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Verzahnungsmaschine zur spanabhebenden Bearbeitung eines Zahnrades
nach dem Abwälzverfahren Die Erfindung betrifft cinei Verzahnungsmaschine zur spanabhebenden
Bearbeitung eines Zahnradurs nach, dem Abwälzverfahren, bei welcher das zu beairbeitende
Zahnrad: und das Werkzeug Drehbewegungen um zwei getrennte Achsen ausführen..
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Das. Abwälzverfahren beruht bekanntlich darauf, daß die, Schneidkanten.
des Werkzeugs Flächen: beschreiben, welche eine oder mehrere Zahnflanken, einer
gedachten Zahns.tanger oder eines gedachten. Zahnrades,, insbesondere Planrades,
darstellen. An, dieser gedachten Verzahnung wälzt sich dann das zu verzahnende Werkstück
ab,. Die auf diese Weise am Werkstück erzeugten Zahnflanken, haben ein. Evolventenprofil,
wenn, die von, den We:rkzeugschneidkan.ten beschriebenen Flächen eben sind. Zur
Herbeiführung der Abwälzbewegung kann das Werkzeug einen solchen Antrieb erfahren,
d.aß die von der Schneidkante des, Werkzeugs beschriebene Bahn entweder in der Teiliebenei
der gedachten, Zahnstange vorgeschoben oder um die! Achsei dies gedachten Zahnrades
gedreht wird, während das zu verzahnende Werkstück um seine Achse umläuft. Handelt
es, sich darum, Kegelräder zu verzahnen, so stellt das gedachte erzeugende Zahnrad
annähernd oder genau ein, Planrad- dar, während beim Verzahnen, von Stirnräderni
das gedachte erzeugende Rad ein Stirnrad oder eine Zahnstange bildet.
Erfindungsgemäß
verläuft nun: die Achse! der Drehbewegung das Werkzeugs innerhalb einer die, Zahnköpfe
berührenden Roitationsfläche annähernd durch die jeweils bearbeitete Zahnlücke des
Werkstücks.
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Dabei verläuft diel Achsei, um welche das Werkzeug geschwenkt wird,
vorzugsweise; ungefähr oder genau in dersielben Richtung wie die Linier, in, der
sich eine diel Zahnlückenböden, berührende Rotationsfläche mit einer axialen. Ebene
des Zahnrades schneidet. Insbesondere kann die Achse, um welche das. Werkzeug geschwenkt
wird, ungefähr oder genau mit einer Mantellinie des. GrundkreiszylindeTs oder des.
Grundkreiskegels, der zu bearbeitenden Verzahnung zusammenfallen.
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Gelangt als. Werkzeug ein! hin- und heirgehender Schneids.tahl zur
Verwendung, so verwendet mann am besten zum Schlichten: einen Stahl mit geradl,iniger
Schneiidkante. Die Zahnflanken werden dann verhältnismäßig glatt. Indessen. können
als Schneidwerkzeuge nicht nur Hobel- und Fräswerkzeuga, sondern auch Schleifscheiben,
Räumweirkzeuge od. d'gl. verwendet werden. Zum Schnippen. mit weitgehender Foirmtreue!
kann! der hin- und hergehende Stahl einen Vorschub in radialer Richtung zur Schwenkachse
erfahren, so, daß er hauptsächlich mit seiner Spitze schne@ideit. Das führt zu einem
hohen Wirkungsgrad beim Schnippen. weil die Spanstärke fast gleichbleibt.
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Beim Herstellen von: Zahnrädern mit geneigten Zähnen,, z. B. beim
Herstellen von. Spiralkegelrä-derrn, Hypo,idräderrn, und schräg verzahnten Stirnrädern
breitet die neue! Maschine denk Vorteil, daß jeder- Werkzeughub einen. Schnitt liefert,
der vom einen Endei des. Zahnes zum anderen verläuft, statt schräg über die Zahnflanke
zu verlaufen" wie es bei den bisher üblichen Ahwälzverfahren der Fall war. Dadurch
steigert sich die Verzahnungsgeschwindigkeit, da, sich die Zahl der erforderl.ich.en
Hübe verringert. Auch sinkt der Einfluß der, geringen: Oberflächenungenauigkeiten,
nämlich der facettenaxtigen Schnitte auf die Bewegungsübertragung im Vergleich,
zu den: schräg über die Zahnflanke verlaufenden Facetten.
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Ein weiterer Vorteil der neuen Maschine bestecht darin, daß der Schnittpunkt
stets sehr dicht an der Schwenkachse dies Werkzeugs. liegt, uni welche das Werkzeug
in bestimmter zeitlicher Beziehung zur Bewegung des Werkstücks schwingt. Kleine
Abweichungen vom Sollwert der Winkelgeschwindigkeit haben infolgedessen, nur einen
geringen; Einfluß auf das. Profil der geschnittenen Zahnflanke. In dieser Hinsicht
unterscheidet sich die Erfindung besonders günstig von den bisher üblichen Abwälzverfahren,
bei denen, die! vom Schneddwerkz.eug beschriebene: Bahn den Zahn eines gedachten
erzeu!gendien Rades beschreibt. Denn: bei bekannten. Verfahren, dieser Art hat der
Schnittpunkt einem weit größeren Abstand von dar Achse der relativen; Wälzdrehung.
Abweichungen der Winkelgeschwindigkeit vom Sollweirt beeinträchtigen: daher dien
Profilgenanngkeit in viel größerem Maße. Es ist bereits eine Verzahnungsmaschine
bekannt, bei welcher ein, Schneidwerkzeug eine Drehbewegung um eine, Achse ausführt,
die sich im Bereich der Bearbeitungsstelle innerhalb, der Rotationsfläche erstreckt,
welche die Zahnköpfe berührt. Dabei handelt es sich; aber um eine Maschine, bei
welcher das, Werkstück während der Spanahnahme nicht um seine Achsei umläuft und
bei welcher daher das, sich ergebende Verzahnungsprofil die Gestalt eines Kreisbogens.
hat.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine Rundung von
verhältnismäßig großenn Radius am Zahnfuß vorgesehen sein. kann, wobei dieser Radius
von einer zurr anderen: Stirnseite des Zahnes gleichblenbt, und zwar auch bei Kegelrädern,
b:ei denen die Zähne und die, Zahnlücken sich nach dem einen, Endei hin verjüngen.
