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Messerkopf zum Schneiden von Zahnrädern mit gekrümmten Zähnen nach
einem kontinuierlichen Formgebungs-Schneideverfahren Es sind Vorrichtungen zum Schneiden
von Zahnrädern mit gekrümmten Zähnen nach einem kontinuierlichen Formgebungs-Schneideverfahren
bekannt, bei dem die Werkzeuge aus Messerköpfen bestehen, die während einer vollständigen
Umdrehung des Werkzeuges in derselben Lücke der Zähne des zu schneidenden Rades
arbeiten; wobei die Messer in unterschiedlich wirkende Messerarten aufgeteilt sind.
Hierbei werden solche Messer als Fertig- oder Feinmesser bezeichnet, die auf die
innere und äußere Flanke jedes Zahnes wirken und diesem somit seine endgültige Form
geben. Alle anderen Messer des Werkzeuges, die Grobmesser und Hilfsmesser genannt
werden, dienen dazu, die Zahnlücke vorzuschneiden und zu verbreitern, die dann von
den Fertigmessern nachgearbeitet wird. Hierbei sind die radialen Abstände der Fertigmesser,
gemessen auf dem Teilkreis von der Drehachse des Messerkopfes zu einem Punkt der
Innenkante für das innere Fertigmesser und zu einem Punkt der Außenkante für das
äußere Fertigmesser, unter sich vollständig gleich.
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Die Fertigmesser sind jedoch auf dem Messerkopf zueinander in verschiedenem
Winkelabstand, dem `'Werkzeugwinkel, befestigt, der eine Funktion des gewünschten
Verhältnisses zwischen der Breite der Zahnlücke und der Dicke des Zahnes ist, deren
Summe den Gang bildet. Zum Schneiden von Zahnrädern, bei denen die Breite der Zahnlücken
und die Dicke der Zähne gleich sind; sind die Fertigmesser gegeneinander genau um
r8o° versetzt befestigt, was nur für Kegelwinkel von q.5° mit einem Übersetzungsverhältnis
von
i : i zutrifft. Für alle anderen Verhältnisse muß der Werkzeugwinkel größer oder
kleiner als ifio° sein.
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Das vorstehend kurz beschriebene Schneideverfahren besitzt praktisch
mehrere Nachteile, die wie folgt zusarnmengefaßt werden können: i. Die Notwendigkeit
der Änderung des Werkzeugwinkels abhängig von der Zahnstärke, die ihrerseits durch
das Übersetzungsverhältnis bestimmt ist.
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Diese Änderung des Werkzeugwinkels erfordert eine große Anzahl von
Messerköpfen für die verschiedenen Zahndicken und für die verschiedenen Steigungen
der Schraube, je nachdem es sich um das Schneiden der Räder oder der Ritzel handelt.
Sie erfordert ferner das jeweilige Aussuchen der verfügbaren Köpfe, was einen erheblichen
Zeitverlust verursacht und dadurch die Produktion ungünstig beeinflußt.
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2. Die verschiedenen Messer des Kopfes sind in Ausnehmungen des Kopfkörpers
in bestimmten Winkelabständen befestigt, die ihrerseits durch die Anzahl der Zahnlücke
bestimmt sind. So muß z. B. für einen Kopf mit zwanzig Messern der Winkelabstand
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messern i8° betragen.
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Da die Zahnstärke und die Breite der entsprechenden Zahnlücken eine
Funktion des Werkzeugwinkels sind, so kann dieser nicht in eine Funktion des Vielfachen
des Winkelabstandes der Zahnlücke abgewandelt werden. Es ist also praktisch unmöglich,
alle gewünschten Zahnstärken zu erhalten.
