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Ölfilmhaltendes Schneckenrad, insbesondere Teilschneckenrad für Räderfräsmaschinen,
und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein Schneckenrad, insbesondere
ein Teilschneckenrad für Räderfräsmaschinen, und Verfahren zu seiner Herstellung.
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Bei hochwertigen Schneckengetrieben ist die Ausbildung eines Ölfilms
zwischen den miteinander in Berührung kommenden Planken der Schnecke und des Schneckenrades
um so notwendiger, je je höher die Belastung der Zähne bzw. je größer die Geschwindigkeit
ist, mit' welcher Schnecke und Schneckenrad aufeinander gleiten.
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In Anbetracht der großen Bedeutung, die eine gute Flächenschmierung
für die Funktion eines Schneckengetriebes hat, sind bereits die verschiedenartigsten
Möglichkeiten zur Erleichterung der Bildung eines Ölfilms zwischen den Flanken der
Schnecke und des Schneckenrades vorgeschlagen und erprobt worden. So wurde beispielsweise
versucht, durch eine geeignet erscheinende Profilierung der Schnecken oder besondere
Ausbildung der Arbeitsflächen günstige Bedingungen für die Ausbildung eines Ölfilms
zu schaffen. Eine Änderung der Profilform kann sich auch in der Tat auf die Funktion
des Getriebes günstig auswirken.
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Die ölfilmbildung hängt aber nicht allein von der Form der arbeitenden
Flankenteile ab, sondern auch davon, unter welchen Bedingungen der Eingriff zwischen
Schnecke und Schneckenrad beginnt. Bei den bekannten Schneckengetrieben sind diese
Bedingungen im allgemeinen sehr ungünstig, weil gleich zu Beginn des Eingriffs das
Schmieröl an den Kanten der Zähne abgestreift wird. Um das zu vermeiden, hat man
zwar schon vorgeschlagen, die
Zahnkanten zu entgraten bzw. abzurunden,
doch reicht diese Maßnahme für eine'verbesserte Ölfilmbildung nicht aus. Die Erfindung
beruht darauf, durch Bildung keilförmiger Schmiermittelschichten von ausreichender
Länge und kleinem Keilwinkel vor Beginn des Eingriffs zwischen Schnecke und Schneckenrad
das Abstreifen des Öls zu verhindern und die Ölfilmbildung zu fördern.
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Das wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Flanken des
Schneckenrades arbeitende Teile und zu beiden Seiten derselben ölkeilbildende Teile
aufweisen und die Flankenteile Schnecken zugeordnet sind, deren Achsen gegeneinander
versetzt sind. Dabei können die Achsen der den Flankenteilen zugeordneten Schnecken
gegenüber dem Schneckenrad radial und/oder seitlich versetzt sein.
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Die Flanken eines Schneckenrades dieser Art können gemäß weiterer
Erfindung in drei Arbeitsgängen gefräst werden, indem beispielsweise die arbeitenden
Flankenteile zunächst auf übliche Weise gefräst werden, daran anschließend die Zahnflanken
an einer Stirnseite des Rades mit nach dieser Seite hin versetztem, gegebenenfalls
radial vom Werkstück abgerücktem Werkzeug gefräst werden und schließlich die Zahnflanken
an der anderen Stirnseite des Rades mit nach dieser Seite hin versetztem und gegebenenfalls
radial vom Werkstück abgerücktem Werkzeug gefräst werden.
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Es ist aber auch möglich, die Schneckenradflanken in zwei Arbeitsgängen
im Sinne der Erfindung herzustellen, indem zunächst die arbeitenden Flankenteile
auf übliche Weise mit einem Werkzeug vom Teilkreisdurchmesser der Schnecke und daran
anschließend die Seitenteile der Zahnflanken mit radial vom Werkstück abgerücktem
Werkzeug größeren-Durchmessers als das erste Werkzeug gefräst werden.
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Die Arbeitsgänge werden zweckmäßig auf ein und derselben Maschine
durchgeführt, indem lediglich die Werkzeugachse in sinngemäßer Folge verstellt wird.
Wird in drei Arbeitsgängen gearbeitet, so können alle drei Arbeitsgänge mit ein
und demselben Werkzeug durchgeführt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung, in der die Erfindung an Hand einiger in der Zeichnung. dargestellter
Ausführungsformen erläutert ist. Es zeigt Abb. r die schematische Seitenansicht
einer Räderfräsmaschine mit einem Teilschn(eckenrad und 'Abb.2 einen vergrößerten
Schnitt durch das in Abb. z gezeigte Teilschneckenrad mit nach der Erfindung ausgebildeter
Verzahnung; Abb. 3 zeigt einen Teilschnitt durch ein Schneckenrad gemäß Erfindung
und verdeutlicht eine ändere Herstellungsweise als die beim Schneckenrad nach Abb.