Sodann. liegt darin ein, Vorteil, daß man diel Maschine als eine Vielzweckmaschine
verwenden kann, diel in. gleicher Weise Kegelräder und Stirnrädeir zu erzeugen vermag,
weil diel Abwälzbewegung sowohl eines Schwenkung des Werkzeugs um eine sich längs
der Schneidhahn erstreckende Achse als auch eine Drehung des Weirkstückes um dessen
Achse umfa@ßt.
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Schließlich kann man, mit der neuen. Maschine Kegelräder bzw. Hypondrädeir
schneiden, diel sich durch kleine Kegelwinkel und großer Kegeldistanz auszeichnen,
ohne daß hierzu eine Maschine erforderlich wäre, deren: Größe: der Kegeldistanz
entspricht.
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Die Maschine nach der Erfindung hat folgenden Aufbau: Das Bett trägt
einen drehbaren Werkstückhalter und einen Halter für das Schneidwerkzeug, der so
eingestellt werden kann, daß die Schwenkachse des Werkzeugs in eine beliebige Lage
zum Werkstück gebracht werden kann, wie sie zum Verzahnen von Rädern verschiedener
Größe, verschiedenem Teilkegelwinkel und verschiedener Hypoid-Achsversetzung erforderlich
sein mag. Durch einen entsprechenden Antrieb wird das Schneidwerkzeug in der Richtung
seiner Schwenkachse hin- und herbewegt. Ferner wird in bestimmter zeitlicher Beziehung
hierzu, mindestens aber in bestimmter zeitlicher Beziehung zu den Schneidhüben des
Werkzeugs, die Werkstückspindel gedreht. Das geschieht in der Weise, daß Zähne mit
dem gewünschten Spiralwinkel oder der gewünschten Schraubensteigung erzeugt werden.
Das Abwälzgetriebe, welches die Werkstückspindel in bestimmter zeitlicher Beziehung
zur Schwenkung des Werkzeugs in Drehung versetzt und dadurch das Zahnprofil erzeugt,
erteilt der Werkstückspindel eine zusätzliche überlagerte Drehung, welche die Schräge
des Zahnes, also den Steigungswinkel oder den Spiralwinkel bestimmt. Dabei enthält
das Abwälzgetriebe einen einzigen Profilsteuernocken, der bei der Verzahnung sämtlicher
in Betracht kommender Werkstücke auf der Maschine verwendet wird. In dieser Hinsicht
unterscheidet sich die Maschine grundsätzlich von den gebräuchlichen Verzahnungshobelmaschinen,
bei denen das Zahnprofil lediglich nach einem Nocken
nachgebildet
wird, so daß man zum Verzahnen von Werkstücken mit verschiedener Profilgestalt auch
verschiedene Nocken braucht.
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Infolge der Verwendung ein und desselben Profilsteuernockens für alle
Werkstücke kann man die Zahngestalt, insbesondere auch das Zahnprofil, durch einfache
Einstellungen an der Maschine beherrschen. Beispielsweise kann man durch solche
Einstellungen ohne irgendwelche Abänderung des Schneidwerkzeugs beliebige Abweichungen
des Profils oder Hinterschneidungen am Zahnkopf oder Zahngrund herbeiführen, wobei
das Werkzeug stets eine gerade Schneidkante haben kann.
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Die Maschine läßt sich so ausgestalten, daß die Teilbewegung des Werkstücks
absatzweise erfolgt (Teilungsschalten). Hierbei wird eine Zahnflanke vollständig
herausgearbeitet, bevor die Teilbewegung zum Herausarbeiten der folgenden Zahnflanke
stattfindet. Vorzugsweise aber wird die Maschine so ausgestaltet, daß die Teilbewegung
pausenlos erfolgt. Das bedeutet, daß jeweils der nächste Schnitt in einer anderen
Zahnlücke des Werkstücks stattfindet als der vorhergehende Schnitt. Das Werkstück
wird also nach jedem Arbeitshub des Werkzeugs um seine Achse gedreht, und zwar um
eine Zahnteilung oder, wenn Zähne zum Teil übersprungen werden, um mehrere Zahnteilungen.
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Weitere Aufgaben, die der Erfindung zugrunde liegen, und weitere Einzelheiten
der durch sie erzielten Bereicherung der Technik ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung. In den Zeichnungen
zeigt Fig. i einen Teilaufriß von Werkzeug und Werkstück in ihrer gegenseitigen
Lage beim Schlichten, Fig. 2 ein Diagramm der geometrischen Grundlage der Erfindung,
Fig.3 und 4. schematische Darstellungen von Werkzeug und Werkstück beim Schneiden
von Stirnrädern und Kegelrädern, Fig.5 einen Aufriß eines Zahnes eines schräg verzahnten
Stirnrades, das nach einem bekannten Verfahren hergestellt ist, Fig. 6 eine der
Fig. 5 entsprechende Darstellung eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugten
Zahnes eines schräg verzahnten Stirnrades, Fig. 7 eine der Fig. i entsprechende
Darstellung von Werkzeug und Werkstück in ihrer gegenseitigen Lage beim Schruppen
oder Schlichten, Fig. 8 eine der Fig. i entsprechende Darstellung eines etwas abgeänderten
Verfahrens zum Schruppen oder Schlichten, Fig. 9 das Antriebsschema der Maschine,
Fig. io einen Aufriß des Profilsteuernockens der Maschine und Fig. i i einen Aufriß
des Stellwerks zum Einstellen des Maßes und der Richtung der vom Profilsteuernocken
erzeugten Bewegung.