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3. Das oben beschriebene Schneideverfahren besitzt den weiteren Nachteil,
daß es zwar möglich ist, das Zahntragen durch die umständliche und zeitraubende
Wahl bzw. Einstellung der Messerköpfe zu beeinflussen, daß jedoch das Zahntragen
nicht innerhalb zweier ganz bestimmter Grenzen auf der Länge des Zahnes festgelegt
werden kann. Dies leuchtet ohne weiteres ein, wenn man berücksichtigt, daß die geometrische
Form der Oberfläche einer Zahnflanke durch ein Fertigmesser erzeugt wird, das in
dem gleichen radialen Abstand wie das die Flanke des damit zusammenwirkenden Zahnes
herstellende Fertigmesser angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft demgegenüber einen Messerkopf zum Schneiden
von Zahnrädern mit gekrümmten Zähnen nach einem kontinuierlichen Formgebungs-Schneideverfahren,
bei dem die genannten Nachteile dadurch vermieden werden, daß der Messerkopf mit
mehreren Messern verwendet wird, die in Grobmesser, in Hilfs- oder Verbreiterungsmesser
und in Fertig- und Korrekturmesser unterteilt sind, wobei jeder Werkzeugkopf mit
einem oder mehreren Fertigmessern ausgestattet ist, die auf die innere (konvexe)
Flanke wirken, sowie mit einem oder mehreren Fertigmessern, die auf die äußere (konkave)
Flanke der Zähne wirken, und daß alle Messer in vorbestimmten radialen Abständen
von der Drehachse des Messerkopfes angeordnet sind, wobei die Änderung der Dicke
der Zähne und das Maß der Korrektur oder Änderung der Zahnkrümmung durch eine Änderung
der radialen Abstände der Fertigmesser und der Korrekturmesser bewirkt wird.
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In der Zeichnung ist Fig. i eine schematische Darstellung der Zahnstärke
und der Zahnlücke, Fig. 2 ein Querschnitt des Messerkopfes mit der Anordnung der
Fertigmesser, Fig.3 eine schematische geometrische Darstellung der Lage der Fertigmesser
für die Änderung der Zahnstärke, Fig. q. eine schematische Darstellung der Bahn
der Grob- und Hilfsmesser, Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Kopfes mit mehreren
Fertigmessern, Fig. 6 eine geometrische Darstellung der Erzeugung durch einen Kopf
mit mehreren Fertigmessern, Fig. 7 eine geometrische Ansicht der Korrekturen auf
der konvexen Flanke, Fig. 8 eine geometrische Ansicht der Korrekturen auf der konkaven
Flanke, Fig. 9 eine geometrische Ansicht der abwechselnden Korrekturen auf den beiden
Flanken, Fig. io eine schematische Ansicht eines Werkzeugkopfes mit Fertigmessern,
die alle in derselben Lücke schneiden, Fig. i i eine schematische Ansicht eines
Werkzeugkopfes mit aufeinanderfolgenden Fertigmessern, die auf benachbarte Flanken
wirken, und Fig. 12 eine Ansicht der Messeranordnung auf Köpfen mit schrägen Ausnehmungen.
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Fig. i veranschaulicht eine Zahnlücke und einen Zahn, deren Breite
V gleich der Dicke P ist, wobei die Summe dem Gang entspricht.
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Wenn die Dicke des Zahnes geändert wird und s die Größe dieser Änderung
der Dicke auf der Flanke bezeichnet, so wird die Breite der Lücke V1 -V-2s, während
man die Dicke P1 -P +:2s erhält.
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Dies ist im allgemeinen bei dem Ritzel der Fall, während bei dem Rad
die Werte von h1 und P1 logischerweise umgekehrt sind.
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Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch einen Messerkopf, der durch die
beiden Fertigmesser geht, die in Abständen Ri und Re von der Drehachse angeordnet
sind.
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Wenn es sich um das Schneiden von Zähnen handelt, deren Dicke gleich
der Breite der Lücke ist, so sind die Radien Ri und Re jeweils unter der Bedingung
gleich, daß man sie auf dem zur Horizontalebene des Messerkopfes parallelen ersten
Schnittkreis für die Zähne mißt.
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Für Verzahnungen, bei denen Zahnstärke und Zahnlücke verschieden sind,
müssen die radialen Abstände Ri und Ra um den Wert s vergrößert bzw. vermindert
werden, der der Vergrößerung der Abmessungen der Zähne entspricht.
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Zum besseren Verständnis der geometrischen Erklärung der Erzeugung
der Zahnform vergegenwärtige man sich, daß das kontinuierliche Verfahren der Herstellung
von Zahnrädern mit gekrümmten Zähnen mittels eines kreisförmigen Werkzeuges dadurch
gekennzeichnet wird, daß die kontinuierliche Drehung des Werkzeuges und des
zu
schneidenden Rades gleichzeitig vor sich geht, oder auch dadurch, daß bei einer
Umdrehung des zu schneidenden Rades das Werkzeug eine der Zähnezahl entsprechende
Anzahl Umdrehungen ausführt.
