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Einrichtung zum gegenseitigen Verstellen zweier zueinander beweglicher
Teile mit großer Genauigkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, die
es ermöglicht, zwei zueinander bewegliche, insbesondere drehbare Teile mit großer
Genauigkeit gegenseitig einzustellen. Solche Einstellungen sind häufig erforderlich,
beispielsweise bei Zahnradschleifmaschinen. Bei diesen wird die Werkstückspindel
durch ein Zahnrad angetrieben, das gegenüber seiner Welle sehr genau verstellbar
sein muß. Diese Verstellung ist erforderlich, damit das zu schleifende Zahnrad um
sehr kleine Winkel verstellt werden kann. Diese Verstellung bestimmt nämlich die
Dicke der von den Zähnen des Werkstücks abzuschleifenden Schicht. Hierbei kann es
sich um Bruchteile eines hundertstel Millimeters handeln. Darum muß die. Winkelverstellung
des Antriebszahnrades gegenüber seiner Welle um außerordentlich kleine Beträge erfolgen,
besonders wenn es sich um Werkstücke großen Durchmessers handelt.
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Für diesen Zweck hat man bisher verschiedene Einrichtungen verwendet,
z. B. eine Anordnung, bei der auf dem einen der zu verstellenden Teile ein Schneckenrad
und auf dem anderen der gehäuseförmige Träger der damit kämmenden Schnecke befestigt
sind. Durch Drehen der Schnecke erfolgt dann die genaue Winkeleinstellung. Hat man
diese vorgenommen, so kann man die Schnecke am Gehäuse festklemmen oder sonstwie
verriegeln. Eine Eigenheit dieser Anordnung liegt darin, daß das Drehmoment durch
die Schneckenverzahnung übertragen wird und daher
jeder Spielraum
dieser Schneckenverzahnung zu einem unerwünschten Spiel zwischen dem treibenden
und dem getriebenen Teil führt. Eine weitere Eigenheit dieser bekannten Anordnung
liegt in der Unwucht der umlaufenden Teile, bedingt durch das Gewicht der Schnecke,
ihres Trägers und der Festklemmeinrichtung für die Schnecke. Denn diese Elemente
sind exzentrisch zu der gemeinsamen Umlaufachse des treibenden und des getriebenen
Teils angeordnet. Bei hohen Drehzahlen führt die Unwucht zu einem unruhigen Lauf.
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Im nachstehenden werden die gegenseitig zu verstellenden Teile als
treibender Teil und getriebener Teil bezeichnet, doch geschieht dies nur der Einfachheit
halber; denn einer dieser Teile kann auch ortsfest angeordnet sein. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung so auszugestalten, daß sie sich durch
Einfachheit, geringe Unwucht und das Fehlen von Spiel auszeichnet. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mit zwei Kupplungsverzahnungen unterschied-.
licher Zahnteilung ausgerüsteter ein- und ausrückbarer Kupplungsteil im Eingriff
mit entsprechenden Kupplungsverzahnungen der zu verstellenden Teile steht und mit
diesen Teilen durch ein Getriebe verbunden ist, das nach Ausrücken des Kupplungsteils
die drei Teile derart gegenseitig verstellt, daß jeweils dann, wenn sich ein Paar
Kupplungsverzahnungen in Eingriffsstellung befindet, auch das andere Paar von Verzahnungen
die Eingriffslage einnimmt.
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Der treibende und der getriebene Teil haben also Kupplungszähne, die
in entsprechende Kupplungszähne des ein- und ausrückbaren Kupplungsteils eingreifen.
Zum Zwecke der Verstellung rückt man diesen aus. Ist die Einstellung beendigt, so
wird der Kupplungsteil wieder eingerückt und festgeklemmt. Er verbindet dann den
treibenden und den getriebenen Teil zu einem starren Ganzen ohne jeden Spielraum.
Die beiden paarweise ineinandergreifenden Kupplungsverzahnungen - jedes Paar besteht
aus einer Kupplungsverzahnung auf dem treibenden bzw. dem getriebenen Teil und aus
einer Kupplungsverzahnung des Kupplungsteils - haben verschiedene Zähnezahlen und
ermöglichen dadurch eine sehr feine Verstellung.
