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Zahnrad-Wälzfräsmaschine Zahnräder, an die höchste Genauigkeitsforderungen
gestellt werden, wie z. B. die Räder von Turbinengetrieben, die mit sehr hohen Umfangsgeschwindigkeiten
laufen, werden in der Regel auf Zahnrad-Wälzfräsmaschinen verzahnt, weil diese Maschinen
gegenüber allen anderen Verzahnungsmaschinen den Vorteil haben, daß während des
Verzahnens sowohl das Werkstück als auch das Werkzeug neben der ganz langsamen und
stetigen Vorschubbewegung nur drehende, nicht aber hin- und hergehende Bewegungen
ausführen, was für die Genauigkeit des zu fertigenden Werkstückes von großer Bedeutung
ist. Eine der wesentlichsten Voraussetzungen für das einwandfreie Arbeiten dieser
Maschinen ist eine möglichst synchrone Bewegung von Fräswerkzeug und Werkstück,
weil sich beim geringsten Voreilen oder Zurückbleiben der Fräserbewegung gegenüber
der Werkstückbewegung Verzahnungsfehler ergeben, die Laufgeräusche verursachen.
Die Genauigkeitsanforderungen sind daher häufig derart hoch, daß bereits Fehler
von wenigen Bogensekunden als unzulässig angesehen werden.
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Die größte Schwierigkeit bei dem Bemühen einen genau synchronen Lauf
von Fräser und Werkstück zu erzielen, besteht darin, daß die Fräser von Zahnrad-Wälzfräsmaschinen
jeweils schlagartig einsetzenden Belastungen unterliegen, wenn ein Fräserzahn in
eine Zahnlücke des Werkstückes eindringt und mit seinem Schnitt beginnt. Unter der
Einwirkung des von der Schnittkraft herrührenden Drehmoments in der Frässp.indel
und ihren Antriebselementen findet hierbei eine elastische
Verformung
statt. Das Spiel im Getriebe zwischen Frässpiel und Planscheibe der Wälzfräsmaschine
legt sich auf die unbelastete Seite der Zahnflanken der Antriebsräder. Beim Austritt
des Fräsers aus dem Schnitt sinkt plötzlich das Drehmoment auf einen sehr kleinen
Wert ab, und die federnde Verdrehung entspannt sich. Die Verdrehung ist in der Frässpindel
am größten, .weil hier das Drehmoment am stärksten wirkt. Der Fräser schnellt daher
beim Austritt des Fräszahnes aus der gefrästen Lücke vor; er wird beschleunigt,
und diese Beschleunigung überträgt sich rückwärts auf die Wellen und Räder des Fräserantriebes.
Das Spiel in den Antriebsrädern verlagert sich dadurch auf die andere Seite der
Zahnflanken der Getrieberäder. Beim nächsten Eindringen eines Fräserzahnes in das
Werkstück wird ebenso plötzlich die Frässpindel wiederum stark belastet, wodurch
ein erneutes Verspannen eintritt und das Spiel der Getrieberäder auf die andere
Seite hinüberwechselt. Diese Vorgänge folgen einander in rhythmischem Takt und führen
dazu, daß das gesamte Fräserantriebssystem in Schwingungen gerät, die sich aufschaukeln,
wenn nicht dafür gesorgt wird, daß in möglichst unmittelbarer Nähe des Fräsers das
Getriebespiel beseitigt und so die Schwingungen aufgefangen werden.
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Im Falle der Anordnung von Stirnradgetrieben ist es bekannt, zur Minderung
der Schwingungserscheinungen auf der Frässpindel eine Bremseinrichtung anzuordnen,
die jedoch mit dem Nachteil behaftet ist, daß sie Antriebskräfte vernichtet und
die Übertragungswellen zusätzlich belastet. Sie führt ferner zu einer Erwärmung
der Frässpindel und damit zu Ungenauigkeiten infolge Wärmespannungen und Wärmedehnungen.
Die elastischen Spannungen im Frässpindelantrieb sind außerdem so groß, daß sie
durch normal dimensionierte Bremsen überhaupt nicht ausreichend aufgefangen werden
können.
