messerk@opfträger 31
um die Achse 8 schwenkbar. Seine Schwenkstellung ist an der Strichteilung 12 abzulesen.
Er wird so ingeschwenkt, daß die Verbindungslinie 8, 9 parallel verläuft zu der
Geraden 13, die in dem Punkt 7 senkrecht zu den Zahnlängslinien 5, 6 errichtet ist.
Ist der Abstand Md ordnungmäßig eingestellt, so geht die Gerade 13 durch den Berührungspunkt
14 des kleinen Kreises 15 mit dem Kreis 16, :auf den er ,entsprechend den bekannten
Regeln der Zykloidenerzeugung rollt. Die Summen der Halbme sser der Kreise 15 und
16 ergeben den Mittenabstand41d. Ihre Größen verhalten sich zueinander wie die Gangzahl
des Messerkopfes zur Zähnezahl des Planrades. Die Radien selbst können also zeichnerisch
,oder rechnerisch genau festgelegt werden, wie die geometrischen Zusammenhänge der
Zykloide überhaupt als belkannt vorausgesetzt werden können. 17 ist der Halbmesser
der kreisförmigen Messerbahn um die Achse B. Auf :einem Kreis mit diesem Halbmesser
sind in der Teilebene alle Schneidkanten (Funkt 7) angeordnet, welche die hohlen
Flanken 5 schneiden.
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Die Schneidkanten der erhabenen Flanken, in der Darstellung ebenfalls
Punkt 7, kreisen mit dem Halbmesser 18 um 9. Durch die vorher vorgenommene Parallelrichtung
der Linie 8-9 zu der Linie 13 ist auch der Mittenabstand 9-o festgelegt. Da in diesem
Beispiel die Zahl der Messer für beide Messerkopfhälften gleich groß ist, haben
beide
Hälften auch die gleichen Drehzahlen. Daraus folgt, daß die
Strecke 9 bis o proportional der Strecke Md aufgeteilt wird in die Radien der Kreise
15', 1 g. Es zeigt sich dabei, daß der Berührungspunkt 2o dieser bei=den Kreise
ebenso auf der Geraden 13 liegt wie der Punkt 14. Damit ist bewiesen, daß in der
Darstellung die hohlen, 5, und erhabenen Zahnlängslinien 6 sich in dem Punkt 7 tangieren,
denn die Normalen beider Flanken fallen mit der Linie 13 zusammen. Oder mit anderen
Worten: Im Punkt 7 haben die hohlen und erhabenen Za:hnlänglinien einen gleich großen
S.piralwinkel ß. Praktisch wird es vielfach vorkommen, daß man mehr oder weniger
große Abweichungen der Parallellage der Linien 8, 9 zu der Linie 13 einstellt, um
bestimmte Korrekturen zu erreichen. Ab-er auch in solchen Fällen ist die beschriebene,
von einfachen Gesetzen abgeleitete Einstellung eine zuverlässige Ausgangsstellung;
sei es nun, daß die zweckmäßigsten Korrekturen von Fall zu Fall ermittelt werden
odex da:ß man sie, Korrekturtafeln entnimmt.
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Bei dem Messerkopf und seinem Träger Fig.2 bis 4 ist zu unterscheiden
zwischen einem ringförmigen Halter 21 (s. Fig. 4) mit denjenigen Messern 22, welche
die hohlen Zahnflanken schneiden, und einern Innenbeil 23 mit den Messern 24 für
die erhabenen Flanken. Ihre Drehachsen fallen nicht zusammen; sie sind wie die Dlrehachsen
8 und 9 'der Fig. i gegeneinander versetzt und führen wie jene die Bezeichnungen
8 und g.
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In der Teilebene des Erzeugungsplanrades betrachtet liegen die Schneiden
der Messer 24, welche die erhalbenen Flanken bearbeiten, auf eine=m Kreis ,mit dem
Radius 18 und diejenigen der Messer 22 für die hohlen Flanken auf einem Kreis mit
dem Radius 13. Auch hinsichtlich dieser Halbmesser wurden die gleichen Bezeichnungen
gewählt wie in Fig: i, um den Zusammenhang zwischen den geometrischer Gesetzen und
der Ausführun=g deutlich au machen.
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Die Kreise der Radien 13 und 18 tangieren sich mit dem Punkt 7 (vgl.
wiederum Fig. i). Der Ring 21 mit seinen Messern gehört zu der einen, der Innenteil
23 gehört zu der anderen Hälfte des Messerkopfes. Beide Hälften haben vier Messer
und haben demzufolge gleiche Direhzahlen.