2 angewendete; Abb. q. ist ein Teilschnitt durch ein wiederum auf andere Weise hergestelltes
Schneckenrad; Abb. 5 ist die schaubildliche Ansicht eines gemäß Erfindung freigearbeiteten
Schneckenradzahnes. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Abbildungen gleiche
Teile-.
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Die in Abb. z dargestellte Räderfräsmaschine dient zur Verzahnung
eines schweren Werkstücks Z, das von einer Planscheibe p, dem Werkstücktisch, getragen
wird. Die Planscheibe p ist auf einem Untersatz drehbar gelagert. Ein Teilschneckengetriebe
mit einem an der Planscheibe p befestigten Teilschneckenrad r und einer Teilschnecke
s bewirkt die Drehung der Planscheibe p. Im Gegensatz zu der sonst üblichen Form
und Ausbildung der Zähne von Schneckenrädern, bei denen die gesamte Zahnflanke in
die Schnecke eingreift, weisen nach der Erfindung ausgebildete Schneckenräder seitlich
neben den normal geformten, arbeitenden Zahnflankenteilen a (Abb. 2) mit den Eckpunkten
C-D-F-E freigefräste Flankenseitenteile f', f" auf,
deren Begrenzungslinien
durch die Eckpunkte A-B-D-C und E-F-H-G gegeben sind. Diese Flankenseitenteile können
auf verschiedene Weise entstehen.
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Gemäß Abb. 2 werden sie durch Abwälzfräsen' mit dem gleichen Wälzfräser
hergestellt, mit dem die arbeitenden Flankenteile a gefräst sind, und zwar dadurch,
daß die Achse des Fräsers, die zur Erzeugung der arbeitenden Flankenteile a die
Arbeitsstellung W einnimmt, in die Stellungen W1 und W2 gedrückt wird. In diesen
Stellungen ist die Werkzeugachse im Vergleich zu der beim Fräsen der Flankenmittelteile
ca eingenommenen Stellung um kleine Entfernungen x', x" bzw. y nach den beiden
Stirnflächen des Rades hin bzw. radial vom Radmittelpunkt weg versetzt. Die Freiflächen
f' und f" sind also selbst Teile von Zahnflanken eines Schneckenrades. Beim Freifräsen
der Flankenteile f' und f" -durch die Achsenversetzung um
x'
bzw. x" und y mit einem Fräser vom Radius R wird auch der
Zahngrund kommaförmig freigefräst, was durch die Punkte B-B'-D und H-H'-F veranschaulicht
ist. Durch axiales Einstellen des Wälzfräsers in der Weise, daß die Fräserzähne
gleichzeitig die Vorder- und Rückseite der Zahnflanken bearbeiten, ergibt sich der
- fertigungstechnische Vorteil, daß in einem einzigen Schnitt die gesamte Arbeit
des Freifräsens auf einer Seite des Schneckenrades an der vorderen und hinteren
Zahnflanke und im Zahngrund durchgeführt werden kann.
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Die Erzeugung der Freiflächen ist, wie Abb. 3 zeigt, auch dadurch
möglich, daß nach dem Fräsen der arbeitenden Flankenteile a mittels eines Fräsers
vom Radius R, dessen Achse mit W bezeichnet ist, ein größeres Werkzeug vom Radius
R' um eine Strecke y vom- Werkstück abgerückt und mit seiner Achse in die Stellung
W,, gebracht wird. Dieses Verfahren ist vor allem beim Fräsen mittels Schlagzahnes
zweckmäßig. Es versteht sich von selbst, daß auch hier das größereWerkzeug so nachgestellt
werden muß, daß es gleichmäßig an allen freizuarbeitenden Stellen angreift.
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An Stelle eines größeren oder gleich großen Werkzeuges ist auch ein
kleineres Werkzeug zur Erzeugung der Freiflächen f', f" verwendbar. Das
ist
in Abb.4 dargestellt. Hier wird nach dem Erzeugen der Arbeitsflächen a mittels eines
Werkzeuges vom Radius R die Werkzeugachse um eine Strecke x nur seitlich auf die
Stirnflächen des Werkstückes hin verstellt, d. h. aus der Stellung W in die Stellungen
W4 bzw. W5 gebracht und in diesen Stellungen ein anderes Werkzeug eingesetzt, dessen
Radius R" kleiner ist als der Radius R des zuerst eingesetzten Werkzeugs.