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Bei dem in Fig. i gezeigten Werkstück 21 mag es sich zunächst um ein
Stirnrad handeln. Das Werkzeug 22 hat eine gerade verlaufende seitliche Schneidkante
23, die tangential zum Zahnprofil verläuft und dieses dicht am Zahnkopf berührt,
also dicht an der gedachten Rotationsfläche 2o, welche die Zahnköpfe berührt. Die
Schnittrichtung des Werkzeugs und auch die Richtung der Werkstückachse verlaufen
senkrecht zur Zeichnungsebene. Das Zahnprofil des Werkstücks ist in der Form dargestellt,
die sich nach dem Schneidvorgang ergibt. Es handelt sich hierbei um eine eEvollve-nte24
mit dem Grundkreis 25. Der hin- und hergehende Hobelstahl 22 führt einen Schnitthub
in Richtung des Pfeiles der Fig. 3 aus und bewegt sich dabei von der ausgezogen
dargestellten Lage bis in die gestrichelte Lage. Beim Verlauf des Schneidvorganges
wird das Werkstück mit Bezug auf Fig. i um seine Achse, also um die Mitte des Kreises
25, im Uhrzeigersinn gedreht. Währenddessen erfährt das Werkzeug eine im gleichen
Drehsinn erfolgende Schwenkbewegung um die Achse 26, welche gleichfalls lotrecht
zur Zeichnungsebene der Fig. i verläuft und eine Mantellinie des Zylinders darstellt,
der den Grundkreis 25 bildet. Die Winkelgeschwindigkeit der Schwenkung des Werkzeugs
um die Achse 26 wird nun so bemessen, daß dabei die Schneidkante 23 das Profil 24
einhüllt, also tangential dazu bleibt. Die beiden Bewegungen währen so lange, bis
Werkstück und Werkzeug die gestrichelt dargestellten Lagen erreichen. Wenn das der
Fall ist, berührt die Kante 23 die Evolvente 2.4 längs der Achse 26.
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Damit die Kante 23 zur Evolvente des Zahnflankenprofils während der
erläuterten Schwenkbewegung des zu verzahnenden Rades und des Werkstücks um die
betreffenden Schwenkachsen tangential verbleiben kann, ist es erforderlich, daß
diese Bewegungen mit Winkelgeschwindigkeiten erfolgen, die in einem bestimmten sich
ändernden Verhältnis stehen. Dieses Verhältnis muß so groß sein, daß, wenn das Werkzeug
um seine Achse 26 eine sich auf den Winkel D belaufende Schwenkung ausführt, das
zu verzahnende Rad um seine Achse um einen Winkel gedreht wird, der dem Winkel 0
(in Bogengradem), vermindert um den: Sinus dieses Winkels, entspricht. Die beiden
Schwenkungen werden dabei von denjenigen Stellungen von Werkzeug und Werkstück ausgehend
gemessen, bei denen die das Zahnflankenprofil 2q. einhüllende Schneidkante 23 das
Profil an der Grundkreisfläche berührt. Zur näheren Erläuterung dieses Verhältniswertes
sei nunmehr auf das in Fig.2 gezeigte Schema Bezug genommen.
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Hier ist die Achse des Werkstückrades mit o bezeichnet. Der Radius
des Grundkreises 25 belaufe sich auf i. Die Evolventenkurve 24 des Einheitskreises
ergibt sich bekanntlich, wenn sie von einem Punkt 27 eines unter Spannung um den
Grundkreis gewickelten Fadens beschrieben wird, den man unter Spannung abwickelt.
Bei Beginn der Abwicklung des Fadens liegt dieser beschreibende Punkt 27 auf der
Achse 26. Die Strecke des Fadens zwischen dem Punkt 27 und dem Berührungspunkt 28
am Grundkreis ist natürlich stets ebenso lang wie der Bogen 0, längs dem der Faden
abgewickelt ist. Das bedeutet also, daß der Abstand von 27 bis
28
stets der Länge des in Bogengraden gemessenen Winkels 26-28 entspricht.
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Die Evolventenkurve verläuft stets rechtwinklig zum Faden bei jeder
Lage, die während des Abwickelns durchlaufen wird. Die Tangente 27-28 und alle anderen
Tangenten des Grundkreises stehen auf der Evolvente 24 senkrecht. Der Radius o-28
steht senkrecht auf der Normalen 27-28 und somit parallel zur Tangente 29, die bei
27 an die Evolvente angelegt ist. Durch den Punkt 26 ist nun parallel zur Tangente
29 und zum Radius o-28 eine Linie 31 gezogen. Daher gleicht der Winkel zwischen
der Linie 31 und dem Radius o-26 dem Winkel 26-o-28; beide belaufen sich auf 0.
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Wie bereits festgestellt, hat der Punkt 27 vom Radius o-28 einen Abstand,
welcher der Länge des in Bogengraden gemessenen Winkels 0 am Kreis 25 gleicht. Der
Abstand der Linie 31 vom Radius o-28 ist sin 0. Daher ist der Abstand zwischen
27 und 32 (dem Kreuzungspunkt der Linie 31 mit der Normalen 27-28) gleich
dem Unterschied zwischen dem Bogen 0 und dem Sinus von 0.
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Die Strecke 31 kann nun dadurch zur Evolvente 24 tangential gemacht
werden, daß man die Evolvente um den Mittelpunkt o um einen entsprechenden Winkel
schwenkt. In allen bei dieser Schwenkung durchlaufenden Stellungen verbleibt die
Tangente 27-28 senkrecht zur Evolvente. Wird die Linie 31 um den Punkt 26 geschwenkt,
und zwar um den Winkel 0, bis die Linie 31 mit dem Radius o-26 zusammenfällt,
so verläuft sie tangential zur Evolvente 2q. und berührt diese im Punkt 26. Wird
die Evolvente um den Mittelpunkt o bis in die bei 2q.' gestrichelt dargestellte
Lage geschwenkt, in der sie die Linie 31 im Punkt 32 berührt, so beläuft sich ihr
Abstand von ihrer bei 24 durch eine ausgezogene Linie dargestellte Lage auf die
Strecke 27 bis 32. Diese Strecke ist gleich dem Winkel 0 (in Bogengraden gemessen),
vermindert um sin 0. Da die Länge des Bogens von 26' bis 28 gleich ist dem Abstand
der Punkte 32 und 28, so folgt, daß die Evolvente bei der Schwenkung von 24 bis
2q.' um den Mittelpunkt o einen Winkel durchlaufen muß, der sich auf arc 0 weniger
sin 0 beläuft.