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Wenn man der Einfachheit halber das zu schneidende Rad an Stelle des
zu schneidenden Ritzels betrachtet, so verdreht sich dieses Rad um seine Achse während
einer Umdrehung des Werkzeuges um einen Winkel, der dem Gang der zu schneidenden
Zähne entspricht. Man kann daher leicht den Rotationswinkel des Rades, entsprechend
einem bestimmten Rotationswinkel des Werkzeuges, bestimmen. Hiervon ausgehend kann
man der weiteren Einfachheit halber voraussetzen, daß das zu schneidende Rad stillsteht,
während sich die Drehachse des Werkzeuges um die Achse dieses Rades dreht, und zwar
mit derselben Winkelgeschwindigkeit wie das Rad, so wie sie als Funktion der Winkelgeschwindigkeit
des Werkzeuges um seine Achse berechnet worden ist.
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Fig.3 veranschaulicht schematisch den Werkzeugkopf, dessen Drehachse
0' sich in einer Entfernung E von der Drehachse 0 des zu schneidenden Rades befindet.
Um noch weiter zu vereinfachen, kann man davon ausgehen, daß der Kopf nur mit zwei
Fertigmessern Fi und Fe versehen ist, die in den Abständen Ri bzw. Re angeordnet
sind, wobei der Abstand Ri kleiner ist als der Abstand Re. Bei der Drehung des Kopfes
beschreibt das Fertigmesser Fe auf der Zahnflanke des Rades die Bahn A-B,
während das Messer Fi die Bahn C-D beschreibt.
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Die Zone zwischen den Kurven A-B und C-D stellt die durch die beiden
Fertigmesser erzeugte Zahnlücke dar. Es ist klar, daß es durch eine geeignete Änderung
der Radien Re und Ri möglich ist, nach Belieben die Breite der Zahnlücke bis und
über die Kurven A'-B' und C'-D' zu vergrößern, wobei diese Kurven die Breite der
von den Fertigmessern mit zueinander symmetrischen Abständen Re und Ri erzeugten
Zahnlücke bestimmen, d. h. einer Zahnlücke, deren Breite gleich der Dicke der Zähne
ist.
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Die Grobmesser und Hilfsmesser haben den Zweck, die Zahnlücke vorzuschneiden
und zu verbreitern, in welche dann die Fertigmesser eintreten. Die Grob- und Hilfsmesser
sind in bestimmten radialen Abständen so angeordnet, daß sie die Kurven in Fig.
q. beschreiben. Die Kurven C-C", C-C usw. sind diejenigen der Grobmesser, die dem
Fertigmesser Fi vorausgehen, das die endgültige Kurve C-D beschreibt. Die Grobmesser
stehen normalerweise mit Bezug auf die Fertigmesser in zunehmender Tiefe. Sie arbeiten
die konvexe Flanke der Zähne und schneiden gleichzeitig innen und außen, d. h. sie
schneiden die konkave Fläche vor.
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Die Kurven B-A', B'-A" usw. werden durch in bestimmten Abständen angeordnete
Hilfsmesser geschnitten, daß sie nacheinander die durch die Außenschneide der Grobmesser
vorgeschnittene Zahnlücke erweitern, um den störungslosen Schnitt des äußeren Fertigmessers
zu gestatten, dessen endgültige Bahn durch die Kurve A-B bezeichnet ist. Die Hilfsmesser
wirken hauptsächlich auf die konkave Flanke der Zähne: Aus dem vorbeschriebenen
Prinzip ergibt sich die Möglichkeit, daß, da die Fertigmesser in von der Dicke der
zu schneidenden Zähne unabhängigen Winkelabständen angeordnet sind, man weitere
Anordnungen für den Schnitt vorsehen und gleichzeitig die Flankenform der Zähne
ändern kann, um auf den beiden zugehörigen Flanken verschiedene Profile zum Festlegen
des Zahntragens (Eingriffsfeldes) innerhalb bestimmter Grenzen auf der Länge der
Zähne zu erhalten.
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So stellt Fig.5 einen Werkzeugkopf mit mehreren Paaren von Fertigmessern
dar, die bei jeder Umdrehung in mehreren Lücken arbeiten, deren Anzahl durch die
Anzahl der Paare von Fertigmessern bestimmt ist.