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Der Ring 21 ist mittels Schrauben 25 und Stehbolzen 26 lösbar mit
einem Zahnkranz 27 verbunden, der auf einem Wälzlager 28 des Schlittens 29 läuft.
Der Schlitten 29 sitzt verschiebbar auf :einer entsprechenden Führungsbahn 3o des
Grundkörpers 31. Er kann mittels der Stelbspinde132 samt dem Antriebsritzel 33 für
den Zahnkranz 27 und dem damit in Verbindung stehenden Kegelradpaar 36 so verschoben
werden, daß der Abstand der Deehachse 8 des Zahnkranzes 27 und damit auch des Ringes
21 zu der Drehachse 9 eines zweiten Zahnkranzes 27' mit dem Innenteil 23 veribunden
ist. Dieser Innenteil wird an :einem Dorn 34 geführt, der in dem Grundkörper 31
'befestigt ist. Dieser Zahnkranz 27' wird von den Ritzel34 und dem damit verbundenen
Kegelradpaar 35 angetrieben. Die Kegelradpaare 35 und 36 haben eine gemeinsame Vorgelegewelle
37 mit den Antriebskegelrädern 38 und 39. Der Antrieb vom Maschinengehäuse her erfolgt
über die Welle 4o. Diese ist gleichachsig zu dem Dorn 34 angeordnet, da=mit der
Grundkörper 31 um die Mitte dieses Diornes geschwenkt werden kann, nun die Parallellage
der Verbindungslinie zwischen den Drehachsen 8 und 9 zu der Geraden 13 (Fig. 1)
herstellen zu können.
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Der Grundkörper 31 ist um die Welle 40 schwenkbar auf einer Platte
41 befestigt. In dieser Platte ist auch die Welle 4o gelagert. Die Schwenkstellung
kann ,an der Strichteilung 12 (Fig. 1) eingestellt werden.
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Die Platte 41 ist .an der Planscheibe i i befestigt und kann an dieser,
wie weiter oben beschrieben, radial zur Planscheibenmitte verschoben werden, um
den gewünschten Abstand 'Md einzustellen (s. auch Fig. i).
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In Fig.5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel ein=es Messerkopfes,
seines Trägers rund seiner Antriebselemente dargestellt. Bei dieser Ausführung ist
die Exzentrizität zwischen den Drehachsen 8 und 9 (s. auch Fig. i) -nicht verst=ellbar.
Beide Messerkopfhälften sind mit je zwei Messern bestückt, wie der schematische
Grundriß Fig. 6 zeigt. Die an dem Außenring 42 s=itzenden Messer 43 schneiden die
hohlen Flanken, die an dem Mittelteil 44 angeordneten Messer 45 die erhabenen Flanken.
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Der Ring 42 ist auswechselbar auf dem Zahnrad 46, der Mittelteil 44
auf der Antriebsachse 48 be-
festigt. Die Antriebsachse 48 trägt einen fest
mit ihr verbund=enen Zahn=kranz 49; der die gleiche Zähnezahl hat wi=e das Zahnrad
46. Die Antriebsachse 48 ist in dem Grundkörper 5o, das Zahnrad 46 an dem exzentrisch
zur Antriebsachse 48 bearbeiteten Nabenumfang 5 i gelagert, und zwar über die Wälzlager
52. Die Exzentrizität entspricht in Fig. i dem Abstand der Drehachsen 8 und g.
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D;ie beiden Zahnräder 46 und 49 stehen miteinander in Verbindung durch
die Vorgelegewelle 53 mit ihren beiden gleichzahnigen Binderädern 54. Die Lage dieses
Vorgeleges geht aus der Prinzipzeichnung Fig. 6 hervor. In Fig. 5 ist sie des leichteren
Verständnisses halber in die dargestellte Schnittebene gelegt.
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Der Grundkörper ist schwenkbar auf einer Platte 55 befestigt und kann
in der :eingestellten Schwenkstellung mittels der Schrauben 56 auf der Platte festgespannt
werden. Die Platte 55 ruht um die Achse 57 schwenkbar auf der Planscheibe a i.
Die
Antriebsbewegung wird dem Messerkopf vom Maschinengehäuse her über die
Achse 57 und das Zahnradpaar 58 zugeleitet.