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Wie sich aus der vorstehenden Überlegung ergibt, bildet die Evolvehte
2q. die Hüllkurve einer geraden Linie, z. B. der Linie 3 z in Fig. 2 oder 23 in
Fig. r, die um den Punkt 26 im Uhrzeigersinn geschwenkt wird, und zwar um den Winkel
0, während das zu verzahnende Rad gleichzeitig um einen Winkel gedreht wird, der,
in Bogengraden gemessen, sich auf arc 0 weniger sin 0 beläuft. Beide Winkel werden
dabei von den Endstellungen aus gemessen, in denen die Strecke 31 oder die Kante
23 die Evolvente am Grundkreis berührt. Diese Winkelbestimmung gilt nur für den
Fall eines Stirnrades, dessen Zahnprofil eine wahre Evolvente ist. Handelt es sich
bei dem Verzahnungsprofil um eine Pseudoevolvente, so muß das Verhältnis etwas abgeändert
werden.
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Beim Hobeln von Kegelrädern bildet die Schwenkachse 26 des Werkzeugs
eine Mantellinie des Grundkegels und wird daher so eingestellt, daß sie die Zahnradachse
o in einem Winkel schneidet, der vom Eingriffswinkel und dem Teilkegelwinkel des
zu verzahnenden Rades 2z' abhängt. Wie Fig. q. zeigt, schneidet die Achse 26 die
Achse o in der Spitze des Teilkegels 3o. Der Hobelstahl 22 wird so eingestellt,
daß er während des Schnittes in Pfeilrichtung parallel zur Achse 26 von seiner in
vollen Linien dargestellten Lage bis in die gestrichelt dargestellte Lage wandert.
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Das zur Abwälzerzeugung des Zahnflankenprofils erforderliche Verhältnis
der Schwenkwinkel von Werkstück und Werkzeug um deren Achsen o und 26 läßt sich
auf verschiedene Weisen ermitteln. Eine Möglichkeit besteht in der Anwendung der
Tredgoldschen Annäherung, die man bei anderen Kegelradproblemen anzuwenden pflegt.
Hierbei wird aus der Abwicklung des Rückenkegels des Kegelrades das Profil eines
äquivalenten Stirnrades entwickelt. Die Abwicklung hängt dabei von dem Teilkegelwinkel
y ab.
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Bei Anwendung dieses Verfahrens auf den vorliegenden Fall zeigte sich,
daß ein in Bogengraden gemessener Schwenkwinkel arc 0 weniger sin 0 der Abwicklung
des Rückenkegels einem Schwenkwinkel des Kegelrades entspricht, der sich auf
beläuft. Es entspricht also ein Schwenkwinkel 0 des Werkzeugs um dessen Schwenkachse
26 diesem Schwenkwinkel des Kegelrades. Der Faktor
also die Sekante von y, läßt sich als Kegelfaktor betrachten. Da er während des
Verzahnens des Werkstücks konstant ist, läßt er sich bei der Einstellung der Maschine
durch Wahl eines entsprechenden Übersetzungsverhältnisses berücksichtigen. Ebenso
wie bei Stirnrädern kann man bei Kegelrädern Zahnflanken mit dem Profil einer Pseudoevolvente
durch eine geringfügige Änderung dieses Kegelfaktors oder auch auf anderen, nachstehend
erörterten Wegen zur Abänderung des Profils erzeugen.
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Beim Hobeln von Zahnrädern mit der beschriebenen Maschine kann die
Schwenkung des Werkzeugs um die Achse 26 in bestimmter zeitlicher Beziehung zur
Drehung des Werkstücks um dessen Achse beim Hin- und Hergang des Hobelstahls stetig
verlaufen. Die Schwenkung des Werkzeugs kann aber auch bei den Rückläufen des Hobelstahls
absatzweise vorgenommen werden. Die Teilbewegung des Werkstücks zum Hobeln der einzelnen
Zähne nacheinander kann entweder absatzweise oder stetig bewirkt werden.
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Beim Hobeln von schräg verzahnten Stirnrädern und von Spiralkegelrädern
nach der Erfindung ergibt sich im Vergleich mit den besprochenen bekannten Abwälzverfahren
eine bedeutende Verringerung der Hübe des Werkzeugs, die erforderlich sind, um beim
Schlichten der Zahnflanke ein bestimmtes Maß der Oberflächenglätte zu erzielen.
In Fig. 5 sind die einzelnen Schnittfacetten gezeigt, wie sie sich beim Verzahnen
eines schräg verzahnten Stirnrades oder eines Spiralkegelrades ergeben, wenn man
hierzu eine Verzahnungsmaschine
verwendet, bei welcher die vom
Hobelstahl beschriebene Fläche die Zahnflanke einer gedachten Zahnstange oder die
Zahnflanke eines Planrades darstellt, wobei die Zahnstange oder das Zahnrad sich
am Werkstück abwälzen und wobei der Schneidhub in einer Richtung erfolgt, welche
eine Komponente aufweist, die tangential zur Teilfläche des Werkstücks verläuft.
Jeder Schnitthub erzeugt dabei auf der Zahnflanke eine Facette 37, welche vom Grundkreiszylinder
33 aus tangential verläuft und sich daher schräg über die Zahnflanke erstreckt.
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Benachbarte Facetten bilden miteinander Grate 38, die sich über die
theoretische Evolventenfläche hinaus erheben, wobei diese Evolventenfläche die Hüllkurve
der Facettenflächen darstellt. Von der Höhe dieser Grate hängt im wesentlichen die
Oberflächengüte der erzeugten Zahnflanken und damit die Laufruhe des Zahnrades ab.
Die Höhe der Grate nimmt nun mit deren Breite schnell zu. Die Oberflächengüte, die
beim Schlichten erreicht wird, hängt dabei von der maximalen Höhe der Grate ab,
wobei es gleichgültig ist, an welcher Stelle der Zahnflanke diese maximale Höhe
auftritt.
