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Teilgetriebe für Zahnradbearbeitungsmaschinen und Teilköpfe Der Zweck
der Erfindung ist die Schaffung eines Schneckengetriebes hoher Genauigkeit, welches,
als Teilgetriebe in Zahnradbearbeitungsmaschinen und Teilköpfen eingebaut, deren
Arbeitsgenauigkeit verbessert. Gleichzeitig wird auch bei Verwendung dieses Getriebes
die Montage der Maschine erleichtert und eine Vorrathaltung an Getriebeeinzelteilen
sowie das leichte Austauschen derselben ermöglicht.
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Bekannte Teilgetriebe für Zahnradbearbeitungsmaschinen und Teilköpfe
bestehen aus A. Schnecke und Schneckenrad oder B. Evolventenschnecke und Evolventenzahnrad
mit üblichen bzw. genormten Eingriffswinkeln, z. B. 20 oder i5°.
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Diese Teilgetriebe weisen aber folgende Nachteile auf Das Teilschneckenrad
bei der Ausführung A besteht in der Regel aus Gußeisen oder Bronze; seine Zähne
werden im Wälzverfahren gefräst. Man muß sich mit Teilungsgenauigkeiten und Zahnformen
begnügen, wie sie das Wälzfräsverfahren ergibt. Eine Prüfmöglichkeit besteht nur
für die Teilungsfehler, nicht aber für die Zahnformfehler.
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Sehr problematisch ist auch die Prüfung der Zahnform ander zugehörigen
Teilschnecke. Diese Prüfunghat sich darauf zu erstrecken, ob die aus Regelschraubenflächen
bestehenden Flanken der Teilschnecke denjenigen Regelschraubenflächen entsprechen,
die von den Schneiden des verwendeten Schneckenfräsers oder Schlagzahnes während
des Fräsens der Teilschneckenradverzahnung gebildet werden. Da es sich hierbei um
offene, nicht abwickelbare Regelschraubenflächen handelt, ist ein Erfassen dieser
Flächen durch Messung und das Angleichen der Teilschnecke an den Schneckenfräser
schwierig: Außerdem nutzt sich der Schneckenfräser ab, der Flankendurchmesser seiner
Schneiden
wird durch das Nachschärfen ständig kleiner, so daß eine
Vorrathaltung an Teilschnecken und Teilschnekkenrädern nicht möglich ist.
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Ein weiterer Nachteil ist der hohe Arbeitsaufwand, um bei der Montage
der Maschine die Teilschnecke in die richtige Lage zum Teilschneckenrad zu bringen,
d. h. in jene Lage, die vorher beim Fräsen die Schneiden des Fräsers eingenommen
hatten. Diese Bedingung zu erfüllen sind drei Bestimmungsgrößen einzuhalten: 1.
der Achsenabstand zwischen Teilschnecke und Teilschneckenrad, 2. der Kreuzungswinkel
der Achsen und 3. die Lage der Teilschneckenachse in der richtigen Radebene des
Teilschneckenrades.
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Wird aber die Montage des Teilgetriebes unter Nichteinhaltung einer
der drei Bestimmungsgrößen vorgenommen, so sind keine einwandfreien Eingriffsverhältnisse
gegeben, und die Folge davon sind Teilfehler am wälzgefrästen oder wälzgestoßenen
Zahnrad.
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Gelingt es, die Teilschnecke in die richtige Lage zum Teilschneckenrad
zu montieren, so arbeitet ein derartiges Teilgetriebe einige Zeit in den Grenzen
der Genauigkeit des gefrästen Teilschneckenrades einwandfrei. Da aber im neuen Zustand,
beim Gleiten der Teil-Schnecke in den ungehärteten Schneckenradzähnen, das gleiche
eintritt wie beim üblichen Einlaufenlassen jedes normalen Schneckengetriebes, nämlich
eine gewissC Abnutzung, bis die Schnecke zum eigentlichen Tragen kommt, so bleibt
die Teilgenauigkeit nicht so lange erhalten, wie dies auf Grund des hohen Aufwandes
und der verwendeten Sorgfalt eigentlich zu erwarten wäre. Die zwar geringe Abnutzung
kann nicht gesetzmäßig gesteuert werden, und es kommt vor, daß eine Maschine nach
erfolgtem Einlaufen in der Teilgenauigkeit besser, eine andere hingegen schlechter
wird.
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Wenn ein Evolventenzahnrad mit einer Evolv entenschnecke der bekannten
Ausführung B bei üblichem Eingriffswinkel unter gekreuzten Achsen im Eingriff steht,
kann lediglich Punktberührung in den Zahnflanken erzielt werden. Der spezifische
Flächendruck wird daher bei der geringsten Belastung unzulässig hoch. Es stellen
sich, selbst bei gehärteten und flankengeschliffenen Zähnen, nach kurzer Betriebsdauer
eine erhebliche Abnutzung und damit Teilfehler ein. Teilgetriebe dieser Art haben
daher trotz ihrer anfänglich hohen Genauigkeit untergeordnete Bedeutung.