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Bei eben bisherigen Beispielen entspricht die Zahl der Messer zum
Schneiden der hohlen Flanken derjenigen zum Schneien der erhabenen Flanken, nach
Fig. 6 z. B. je zwei. Nach Fig. 7 sind zum Schneiden der hohlen Flanken zehn, zum
Schneiden der erhabenen Flanken neun Messer vorgesehen (59 und 6o). Die Schneidkanten
der Messer sind vereinfacht durch kleine Kreise veranschaulicht. Die sie verbindenden
Kreise 61, 62 können als die Teilkreise
der Antriebszahnräder .angesehen
werden. 63 ist das gemeinsame Antriebsrad für beide Räder. Die i)-rehzahlen der
beiden Hälften sind umgekehrt proportional der Messerzahlen. Diese Ausführungsform
bietet Vorteile, wenn die zu schneidenden Räder einen großen Krümmungsunterschied
zwischen dien Zahnlängslinien ihrer hohlen und erhabenen Flanken erhalten sollen
oder wenn die Maschine zuim Verzahnen großer Kegelräder bestimmt ist.
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Die Darstellung veranschaulicht strehlerartige Rundmesser, deren Befestigung
und Ausbildung nicht näher beschrieben wurden, weil diese bekannt sind. Es ist natürlich
ohne weiteres möglich, den, Erfindungsgedanken ;auch an Messerköpfen zu verwirklichen,
die mit anderen Messerformen, z. B. s ta, bförmigen Messern, arbeiten.
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Mit einem Messerkopf und der gleichen Messerbestückung können mehrere
Module geschnitten werden, wie die folgende Betrachtung zeigt.
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Dier Mittenabistand der Achsen 8 und 9 wird so eingestellt, daß: sich
die beiden Kreise, welche die Schnittpunkte der Messerschneiden mit der Teilebene
verbinden, in einem mittleren Teil der Zahnlängslinie tangieren, z. B. Punkt 7 in
Fig. i. Soll der Messerkopf von einem .Modul auf einen .anderen umgestellt werden,
so ist es lediglich notwendig, den Mittenabstand der Achsen 8 und 9 über die Stellspindel32
(Fig. 2 bis 4) so zu verändern, daß sich die Kreise in der neuen Teilebene wieder
tangieren. Der Messerkopf nach Fig. 5 kann in der Exzentrizität seiner Drehachsen
8 und: 9 nicht verstellt werden. Trotzdem kann er mit der gleichen Messerbestückung
wie der oben beschriebenen zum Verzahnen mehrerer Module benutzt werden. Zu diesem
Zweck ist der Außenring 42 mit seinen Messern 43 gegenüber dem Mittelteil 44 mit
dem Messer 45 verd'rehbar. Die Versstellung erfolgt mit Hilfe der Spannschrauben
64, die meiner Ringnut des Zahnrades 46 gleisten können.
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Verdreht man den Außenring 42, dann liegen die Außenmesser nicht mehr
in der Mitte zwischen den Innenmessern, wie es in Fig. 6 angedeutet ist. Dias hat
zur Folge, daß die Messer beim Verzahnen je nach der Richtung, in welcher der Ring
42 verstellt wurde,, früher oder später in den zu schneidenden- Radkörper eindringen,
:als es geschähe, wenn sie auf Mitte säßen. Die Lückenweite wird dann in der Teilebene
größer oder kleiner als die Zahnstärke. Diesle Verstellung ist :also :eine geeignete
Maßnahme, um ein gewünschtes Flankenspiel einzustellen. Verändert ;man. die Tiefe
der Zahnlücken derart, daß nach erfolgter Verstellung des Ringes 42 wiederum das
gewünschte Verhältnis zwischen Lückenweite und Zahnstärke ierreicht ist, so wird
ein anderer Modul geschnitten. Damit wird klar, daß die Verstellung des Ringes 42
auch eine geeignete Maßnahme zur Einstellung eines gewünschten Maduls ist.
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Die Anwendung der neuen Arbeitsweise ist sehr einfach. Bei der Berechnung
der Verzahnungsdaten braucht :auf die Mehrteikgkeit des Messerkopfes keime Rücksicht
genommen zu werden. Das 'Getriebe wird berechnet, das. Getriebe wird nach bekannten
Riegeln berechnet, als ob es sich um einen Messerkopf mit der -einen. Dmehachse
8 in Fig. i handle. Diese wird auf den errechneten Abstand Md eingestellt. Dann
wird tun die Drehachse 8 die errechnete oder aus Erfahrung bestimmte Korrektionseinstellung
an der Strichteilung 12 vorgenommen.
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Natürlich ist die Erfindung nicht .auf die dargestellten Beisspiele
beschränkt. So könnten z. B. die Zahnräder, über welche die beiden Messerkopfhälften
angetrieben werden, auch durch geeignete Mitnehmer ersetzt werden. Es könnten auch
Schneckengetriebe verwandt werden.