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Fig.6 zeigt schematisch einen Kopf dieser Art nur mit den Fertigmessern
und zeigt gleichfalls die Bahn dieser Messer, die bei jeder Umdrehung des Kopfes
die Kurven A-B bzw. C-D einer von den Messern Fil und Fei geschnittenen Zahnlücke
erzeugen, während die Messer Fit und Fee die Kurven E-F und G-H der folgenden
Zahnlücke erzeugen.
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Die Messer S und A der Fig. 5 sind die Grob-und Hilfsmesser, die den
Werkstoff zwischen den Flanken der Zähne vorarbeiten, um die Schneidarbeit der Fertigmesser
zu verringern. Gewünschtenfalls können die Grobmesser S in zunehmender Tiefe angeordnet
sein, damit das Eindringen in das Werkstück fortschreitend stattfindet.
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Die Korrekturmesser Cil, Cel und Ci2, Ce. sind vor und hinter Fertigmessern
angeordnet. Ihr Zweck besteht darin, die einwärts gekrümmte Zahnform (Schraube)
so zu ändern, daß das gewünschte Eingriffsfeld auf den beiden zugehörigen Flanken
hergestellt wird. Die so geänderte Zahnform ist also aus mehreren Flächen zusammengesetzt,
die sich eine an die andere entlang der Zahnhöhe anschließen (Fig.7 und 8).
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Fig.7 zeigt die Korrekturarbeit für die konvexen Flanken der Zähne.
Die kreisförmigen Kurven G-G', H-H', I-I' werden durch die Radien Cii-G, Fi-H, Ci21
erzeugt. Ihre Mittelpunkte sind alle auf dem Kreis mit dem Radius E und dem Mittelpunkt
0 angeordnet, der von der Achse des Werkzeuges während der Schneidearbeit beschrieben
wird.
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Die endgültige Form der konvexen Flanke wird also durch die drei Flächen
entsprechend der Kurven G-L, L-M, M-I' gebildet.
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Fig. 8 zeigt ein dem vorbeschriebenen ähnliches Verfahren, das aber
auf die konkave Flanke angewendet wird, auf der die von den Messern beschriebenen
Kurven, die ihre Mittelpunkte bei Cei, Fe, Ce. haben, mit C-C', B-B'; A-A'
bezeichnet sind.
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Im allgemeinen können die beiden Flanken eines Zahnes durch mehrere
von mehreren Korrekturmessern erzeugte Flächen gebildet werden. In gewissen Fällen
ist es jedoch angezeigt, die Korrektur
nur auf einer Flanke vorzunehmen,
die im allgemeinen die konvexe Flanke ist, und die zugehörige konkave Flanke nicht
zu ändern.
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Fig. g zeigt einen Kopf reit mehreren Fertigmessern, um die abgewechselten
Korrekturen auf den Flanken der Zähne zu erzeugen, was in dem Fall besonders vorteilhaft
ist, in dein die Verzahnungen vorher aus dem Vollen vorgeschnitten werden.
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Der Messerkopf umfaßt eine oder mehrere Gruppen von Messern, deren
jede die Messer Fi-Fe und Ci-Ce besitzt, deren Radien von dem Kreis mit dem Radius
E und dem Mittelpunkt 0 ausgehen, der von der Achse des Werkzeuges während der Schneidearbeit
beschrieben wird. Alle Messer jeder Gruppe wirken in derselben Zahnlücke. Andererseits
wirken die entsprechenden, auf demselben Kopf angeordneten weiteren Gruppen bei
jeder Umdrehung in weiteren benachbarten Zahnlücken, deren Zahl von der Anzahl der
auf dem Kopf angebrachten Messergruppen abhängt.
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Die Messer Fi und Fe schneiden die Kurven G-G' bzw. L-L', die
von den Korrekturmessern Ci auf der konvexen Flanke und von den Korrekturmessern
Ce auf der konkaven Flanke nach den Bahnen H-H' und H-I' geändert werden. Die einwärts
gekrümmten Flanken werden also durch die Kurven FI-I, I-G' auf der konvexen Flanke
und durch die Kurven L-V, N-M' auf der konkaven Flanke gebildet.