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Um die Nachteile der unter A und B genannten Teilschneckengetriebe
auszuschalten, muß ein Teilschneckengetriebe gefunden werden, welches die hohe Genauigkeit
jenes der Position 2 aufweist, aber die Zähne der Teilschnecke müssen die Zähne
des Teilrades entlang einer Linie berühren, und zwar im Herstellungszustand und
nicht, wie beim normalen Schneckengetriebe, erst nach erfolgtem Einlaufen.
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Beim Bau von Zahnrad-Wälzfräs- und -Wälzstoßmaschinen kommen bisher
in der Regel gefräste Teil-Schneckenräder zur Anwendung, von denen eine Aus-Führung
mit einem Summenteilfehler von o°, o', 2o" bereits als hervorragend gut angesprochen
wird. Was sich innerhalb einer Schneckenumdrehung an ungesetzmäßiger Drehübertragung
abspielt, hängt außer vom Einzelteilfehler, vom Zahnformfehler und von der Übereinstimmung
zwischen Wälzfräser (Schnecken-C fräser) und Teilschnecke auch von der Sorgfalt
der Montage ab. Andererseits aber verlangt und erwartet man vom Produkt eines derartigen
Teilgetriebes (vom wälzgefrästen und wälzgestoßenen Zahnrad) Genauigkeiten, die
nahe jenen flankengeschliffener Zahnräder liegen. Durch die Erfindung wird es ermöglicht,
diese Genauigkeiten zu erreichen.
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In der Zeichnung sind schematisch verschiedene Ansichten und Schnitte
eines Teilgetriebes mit Evolventenschnecke und Evolventenzahnrad dargestellt, in
denen die zu beachtenden Bestimmungsgrößen gemäß der Erfindung eingetragen sind.
Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht des Getriebes, teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine
Vorderansicht des Getriebes mit geschnittenem Zahnrad und Fig. 3 eine Draufsicht
auf Fig. 1.
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Es handelt sich bei der Erfindung um das Zusammenfügen zweier Getriebeelemente
(Zahnrad und Schnecke, deren Zahnflanken, im Schnitt rechtwinklig zur eigenen Achse,
auch Stirnschnitt genannt, Evolventenform aufweisen nicht in der üblichen Weise,
bei der sich die Teilzylinder von Schnecke und Zahnrad berühren, sondern nach dem
Prinzip, welches B e a 1e (s. Zeitschrift @>American Machinist«, 25. 12.
189o, S.7, laufende Nummer 177) bereits für Schraubenräder mit gekreuzten Achsen
angewandt hat. Auch S chi e b e 1 behandelt diese Schraubenräder in seinem Buche:
Zahnräder, 2. Teil, »Räder mit schrägen Zähnen«, 2. Aufl. 1923, S. 6o/61 (Verlag
J. Springer, Berlin.) Die Gründe, aus denen Schiebel diese Räder als unpraktisch
bezeichnet, nämlich große Beschneidung der Eingriffsfelder infolge notwendigen Unterschnitts,
fallen für das Teilschneckengetriebe gemäß der Erfindung weg, denn die Eingriffsverhältnisse
liegen hier gemäß den Untersuchungen des Erfinders wesentlich günstiger, so daß
sich unter bestimmten Voraussetzungen die Eingriffs-Felder e" und e. mit einem Eck
im Zentralpunkt berühren, wie in Fig. 3 durch Schraffur gekennzeichnet ist.
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Die Konstruktion wird so vorgenommen, daß sich die Grundzylinder dl
und g2 (Erzeugungszylinder der Evolvente) von Teilschnecke und Teilrad berühren.
Der Berührungspunkt ist der Zentralpunkt. Als Folge davon wird der Eingriffswinkel
gleich o°. Der Eingriff erfolgt wie bei den Schraubenrädern von B eale sowohl bei
Rechtslauf als auch bei Linkslauf in der gleichen Ebene, nämlich in der gemeinsamen
Tangentialebene an die beiden Grundzylinder, welche durch den Zentralpunkt geht.
In dieser Ebene liegen die Eingriffsfelder e" und eb. Damit Linienberührung eintritt,
muß hierbei die Bedingung erfüllt sein, daß die Summe aus dem Steigungswinkel ß2
der Teilschnecke am Grundzylinder plus Steigungswinkel ß1 des Teilrades am Grundzylinder
gleich ist dem Kreuzungswinkel der Achsen von Teilschnecke und Teilrad. In der Praxis
werden Teilschnecke und Teilrad meist unter einem Kreuzungswinkel von go° stehen,
so daß hier die angeführten Steigungswinkel zu Komplementärwinkeln werden.
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Eine wertvolle Eigenschaft dieses Teilgetriebes ist das Zerfallen
des Eingriffsfeldes in zwei zentralsymmetrisch zum Zentralpunkt liegende Rechtecke
(Fig. 3).