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Damit die Kupplungszähne oder Kupplungsklauen des Kupplungsteils in
diejenigen des treibenden und des getriebenen Teils eingreifen können, müssen die
drei Teile jeweils in einer bestimmten Winkellage zueinander stehen. Diesem Zweck
dient das Getriebe. Durch dieses werden die Teile selbsttätig jeweils zwangläufig
so verstellt, daß, wenn das eine Paar von Kupplungsverzahnungen in der richtigen
Eingriffslage steht, dies auch gleichzeitig bei dem anderen der Fall ist. Das Getriebe
besteht vorzugsweise aus einem auf dem Kupplungsteil drehbar gelagerten Ritzel,
das mit Zahnkränzen des treibenden und des getriebenen Teils kämmt. Die Zähnezahlen
bzw. die Zahnteilungen des Ritzels und der Zahnkränze sind so gewählt, daß, wenn
man den Kupplungsteil gegenüber einem der beiden anderen Teile, etwa dem treibenden
Teil, so weit dreht, daß die Kupplungsverzahnungen ineinandergreifen können, auch
der dritte Teil, beispielsweise der getriebene, bis in die Eingriffslage gedreht
wird.
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Die Erfindung ist zwar auch auf geradlinig zueinander verstellbare
Teile anwendbar, doch bietet sie bei Anwendung auf zueinander drehbare Teile den
Vorteil, daß die Einrichtung ausgewuchtet werden kann, ohne daß hierzu wesentliche
Ausgleichgewichte nötig würden. Besonders gilt dies, wenn die Getriebeverzahnungen
der zueinander einzustellenden Teile Innenzahnkränze sind, die eine gedrängte Anordnung
ermöglichen und gleichzeitig eine so große Zähnezahl unterzubringen gestatten, daß
sich eine Verstellung von sehr großer Feinheit ergibt.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt
ist. Es zeigt Fig. i einen Schnitt durch die Anordnung in Achsenrichtung, Fig.2
einen Querschnitt, dessen linke Hälfte nach der Linie 2A-2A der Fig. i und dessen
rechte Hälfte nach der Linie 2B-2B der Fig. i verläuft und Fig. 3 und q. teilweise
Abwicklungen der nach den Schnittlinien 3-3 und 4-4 der Fig. i in Umfangsrichtung
verlaufenden Schnitte.
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Die in den Zeichnungen gezeigte Anordnung dient dazu, auf einer Welle
1o ein Zahnrad i i mit großer Genauigkeit zu verstellen und in eingestellter Lage
auf der Welle zu befestigen. Dabei kann entweder die Welle oder das Zahnrad angetrieben
werden oder umgekehrt. Im nachstehenden sei der Einfachheit halber davon ausgegangen,
daß das Zahnrad i1 die Welle io treibt. Gleichachsig zur Welle ist auf dieser drehbar
ein aus zwei Hälften 12 und 13 bestehender Teil angeordnet, der zum Zweck einfacherer
Herstellung zweiteilig ausgebildet ist. Dieses ist der treibende Teil der Anordnung.
Er ist nämlich mit dem Zahnrad i i zu gemeinsamer Drehung durch einen Keil 14 gekuppelt,
der durch eine Schraube 15 angeschraubt ist. Die Hälfte 13 hat einen Innenzahnkranz
16 und außerdem auf ihrer Stirnseite eine Kupplungsverzahnung 17. Die beiden Hälften
12 und 13 sind bei 18 miteinander verschraubt.
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Der Einfachheit halber besteht auch der getriebene Teil aus zwei Hälften
z9 und 21, die durch Schrauben 22 aneinander und durch einen Keil 23 mit der Welle
1o befestigt sind. Dabei besteht der Keil mit der Welle aus einem Stück. Der treibende
Teil 12, 13 ist auf dem getriebenen Teil z9, 21 drehbar gelagert. Diesem Zweck dienen
eine auf dem einen Ende der Hälfte z9 vorgesehene Lagerfläche 2q. und eine Unterlegscheibe
25, die auf einer zwischen den Enden der Hälfte vorgesehenen Schulter angeordnet
ist. Die Hälfte z9 des getriebenen Teils hat einen Innenzahnkranz 26, während die
andere Hälfte 21 auf ihrer Stirnfläche mit einer Kupplungsverzahnung 27 versehen
ist. Um nun den treibenden Teil 12, 13 mit dem getriebenen Teil z9, 21 starr, spielraumfrei
zu verbinden, ist auf der
Welle io drehbar und verschiebbar ein
Kupplungsteil 28 angeordnet, der auf seiner Stirnfläche zwei Kupplungsverzahnungen
hat. Die eine Kupplungsverzahnung 29 kann in die Kupplungsverzahnung 17 des treibenden
Teils. eingreifen, während die andere Kupplungsverzahnung 31 mit den Kupplungszähnen
27 des getriebenen Teils in Eingriff treten kann. Der Kupplungsteil 28 kann in eingerückter
Lage festgeklemmt werden. Diesem Zweck dient eine aufgeschnittene Mutter 32, die
auf das Ende der Welle io aufgeschraubt ist und auf ihr durch eine Klemmschraube
33 festgeklemmt werden kann. Löst man die Mutter und schraubt sie zurück nach rechts,
so drückt eine Feder 34 den Kupplungsteil 28 außer Eingriff mit dem treibenden
und dem getriebenen Teil, so daß die beiden Paare von Kupplungsverzahnungen 17,
29 und 27, 31 außer Eingriff kommen.