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Wie nun Fig.6 zeigt, erstrecken sich die mit der Anordnung nach der
Erfindung entstehenden Facetten 39 von der einen zur anderen Stirnfläche des Zahnes,
weil alle Schnitte parallel zum Grundkreiszylinder 25 erfolgen. Wie ein Vergleich
der Fig. 5 und 6 zeigt, sind daher bei dem neuen Verfahren zur Erzielung von Facetten
bestimmter Breite weniger Schnitte erforderlich als bei den bekannten Verfahren.
Bei derselben Schnittgeschwindigkeit des Werkzeugs ergibt sich daher für Zahnräder
derselben Zahnflankengüte eine geringere Herstellungszeit.
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Zum Feinschruppen oder Grobschlichten oder sogar zum Feinschlichten
von Zahnrädern ohne vorheriges Schruppen kann man die in Fig. 7 dargestellte Anordnung
verwenden. Hierbei wird das Werkzeug 22 radial nach innen in Richtung auf seine
Schwenkachse 26, also in Pfeilrichtung verstellt, während es einen Vorschub durch
Schwenkung um diese Achse in der zuvor mit Bezug auf Fig. i und 2 erläuterten, zeitlichen
Beziehung erfährt. Das Werkzeug kommt hierbei mittels des in Fig.7 veranschaulichten
Verfahrens hauptsächlich mit seiner Stirnkante 34 zum Schnitt, während es aus der
in ausgezogenen Linien gezeigten Lage bis zu der gestrichelt gezeigten Stellung
wandert, obgleich seine Seitenkante 23 dem Evolventenprofil 24 folgt. Gewünschtenfalls
kann die Seitenkante des Hobelstahls hinterschliffen sein, so daß sie sich, wie
bei 23' in Fig. 8 gezeigt, in einem spitzen Winkel zu der durch die Pfeile angedeuteten
radialen Vorschubrichtung erstreckt. Fig.8 zeigt das Werkzeug 22' in ausgezogenen
Linien in der Lage, in der es auf volle Tiefe vorgeschoben ist. In gestrichelten
Linien ist die Stellung gezeigt, in der das Werkzeug am Zahnkopf zum Schnitt gelangt.
Es ist dies die entgegengesetzte Darstellung wie in Fig. 7, in welcher der Hobelstahl
bei voller Eingriffstiefe gestrichelt wiedergegeben ist. Geht man so vor, wie es
Fig. 8 zeigt, so kommt die Kante 23' des Werkzeugs nicht zum Schnitt. Bei den in
den Fig. 7 und 8 gezeigten Verfahren erfolgt der radiale Vorschub des Werkzeugs
am besten in gleich großen Schritten, so daß die Spanstärke annähernd gleichbleibt.
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Beim Hobeln nach der Anordnung gemäß Fig. 7 und 8 mit der Stirnkante
34 des Hobelstahls, wobei sich die Seitenkante 35 des Stahles frei schneidet, kann
man zuvor in das Werkstück Nuten einschneiden, etwa Nuten von der durch die gestrichelten
Linien 36 gezeigten Profilgestalt. Dieses vorherige Nuten des Werkstücks erfolgt
in der üblichen Weise beim Fertigen großer Zahnräder und stellt an sich nichts Neues
dar.
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Man kann Maschinen verschiedener Bauart und mit verschiedenen Getriebeanordnungen
verwenden. Fig. 9 zeigt eine bewährte Ausführungsform. Hierbei erzeugt das Triebwerk
die bei dem Verfahren nach den Fig. i und 2 erforderlichen Bewegungen zur Abwälzerzeugung
der Zahnflanken. Nur insofern ist die Maschine vereinfacht, als bei ihr die Mittel
zum Vorschub des Hobelstahls in radialer Tiefenrichtung gemäß den Fig. 7 und 8 fehlen.
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Der Werkstückhalter 41 (Fig. 9) ist um die Achse o drehbar auf einem
Bett gelagert. Das Werkzeug sitzt an einem Halter 42, der um die Achse 26 schwenkbar
in einem Träger angeordnet ist, welcher sich auf dem Bett derart einstellen läßt,
daß das Werkzeug in die für Werkstücke verschiedener Arten und Größen erforderliche
Lage gegenüber dem Werkstückhalter gebracht werden kann (vgl. z. B. die Fig. 3 und
4). Der Hobelstahl 22 sitzt an einem hin- und hergehenden Stößel, der auf dem Werkzeughalter
in der Richtung der Achse 26 hin- und hergehend geführt ist.
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Die Hin- und Herbewegung des Stößels erfolgt durch eine Kurbel 43,
die um eine Achse 44 umlaufend am Halter 42 gelagert ist und ihren Antrieb über
ein Triebwerk 45 mittels eines Kegelrades 46 erfährt, dessen Achse mit 47 bezeichnet
ist. Das ebenfalls am Halter 42 angebrachte Triebwerk 45 ist am besten in an sich
bekannter Weise so ausgestaltet, daß, wenn das treibende Kegelrad 46 mit gleichbleibender
Geschwindigkeit umläuft, die Kurbel 43 mit einer sich ändernden Winkelgeschwindigkeit
umläuft. Diese Winkelgeschwindigkeit ändert sich am besten derart, daß der von der
Kurbel 43 hin- und herbewegte Werkzeugstößel bei seinen Schnitthüben entweder mit
gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt wird oder mit einer Geschwindigkeit, die
sich in anderer als in harmonischer Weise ändert und beispielsweise verhältnisgleich
zum Abstand des Werkzeugs von der Achse des Werkstücks vergrößert. Für die Zwecke
der vorliegenden Erläuterung sei angenommen, daß die Schnittgeschwindigkeit des
Hobelstahls gleichbleibend ist. Jedenfalls bilden die Einzelheiten des Triebwerks
45 kein Merkmal der Erfindung.