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Bei Verwendung eines nach der Erfindung ausgebildeten Schneckenrades
in einem Schneckengetriebe bildet sich ein langgestreckter Ölkeil mit kleinem Keilwinkel
außerhalb des Eingriffsbereichs. Bereits zu Beginn des Eingriffs sind somit keilförmige
Schmiermittelpolster vorhanden, die das Abreißen des Ölfilms unmöglich machen und
ihn auch innerhalb des Eingriffsbereichs nicht verschwinden lassen. Außerdem wird
der Vorteil erzielt, daß die Zähne infolge der Vergrößerung ihres seitlichen Halts
biegesteifer werden als Zähne eines Schneckenrades mit gleich großen Arbeitsflächen.
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Das ist von besonderer Bedeutung bei Schneckenrädern, die mit Rücksicht
auf besondere Arbeitsbedingungen des Getriebes die Schnecke weit umfassen, wie es
z. B. bei Teilschneckenrädern großer Räderfräsmaschinen der Fall ist, die mit einer
verhältnismäßig feinen Verzahnung und sehr vielen Zähnen versehen sind, damit an
letzter Stelle vor dem Werkstück noch einmal eine große übersetzung erreicht werden
kann. Diese Teilschneckenräder müssen nicht nur den bei großen Räderfräsmaschinen
viele Tonnen schweren Werkstücktisch, sondern auch das oft noch schwerere Werkstück
(5o bis 70 t Werkstückgewicht sind nicht selten) mit größter Gleichförmigkeit
bewegen. Trotz dieser großen Belastungen dürfen die elastischen Formänderungen der
Zähne nur sehr klein sein (weniger als o,ooi mm), weil sonst die Werkstücke nicht
mehr genau verzahnt werden würden. Um das Abbiegen der Zähne zu verhindern und ihnen
einen guten seitlichen Halt zu geben, werden die Teilschneckenräder von Räderfräsmaschinen
häufig zylindrisch gestaltet. Die zylindrische Gestalt der Teilschneckenräder hat
aber zur Folge, daß das Eingriffsfeld sich über einen großen Zentriwinkel der Teilschnecken
erstreckt und dadurch Formen erhält, die für die Ölfilmbildung ungünstig sind. Der
Eingriff wird auch sehr lang, und demzufolge tritt die Verschiedenheit der Wärmeausdehnungszahlen
von Schnecke und Schneckenrad, welche bei Räderfräsmaschinen aus verschiedenem Werkstoff
bestehen, bei der während des Laufes des Getriebes einsetzenden Temperaturerhöhung
als eine Störung im Eingriff in Erscheinung, die sich um so stärker auswirkt, je
länger das Eingriffsfeld ist.
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Die Erfindung gestattet dagegen die Schaffung hochbelastbarer starrer
Schneckenradzähne ohne Verlängerung des Eingriffsbereichs. Die Arbeitsflanken können
vielmehr auf den mittleren Teil des Schneckenradprofils beschränkt bleiben.
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Die Ausbildung eines hohen Öldruckes und damit des erforderlichen
Ölfilms zu Beginn des Eingriffs des Schneckenrades und der Schnecke wird weiter
dadurch gefördert, daß der die Flankenseitenteile begrenzende Teil des Zahngrundes
in Richtung auf die Stirnflächen des Rades hin stetig zunehmend vertieft ist.
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Bei dem Schneckenrad gemäß Erfindung bleibt der Ölkeilwinkel über
die ganze Zahnhöhe etwa gleich groß. Außerdem wird die Herstellung der freizuarbeitenden
Stellen erheblich vereinfacht, weil das Freifräsen der Flankenseitenteile und des
Zahngrundes auf der gleichen Maschine mit dem gleichen Werkzeug und in der gleichen
Werkstückaufspannung erfolgen kann wie das Fräsen der arbeitenden Flankenteile der
Zähne. Besondere Bearbeitungsmaschinen, besondere Werkzeuge und zusätzliche Arbeitsgänge
mit erneutem Aufspannen und Ausrichten der Werkstücke erübrigen sich daher.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Auch Schneckenräder, die an Stelle der zylindrischen Rohlinggrundform eine kegelige
Ausbildung aufweisen, können mit den nach der Erfindung ausgebildeten und hergestellten
Freiflächen versehen werden. Statt eines Wälzfräsers für das Freischneiden kann
ein Schlagmesser benutzt werden. Das Freiarbeiten kann asymmetrisch erfolgen, wenn
das Schneckenrad nicht symmetrisch ausgebildet ist.