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Zum Kupplungsteil 28 gehört ein an ihm bei 35 angeschraubter Ring
36 mit einer Aussparung 37, in der ein Ritzel 38 angeordnet ist. Dieses hat eine
einzige Verzahnung, welche gleichzeitig mit den Innenzahnkränzen 16 und 26 des treibenden
und des getriebenen Teils kämmt. Wie Fig. i zeigt, hat das Ritzel an seinen Enden
Lagerzapfen, die in Lagerbohrungen eingreifen, welche im Ring 36 und im Kupplungsteil
28 vorgesehen sind. Die Ein- und Ausrückbewegung des Kupplungsteils 28 in Achsenrichtung
ist durch Anschläge begrenzt, nämlich durch einen Ring 39, der an einen Bund
.4o der Hälfte 21 des angetriebenen Teils anstoßen kann und verhindert, daß versehentlich
das Ritze138 außer Eingriff mit den Zahnkränzen 16 und 26 gelangt. Will man die
Teile auseinandernehmen, so muß man zunächst die Schrauben 18 lösen und die Hälften
12 und 13 des treibenden Teils voneinander trennen.
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Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel haben die Innenzahnkränze
16 und 26 zwar Kopfkreise und Fußkreise von gleichem Durchmesser, doch haben sie
infolge einer entsprechenden Profilverschiebung verschiedene Teilkreisdurchmesser
und verschiedene Zähnezahlen. Während das Ritzel achtzehn Zähne hat, hat der eine
Zahnkranz einhundert und der andere einhundertundzw ei Zähne. Entsprechende Zähnezahlen
haben die zugehörigen Paare von Kupplungsverzahnungen. Die Verzahnungen 17 und 2g
haben also je einhundert Zähne, und die Kupplungsverzahnungen 27 und 31 haben je
einhundertundzwei Zähne. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das Getriebe 16,
38, 26 bei der gegenseitigen Verstellung des treibenden und des getriebenen Teils
eine solche gegenseitige Verdrehung dieser Teile zum Kupplungsteil erzwingt, daß,
wenn die Verzahnungen 2g und 17 in Eingriffsstellung gelangen, dies auch für die
Kupplungszähne 31 und 27 gilt. Um dies zu erreichen, ist es nicht unbedingt erforderlich,
daß die Klauenkupplung dieselbe Zähnezahl hat wie der Zahnkranz desselben Teils.
Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, daß das Ritzel nur eine einzige Verzahnung
oder bei Anordnung zweier Verzahnungen die gleiche Zähnezahl für beide aufweist,
obgleich sich das empfiehlt, weil es einen größeren axialen Bewegungsbereich für
das Ritzel gegenüber den Zahnkränzen ermöglicht. Von entscheidender Bedeutung ist
es nur, daß das Verhältnis der Zähnezahlen der Kupplungsverzahnung 17, 2g zu den
Zähnezahlen der Kupplungsverzahnung 27, 31 ebenso groß (oder ein ganzes Vielfaches
oder der reziproke Wert eines solchen ganzen Vielfachen) ist wie der Quotient aus
dem Zähnezahlverhältnis zwischen Zahnkranz 16 und Ritzel38 und aus dem Zähnezahlverhältnis
zwischen Zahnkranz 26 und Ritzel 38.
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Bei der Herstellung der Teile muß man natürlich darauf achten, daß
die Verzahnungen 16 und 17, die Verzahnungen 29 und 3 i und die Verzahnungen 26
und 27 richtig zueinander liegen. Wenn die Zahnräder mit dem Ritzel zusammengebaut
werden, müssen nämlich die beiden Paare von Kupplungsverzahnungen gleichzeitig in
Eingriff gebracht werden. Am besten läßt sich dies dadurch erreichen, daß man die
Löcher für die Verbindungsschrauben zwischen den Hälften ig und 21 erst bohrt, nachdem
man die beiden Hälften mit der Hälfte 13, dem Ritze138 und dem Kupplungsteil
28 zusammengebaut hat.
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Will man den treibenden Teil und den getriebenen Teil mit großer Genauigkeit
gegenseitig verstellen, so muß man zunächst die Schraube 33 lösen und die Mutter
32 so weit zurückschrauben, daß die Feder 34. die beiden Paare von Kupplungsverzahnungen
vollständig außer Eingriff bringt. Hierbei verbleibt das Ritzel vermöge seiner Länge
im Eingriff mit den beiden Zahnkränzen 16 und 26. Alsdann dreht man den Kupplungstei128.