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Der Antrieb des Hobelstahls erfolgt durch einen Motor 48, der ebenfalls
an dem Werkzeughalter 42 sitzt, und zwar über Stirnräder 49 und 51, eine
Welle
52 und ein Kegelritzes 53, das mit dem Tellerrad 46 kämmt. Die Schwenkung des Werkzeughalters
um dessen Achse 26 wird ebenfalls vom Motor 48 abgeleitet, und zwar über Zahnräder
49 und 51, eine Welle 52 und eine schematisch durch die gestrichelte Linie 5o angedeutete
Getriebeverbindung, welche die Welle 52 mit einer Welle 54 verbindet, ferner über
Stirnräder 55 und 56, ein Untersetzungsgetriebe 57, eine Welle 58, ein Wendegetriebe
59 und eine Schnecke 6o, die mit einem am Werkzeughalter 42 befestigten Schneckenradsegment
61 kämmt.
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Das Umstenergetrieba 59 besteht aus einem auf der Welle 58 sitzenden,
Kegelrad und einem hierzu gleichachsigen Kegelrad, das ständig gegenläufig von ,der
Welle 58 über ein Zwischenkegelrad angetrieben wird. Das gegenläufig angetriebene
Kegelrad sitzt frei drehbar auf einer Buchse:, die von der Schnecke 6o ausgeht,
auf der ein. axial verschiebbares Kuppelglied mit Feder und Keil geführt ist. Wird
das Kuppedgliad. soi verschoben!, da.ß es mit den Kupplungsklauen des Kegelrades
der Wolle 58 in Eingriff tritt, so, wird die, Schneecke zusammen: mit der Weille
58 in. Umlauf versetzt. Wird aber das Kuppelglied so verschoben, daß es in die Kupplungsklauen
des gegenläufig argetriabenen, auf der Buchse sitzendem Kegelrades eingreift, sol
läuft die Schnecke 6o mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Welle 58, aber gegenläufig
zu dieser.
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Nunmehr sei das Abwälzgetriebe zum Drehen des. Werkstückhalters. 41
um dessen Achse o ini bestimmter zeitlicher Beziehung zur- Schwenkung des Werkzeugträgers
um dessen Achse 26 erläutert. Es besteht aus, einem Zahnradübersetzungsge!triebe
mit einem Triebrad 62 auf der Welle 58, Zwischenrädern, 63 und 64 und einem angetriebenen
Zahnrad 65 auf der Wellei 66. Die Welle 54, das. Untersetzungsgetriebe 57 und die
Wellen. 58 und 66 sind an dem einstellbaren Träger gelagert, auf welchem der Werkzeughalter
um die Achse 26 schwenkbar gelagert ist. Die Welle 66 stehst in. nicht näher gezeigter
Weise mit einer Welle 68 in Getrieibeverbindung, die ein Hypoidritzel 69 trägt.
Dieses treibt ein Tellerrad 74 das an einer Nockentrommel 62 befestigt ist. Diese
Nockentrommel hat auf ihrem Umfang eine Schubkurvennut 73, in welcher eine von eineue
Schlitten, 75 getragene Nockenrollei 74 läuft. Der Schlitten 75 gleitet in.
einer Führungsbahn 76 in; der Richtung der Achse der Nockentrommel. Die Gleitbahn
76 liegt denn Bett der Maschine gegenüber feist. Es ist ferner eine dem Bett gegenüber
ebenfalls fest angeoirdniete Gleitbahn 77 vorgesehene, auf der ein Querschlitten
79 senkrecht zur Bahn des Schlittens75 gleitet. Der Schlitten 75 trägt eine Rolle
8i, die in einten Schlitz 82 einer Drehscheibe 83 eingreift, welche um ihre Achse
84 drehbar und einstellbar in einer runden Aussparung des. Schlittens
75 gelagert ist.
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Die Anordnung ist sol getroffen, daß bei gleichförmigem Umlauf der
Nocken trommel 72 im Gegenuhrzeigers.inn mit Bezug auf Fig. 9 der Schlitten 75 in
der Richtung des Pfeiles 85 (Feg. io und. i i) mit abniehmender Geschwindigkeit
verschoben wird. Der Schlitten; 79 wird dadurch in der' Richtung des Pfeiles 86
(Fig. i i) um ein verhältnisgleiches Maß verschoben. Der Verhältniswert hängt von,
der Neigung des Schlitzes 82 ab und läßt sich. durch Drehen. der Drehscheibe, 83
um ihre Achse 84 mittels entsp:recchender Einstellv o.rrichtungen verwenden. Man!
kann die Drehscheibe 83 so einstellen, da,ß der Schlitz 82 entgegengesetzt geneigt
ist und dementsprechend die Bew egungsrichtung des Schlittens 79 gemäß dem Pfeil
86 gewendet wird. In dem Schlitten; 79 ist nun. um ihre Achse drehbar eine, Hohlwelle
88 gelagert, die an. ihren Enden Innengewinde von entgegengesetzter Steigung hat.
In diese Innengewintde greifen; gleichachsige SchraLib-spind;eln 89 und 9i ein:,
die beide am Maschinenrahmen: derart gelagert sind, daß sie sich in Achsenrichtung
nicht verschieben können.. Mit der Spindel gi ist ein Hypoidritzel92 zu. gemeinsamem
Umlauf vereinigt, das mit einem Zahnkranz 93 dies Werkstuckhalters 41 kämmt und
diesien antreibt. Die Spindel 89 wird durch, den Motor 48 mit gledch:förm!iger Geschwindigkeit
angetrieben, und zwar über - die Triebverbindung, zu welcher diel Zahnräder 49 und
51, die Welle 52, eine Getriebeverbindung zwischen den. Wellen 52 und 95, eine Gruppe
von: Weehselräd,ern einschließlich des auf der Welle 95 sitzenden Wechselrades.
96, Zwischenräder 97 und 98 und ein angetriebenes Zahnrad 99 auf der Spindel 89
gehören. Die Umlaufrichtung der Schraubspindel 89 kann zum Hobeln von. Zahnrädern,
entgegengesetzter Zahnschräge, oder von entgegengesetztem Spiralwinkel dadurch gewendet
werden, daß zwischen den Zahnrädern 98 und 99 ein Wenderad eingeschaltet wird.