Für Rechtsdrehung der Schnecke gilt das Eingriffsfeld
e,; für Linksdrehung das Eingriffsfeld e, Diese Eigenschaft erlaubt es, entweder
das Teilrad oder die Teilschnecke in der Mittelebene rechtwinklig zur eigenen Achse
in zwei Teile zu zerlegen, wie dies z. B. bezüglich Zerlegung des Schneckenrades
bei Teilköpfen üblich ist, um den toten Gang auszuschalten. Während jedoch beim
normalen Schneckenrad die Zerlegung desselben in der Radmittelebene und Drehen der
Radhälften gegeneinander um einen kleinen Winkel eine Herabsetzung der tragenden
Zahnflankenteile auf die Hälfte bewirkt, hat dies bei Zerlegung des Teilrades gemäß
der Erfindung keinen verminderten Eingriff zur Folge, da die Eingriffsfelder für
Links- bzw. Rechtslauf in verschiedenen Teilradhälften bzw. Teilschneckenhälften
liegen.
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Gegenüber den bekannten Ausführungen bietet die Erfindung folgende
Vorteile: i. Unbedingte Linienberührung zwischen Teilradflanke und Teilschneckenflanke
entlang einer Geraden, wobei im Bereich hoher Teilradzähnezahlen eine Eingriffsdauer
von 3 erreichbar ist. (Drei Zähne sind ständig gleichzeitig im Eingriff.) Die Folge
davon ist eine lange Lebensdauer und gute Überbrückung der Einzelteilfehler.
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z. Bei Anwendung des Prinzips der Bealeschen Schraubenräder auf ein
Teilschneckengetriebe gemäß der Erfindung können die Zahnflanken des Teilrades nunmehr
geschliffen und in ihrer Form (Kreisvolvente) und Teilung so genau hergestellt werden,
wie dies mit den heutigen Mitteln möglich ist. Sowohl der Summenteilfehler als auch
der Einzelteilfehler des Teilrades hängen nur von der Güte einer Teilscheibe ab,
die in der Genauigkeit bis zu o°, o', 04" für den Summenteilfehler und o°, o', oi"
für den Einzelteilfehler angefertigt werden kann.
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3. Die Zahnform am Teilrad und an der Teilschnecke kann mit üblichen
Zahnflankenprüfgeräten geprüft werden. Das Teilrad hat auf der ganzen Radbreite
in jeder Radebene die gleiche Zahnform.
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4. Einbaufehler bei der Montage der Maschine sind leicht vermeidbar.
Es brauchen nur zwei Bestimmungsgrößen (Achsenabstand und Achsenkreuzungswinkel)
eingehalten zu werden. Hierbei kommt noch die bekannte Unempfindlichkeit der Evolventenverzahnung
gegenüber dem Achsenabstand zu Hilfe, so daß selbst verhältnismäßig erhebliche Abweichungen
vom theoretischen Achsenabstand sowohl nach oben als auch nach unten absolut ohne
Einfluß auf die Funktion des Teilgetriebes bleiben.
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g. Die Teilräder und Teilschnecken sind in ihren Zähneabmessungen
von keinem Zwischenglied, z. B. Schneckenfräser, abhängig, sondern haben jedes für
sich eine geometrisch exakt und einfach festlegbare Zahnform. Für einen bestimmten
Anwendungsfall bleiben die Teilräder und Teilschnecken stets unveränderlich, so
daß eine Vorrathaltung und leichte Austauschbarkeit möglich ist.
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6. Das Teilrad als wertvollster Bestandteil der Zahnradbearbeitungsmaschine
kann aus gehärtetem Stahl hergestellt werden, wodurch sich dessen Lebensdauer um
ein Vielfaches verlängert. In der maximalen Größe sind derartige gehärtete und flankengeschliffene
Teilräder lediglich durch die technischen Möglichkeiten begrenzt.
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Finden Teilgetriebe gemäß der Erfindung dort Verwendung, wo sie keiner
hohen Zahnbelastung ausgesetzt sind, so brauchen sich die Zähne von Teilschnecke
und Teilrad nicht exakt entlang einer geraden Linie zu berühren, sondern können
sich mit einer geringfügigen, kaum meßbaren Balligkeit berühren. Diese Balligkeit
bezweckt die Montage gegenüber dem beschriebenen Teilgetriebe noch dadurch zu erleichtern,
daß hier der Kreuzungswinkel der Achsen nicht mehr genau eingehalten werden muß.
Die geringe Balligkeit in der Zahnrichtung bewirkt, daß sich die Zahnflanken leichter
aneinander anschmiegen, auch wenn kleine Verlagerungen der Schneckenachse eintreten.
Ähnliche Maßnahmen werden manchmal im Getriebebau bei Stirnradgetrieben getroffen,
um zu verhindern, daß das gefürchtete Tragen der Zähne an den äußeren Stirnebenen
auftritt.