Dreht man ihn z. B. um eine Zahnteilung der Kupplungsverzahnung 17, 29, also um
Umdrehung, so ergibt sich infolge des Abwälzens des Ritzels 38 an den Zahnkränzen
16 und 26, daß der getriebene Teil ig, 21 um
bis
oder
einer Drehung in derselben Richtung gedreht wird. Wird der Teil 28 aber beispielsweise
um 36o° gedreht, so wird dadurch der angetriebene Teil 1g, 21 gegenüber dem treibenden
Teil 12, 13 um
einer Umdrehung verstellt. Gleichgültig, um wieviel Zahnteilungen der Kupplungsverzahnung
17, 29 der Kupplungsteil 28 verdreht wird, so wird doch erreicht, daß, wenn man
die Mutter 32 auf der Welle io wieder festzieht, beide Paare von Kupplungsverzahnungenordnungsgemäß
ineinandereingreifen.
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Am besten trifft man die Anordnung so, daß die Kupplungsverzahnungen
17, 29 an ihren äußeren Enden zu sehen sind, damit man sie vor dem Wiederfestziehen
der Mutter 32 gegeneinander ausrichten kann. Sollten sie Zahn auf Zahn zu stehen
kommen, so werden sie dennoch beim Festziehen der Mutter in Eingriff gelangen, weil
die Kupplungszähne oder Kupplungsklauen, wie die Fig. 3 und q. zeigen, geneigte
Zahnflanken haben. Man kann auch außen an dem Teil 12, 13 und dem Teil 28 Teilungen
anbringen, um die Einstellung leichter vornehmen zu können.
Je geringer
der Unterschied der Zähnezahlen der beiden Zahnkränze 16 und 26 ist, um so genauer
kann die gegenseitige Verstellung der Teile 12, 13 und ig, 21 erfolgen. Aus diesem
Grunde empfiehlt es sich, die Anordnung so zu treffen, daß sich das Ritze138 in
derselben Richtung auf den beiden Zahnkränzen 16 und 26 abwälzt. Das bedeutet, daß
entweder beide Zahnkränze innen verzahnt oder daß beide außen verzahnt sind. Innenverzahnungen
bieten den Vorteil, daß man bei gegebenem Außendurchmesser des Geräts und bei gegebener
Zahnteilung der Zahnkränze und der Kupplungen eine größere Zähnezahl wählen und
dadurch eine feinere Verstellung erreichen kann.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Zahnkränze
16, 26, 17 und 27 kreisförmig geschlossen, wobei die Zähnezahl im umgekehrten Verhältnis
zur Zahnteilung steht. Die Zahnteilung wird dabei auf dem Teilkreis von einer Stelle
des einen Zahnes zu der betreffenden Stelle des nächsten Zahnes gemessen. Beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel, das in den Zeichnungen gezeigt ist und bei welchem die gegenseitige
Verstellung der zueinander beweglichen Teile eine Drehbewegung ist, im Gegensatz
zu einer geradlinigen Verschiebung, kommt das Winkelmaß der Zahnteilung im Gegensatz
zum Längenmaß in Betracht. Die Teilung der Zähne 16 und 17 beträgt also
von 36o°, und die Teilung der Verzahnungen 26 und 27 beläuft sich auf
von 36o°. Handelt es sich indessen um keine ringförmig geschlossene Verzahnung,
sondern um eine Teilverzahnung, bei der sich die Zähne 16 und 26 nur über einen
Sektor der Teile 13 und ig erstrecken, dann bestimmt das Verhältnis der Zahnteilung
das Maß der Verstellung der Teile 13 und i9 bei einem gemeinsamen Drehwinkel des
Ritzels 38. Dann spielen die wirklichenZähnezahlen für das Maß der Verstellung keine
Rolle. In entsprechender Weise kommt es genau genommen auf das Winkelmaß der Zahnteilung
der Kupplungsverzahnungen 17, 29 und 27, 31 an und nicht auf die eigentlichen Zähnezahlen,
sofern es sich hier um Teilverzahnungen handelt. Mit anderen Worten ausgedrückt,
kann man also feststellen, daß, wenn in den Patentansprüchen von den Zähnezahlen
die Rede ist, damit diejenige Zahl gemeint ist, die sich bei ringförmig geschlossener
Verzahnung ergibt bzw. ergeben würde, sofern es sich um Teilverzahnungen handelt.
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Die Erfindung ist auch anwendbar auf die Verstellung zueinander geradlinig
verschiebbarer Teile.