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Läuft die Schraubspind'el89 um, während der Schlitten 79 stillsteht
und die Hohlwelle 88 gegen Verstellung in Achsenrichtu g festhält, laufen, die Hohlwelle
und beide Schraubspindeln gi und 89 als Ganzes um. Verschiebt sich aber der Schlittens
79 und mit ihm in. ihrer Achsenrich;tung die Hohlwelle 88, so, wird die Schraubspind,el
9 1 gegenüber der Schraubspindel 89 verdreht. Mithin bildet die Hohlwelle
mit den Schraubspindeln: ein Überlagerungsgetriebe, mit dessen Hilfe diel Nocken,trommel72
dem gleichförmigen Umlauf der Schraubspindel 89 eine veränderliche Drehbewegung
überlagert. Man, kann natürlich auch sagen, daß umge,-kehrt der von der Noekentrommel
erzeugten Drehung von veränderlicher Winkelgeschwindigkeit der gleichbleibende,
Umlauf überlagert wird. Der Werkstückhalter 41 wird also entsprechend der Summe
der beiden: Drehbewegungen angetrieben. Kehrt man die Neigung des Schlitzes, 82
um, so ändetrt sich das Vorzeichen der von der Nockentromme@l erzeugten, Drehbenwegung.
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Die Schub#kurvennut 73 hat eine Neigung, die sich im Punkt 78 auf
Null beläuft und von dort: bis zum offenen Ende 87 der Nut einen. Höchstwert erreicht.
Vom Punkt 78 bis zum geschlossenen inneren Ende der Nut erlangt diesle eine umgekehrte
Neigung. Die Kurve der Nut ist nun; vom
Punkt. 78 bis zum Punkt
87 so, gewählt, daß die axiale; Verschiebung bei einer Winkelverdrehung vorm Punkt
78 aus um ein dein Winkel 0 des Werkzeughalters entsprechendes Maß eine Größe hat,
die einer Konstanten, multipliziert mit a:rc 0 weniger sin 0, entspricht. Die Schubkurve
der dargestellten Nockentrormmel erstreckt sich nur teilweise um die Trommel hierum.
Wählt man, jedoch: das der Nockentrommel vorgeschaltete Übersetzungsgetriebe in
der- Triebverbindung entsprechend, so, kann, man erreichen!, daß sich. die Schu;bkuxvennut
um jeden gewünschten Winkel um die Trommel herumschlingt, unter Umständen: mehrere
Male.
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Beim Einrichten,, der Maschine, setzt man Wech, sclräder 96 bis 99
von: solchem übersetzungsverhältnis ein!, da:ß der We@rkstückhialt.er bei, jedem
Hinr- und: Hergang des Horbeils:tahls, also bei, jedem Umlauf der Kurbel 43, so,
weit gedreht wird, dad3 er das zu Rad genau um eine oder, mehrerer Zahnteilungen
dreht und. d.aß der- Hobelstahl an, jedem Zahn einen , Schnitt ausführt,, bevor
er wieder am ersten! Zahn anlangt und dort den: zweiiteni Schnitt nimmt. Je nach;
der Gängigkeit der Schraubensteigung der herzustellenden SchrägVerzahnunrg oder,
Spira,lverzahnung kann. man zwischen den Zahnrädern 98 und 99 das Umkehrrad eiinschalten
oder fortlassen. Die Wechsielräder 55 und 56 werden. so gewählt,, daß jede Zahnflanke
mit der gewünschten, Anzahl von Schnittfacetten. eingehüllt wird. Wie! hoch diese
Zahl zu wählen, ist, hängt von der erforderlichen Oberflächengüte der Zahnflanken
ab. Die Drehscheibe. 83 wird, so@ ein, gestellt, da:ß sich ihr Schlitz 82 in der,
richtigen Richtung erstreckt;, die; davon abhängt, ob die rechten oder die linken,
Zahnflanken zu horbean sind. Das Maß der Neigung des: Schlitzes 82 hängt von. dem
oben. erläuterten; Kegelfaktor ab, so. daß sich. für- gewöhnlich für dien Hub dies
Schlittens, 79 gegenüber demjenigen des, Schlittens 75 ein. Mindestmaß ergibt,
wenn man: Stirnräder hobelt, und ein Höchstmaß, wenn, Kegelräder vorn dem größten,
Teilkegelwin el zu verzahnten sind.
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Beil Beginn des Schlichlten;s kann, der Stahl 22 gerade außer Berührung
mit denn Zahnkopf sein, also etwas jenseits der in Fig. z gezeigten Stellung. Dementsprechend
befindet sich die Rolle 74 in: der, Schub .kurvenn.tnt 73 zwischen deren: Punktren
78 und 87, und zwar dicht am Ende, 87, wenn: es sich um Ritzet mit geringer Zähnezahl
handelt, und dichter am Punkt 78 beim Verzahnen von. Zahnrädern; mit großer Zähnezahl.
Wird nun die Maschine in Gang gesetzt, so, wird: das zu verzahnende Rad um seine
Achsei o bell jedem Hin- und Hergang des Hobelstahls, alsot bei jedem Umlauf dein
Kurbel 43, um eine oder mehrere ganze Zahnteilungen vorwärts gedreht. Nimmt man:
an,, daß der Hobelstahl seinen Schnitt mit konstanter G&-schwind:igkeit ausführt
und. daß auch der, Umlauf dies zu; verzahnenden Rades mit gleichbleibender Geschwindigkeit
erfolgt, so werden, im Falle der Verzahnung eines Stirnrades (Fig. 3) Zähme von
konstanter erzeugt. Handelt es sich: um die Verzahnung eines Kegelrades (Fig. .4),
so erhalten die Zähme einen von ihrem verjüngten Ende! zu ihrem breiten Ende hin
etwas zunehmenden: Spira:lwinkel. Beim weiteren, Verlauf der Span ab.nahme schwingt
der We!rkzeughalte,r q.2 langsam um die Achse' 26 und. schiebt dabei dein, Stahl
um diese Achse zunächst: bis in: die in ausgezogenen Linien gezeigte, Lage vor und
bringt ihn dann in die in Fig. r gestrichelt dargestellte Lage. Ist diese erreicht,
so befindet sich die Ralle 7.4 an der Steilte 78 der Kurvennut 73, und die Bearbeitung
der einen Zahnflanke ist beendet. Dann, setzt mann einen Hab@cilstahl22 ein, dier
dem Spiegelbild. des dargestellteni Stahls entspricht, und dreht die Drehscheibe
83 derart, daß der, Schlitz 82 entgegengesetzt geneigt ist. Der Antrieb der Schnecke,
6o wird durch das Umsteuerwerk 59 gewendet. Nach denn Zurückstellen der Maschine,
wodurch die Rodle, 74 in. ihren Augangspunkt in, der- Schubkurveninut 73 gebracht
wird, hobelt man die anderen Flanken: der Zähne".