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Um die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten der neuen Anordnung zu
zeigen, stellen die Fig. io und i i Vorrichtungen dar, bei denen die Hilfsmesser
zwecks Vermehrung der Anzahl der Grobmesser fortgelassen sind. Diese Anordnung ist
besonders günstig, wenn gewünscht wird, eine Verzahnung mit kleinem Modul zu schneiden.
Bei dieser besonderen Anordnung sind die beiden Messerköpfe für das Schneiden des
Rades und des Ritzels verschieden betreffs der Anordnung der Messer und der Besonderheit
des Schnittes.
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Fig. io zeigt den Kopf für das Schneiden des Rades. i bis 12 bezeichnen
die Grobmesser, die in zunehmenden Tiefen angeordnet sein können und mit einer inneren
Schneidekante oder abwechselnd mit inneren und äußeren Schneidekanten arbeiten.
Die Messer Fir und Fer erzeugen die innere Flanke A-A' bzw. die äußere Flanke ß-13'.
Die Messer Cil und C'2, Cel und Cez dienen als Korrekturmesser für die konvexe bzw.
konkave Flanke.
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Fig. i i zeigt den Kopf für das Schneiden des Ritzels, welcher die
Beschreibung der Fig. io entspricht.
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Das besondere Merkmal dieser Vorrichtung gegenüber dem Vorbeschriebenen
besteht darin, daß die Radien Rir und Rer, welche die inneren und äußeren Flanken
der Zähne des Rades erzeugen, im allgemeinen gleich den Radien Rep und Rip sind,
die die Flanken der Zähne des Ritzels erzeugen, d. h. Rir = Rep und Rer
= Rip. Während aber beim Schneiden des Rades alle Messer bei jeder Umdrehung
des Kopfes in derselben Zahnlücke arbeiten, arbeitet für die Her-Stellung des Ritzels
nur ein Teil der Messer (Fip usw.) in einer Zahnlücke bei jeder Umdrehung des Kopfes,
wogegen das Fertigmesser Fep sowie seine Korrekturmesser auf die Flanken der benachbarten
Lücke arbeiten.
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Bei Messerköpfen mit zwei Fertigmessern sind die Werkzeuge in Ausnehmungen
des Kopfes befestigt, deren Stützfläche senkrecht zu der Drehebene steht.
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Bei Köpfen mit mehreren Paaren von Fertigmessern können die Ausnehmungen
eine besondere Neigung a erhalten, in der Art, wie in Fig. 12 dargestellt ist, um
die Berührung zwischen dem hinteren Teil der Schneidekanten mit der Flanke der Zähne
zu vermeiden. Diese Berührung kann dadurch entstehen, daß die Drehgeschwindigkeit
des Zahnrades größer ist als diejenige des Messerkopfes.
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In beiden Fällen wird die radiale und senkrechte Verstellung der Messer
mit Hilfe von Keilen von bestimmten Abmessungen sowie von Keilstücken, Zwickeln
oder ähnlichen Teilen bewirkt.
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Die besonderen Vorteile der Erfindung können nun wie folgt zusammengefaßt
werden: i. Die Fertigmesser sind sowohl für das Schneiden des Rades als auch für
das Schneiden des Ritzels für jedes Dickenverhältnis der Zähne und für alle Steigungen
der Schraube dauernd in einem Werkzeugwinkel von i8o° angeordnet.
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2. Es ist möglich, den Zähnen unabhängig von der Größe des Winkelabstandes
der Messer des Kopfes alle gewünschten Dicken und Abmessungen zu geben.
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3. Es ist möglich, übliche Messerköpfe, gegebenenfalls mit gewissen
leichten Abänderungen, für eine größere Reihe von verschiedenen Gängen und für alle
Verhältnisse zu verwenden.
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d.. Als Folge des unter i Ausgeführten und deswegen, weil der Werkzeugwinkel
unverändert ist, ist es möglich, Köpfe mit mehreren Fertigmessern herzustellen,
und zwar unter Beibehaltung von Messern für das Vorschneiden und Verbreitern der
Zahnlücken, wodurch es möglich ist, Verzahnungen herzustellen, indem man vom Rohstück
direkt ohne irgendeine Vorarbeit ausgeht.
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5. Es ist möglich, Korrekturmesser zu verwenden, die so angeordnet
sind, daß die geometrische Form der Kurve der Zähne geändert werden kann, um nach
Bedarf das Eingriffsfeld an irgendeine beliebige Stelle der Zähne zu verlegen.