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Bei dieser Betschreibung ist davon: ausgegangen worden" da:ß die Spana,bna
hme vom Zahnkopf zum Zahnfuß der Zahnflanken: fortschreitet. Beim Schlichten kann:
man in der entgegengesetzten Weise: vorgehen, also, die Bearbeitung der Zahn flanken
am Zahnfuß beginnen; und zum Zahnkopf fortschreiten. In diesem Falle steht die Rolle!
7.a. beim Beginn, des Vorganges etwa: an; der Stelle 78 der Kurven 72. Die: Drehrichtung
der Kurventrommel ist gewendet, etwa, durch Einschalten eines Zwischenrades zwischen
.dien; Wechselrädern, 64. und 65.
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Der Antrieb, des Werkstückhalters 41 erfolgt natürlich. durch, die!
Werllei 95, die Wechselräder 96 bis 99 und die Spinder189 in der Weise, d,aß hierdurch
die Teilbewegung des Werkstücks be wirkt wird. und dementsprechend die gewünschte.
Anzahl von, Zähmen. bearbeitet: wird:. Die Drehung des Werkstücks während des Hobelns
beistimmt hierbei die Zahnschräge, oder den Spira,lwinkel der Verzahnung. Zwischen
den Zeitpunkten, in denen der Hobelstahl jeweils wieder, an einer biestimmte Stelle:
in, der Längsrichtung ein und desselben Zahnes anlangt, hat das Werkstück eine volle
Umdrehung oder- ein ganzes Vielfaches davon ausgeführt. Das Verhältnis der, Schwenkbewegung
des Werkzeugs zur Drehung des Werkstücks. ist genau, dasselbe" als ob. die Weilte
95 und die! Spindel 89 überhaupt keine Bewegung erfahren.
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Der Einfachheit halber ist breit dein Beschreibung der Maschine! nicht
näher auf die Einrichtungen eingegangen worden, mit deren. Hilfe der Stahl beim
Rücklauf vom Werkstück abgehoben wird.. Auch sind die Mittel zum Beistellen, des
Stahls, in der Tiefenrich,tung beim Grob- oder Feinschnuppen gemäß denn Verfahren
nach den. Fig. 7 und 8 nicht näher erläutert worden. Durch diese Mittel wird der-
Stahl allmählich in. Tiefenrichtung beim Hobelvorgang vorgeschoben.
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Mit Hilfe der Maschine nach der Erfindung kann man das Verzahnungsprofil
auf drei unabhängigen Wegen abändern:
i. durch Verlagerung der Schwenkachse
26 des Werkzeugs, 2. durch Änderung des. Drehwinkels des Zal-m:-rades im Verhältnis
zum Schwenkwinkel des Werkzeugs durch Drehung der Drehscheibe 83 zwecks Änderung
der Neigung des Schlitzes 82 und 3. durch eine: Änderung der gegenseitigen Stellung
des Nockens und. des Werkstückhulters 41, z. B. durch gegenseitige Drehung der Wellen
58 und 66 durch Ausbau eines, der Wechselräder 62 bis 65, wodurch das Verhältnis
geändert wird, in welchem sich die Bewegungen von Werkstück und Werkzeug um ihre
Achsen. o und 26 ändern:.
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Auf dieseln drei unabhängig voneinander benntzba:ren Wegen kann man
folgende Größen. ändiern: erstens den. Eingriffswinkel, um die Stellei der ba:llig.:i.
Zahnlage auf dem Zahnprofil aufwärts eder a?@wärts zu verlagern, zweitens die Profilkrümmung
in: der Profilmitte, und drittens das. Maß der Veränderung der Profilkrümmung längs
Beis Zahnprofils.
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Die Wechselräder 62 bis 65 ermöglichen eine -Veränderung des Winkels,,
um den: sich. die NockentrOmme172 während einer bestimmten Schwenkung O des Werkze:ngha:lters
42 dreht. Eine solche Änderung ermöglicht in; Verbindung mit einer der drei oben.
aufgeführten: Verstellungen vielfältige Veränderungen; des Zahnprofils.
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Zwar ist bei der vo@rstehendm. Beschreibung die Abwälzerzeugung von
Kegelrädern mit Bezug auf die Tredgoldsche Annäherung erläutert woirden, bei welcher
dieses Problem auf das der Erzeugung von Stirnrädern zurückgeführt wird. Doch versteht
es sich, daß Kegelräder auch unmittelbar unter Anwendung der sphärischem, Trigonometrie
behandelt werden können. Man kann dabei sphärische Evolventenprofile und auch Okto@id-Zahnpxofile
erzeugen. Weiterhin kann man andere Zabnpro@file als Evolventenprofile herstellen,
und zwar sämtlich: mit demselben Nocken 72 unter Verwendung der erläuterten. Einstellungen.
Zum Beispiel kann an Kegeltellerrädern bei einem Übersetzungsverhältnis von; 2 :1
oder mehr ein gerades Zahnprofil gehobelt oder geschliffen werden, wobei dann, das
Zahnprofil dies zugehörigen Ritz.els entsprec,hend stärker gekrümmt ist.