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Es sind daher bereits Zahnrad-Wälzfräsmaschinen derart ausgebildet
worden, daß der Antrieb des Fräswerkzeuges über ein auf der Frässpindel sitzendes
Schneckenrad erfolgt. Zur Verhütung des elastischen Springens der Frässpindel sind
dabei auch zwei Schnecken in diametraler Anordnung vorgesehen worden, von denen
die eine antreibt, während die zweite gegenüber der ersten axial verspannt ist,
so daß sie auf den einander gegenüberliegenden Flanken der Schneckenradzähne anliegt
und dadurch die Fräserdrehung abbremst. Hierdurch wird praktisch jedoch nicht viel
mehr als die gleiche Wirkung hervorgerufen wie beim Abbremsen von Frässpindeln mittels
einer Bremseinrichtung, wenn die Frässpindel über Stirnräder angetrieben wird, Zweck
der Erfindung ist es, eine Maschine zu schaffen, bei der das Spiel in der Verzahnung
des Schneckenantriebes, also in unmittelbarer Nähe des Fräsers beseitigt ist und
dort das Auftreten von Schwingungen von vornherein völlig unterdrückt wird. Ausgehend
von einer Zahnrad-Wälzfräsmaschine, bei welcher das Fräswerkzeug über ein auf der
Frässpindel angebrachtes Schneckenrad angetrieben wird, in das zwei einander gegenüberliegend
angeordnete Schnecken eingreifen, ist die Erfindung gekennzeichnet durch die Vereinigung
nachstehender Merkmale: a) gleichzeitiger Antrieb des von der Frässpindel getragenen
Schneckenrades durch zwei einander gegenüberliegend angeordnete Doppelsteigungsschnecken,
nämlich solche mit unterschiedlicher Steigung ihrer Flanken, b) Verstellbarkeit
der Schnecken in Axialrichtung, c) Verstellbarkeit der Schnecken zueinander in ihrer
Umfangsrichtung.
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Damit macht die Erfindung von Schnecken Gebrauch, die mit unterschiedlicher
Steigung ihrer Flanken als Teilschnecken Stand der Technik sind und zwecks Beseitigung
des Spieles axial verschiebbar auf ihrer Welle sitzen. Mit der Anordnung zweier
solcher Schnecken, die einander gegenüberliegend vorgesehen sind, läßt sich jedoch
nicht das Flankenspiel einer jeden der beiden Schnecken für sich und gleichzeitig
beseitigen und somit das Auftreten der erwähnten Schwingungen unterdrücken. Daher
sieht die Erfindung als dritte Maßnahme die Einstellbarkeit der Schnecken zueinander
in ihrer Umfangsrichtung vor. Diese zusätzliche Dreheinstellbarkeit ermöglicht es
zu verhindern, daß sich die Drehschwingungen eines Wälzfräsers bei seinem Arbeiten
über die Wälzfräserachse hinaus in die nachgeschalteten bzw. vorgeschalteten Getriebeteile
fortpflanzen. Dadurch, daß die beiden Duplexschnecken sowohl in axialer als auch
in Umfangsrichtung spielfrei in das Schneckenrad eingreifen, wird das Lagerspiel
des Schneckenrades und damit der Frässpindel unwirksam gemacht. Außerdem soll das
Spiel der Frässpindel bzw. des Schneckenrades uriwirksam gemacht werden. Dieses
dynamische Problem ist mit dem geometrischen Genauigkeitsproblem der Fehlerbeseitigung
im Teilschneckengetriebe und bei der Vermeidung von Form- und Teilungsfehlern nicht
vergleichbar, wie es der bekannten Anordnung von zwei einander gegenüberliegend
vorgesehenen, axial verstellbaren Antriebsschnecken mit der gleichen Steigung beider
Flanken bei Planscheibenantrieben zugrunde liegt. In der bloßen Anwendung solcher
Zweischneckenantriebe als Fräserantrieb wird keine selbständige Erfindung gesehen.
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Die Einstellbarkeit der Schnecken in ihrer Umfangsrichtung zueinander
kann erfindungsgemäß dadurch verwirklicht sein, daß die in das Frässpindelschneckenrad
eingreifenden Schnecken mittels eines der mit der Antriebsschnecke kämmenden Schneckenräder
gegeneinander dreheinstellbar sind.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Es zeigt Fig. i eine Zahnrad-Wälzfräsmaschine in einer Seitenansicht,
Fig. a die Draufsicht auf Fig. i, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III nach
der Fig. i durch die F rässpindel,
Fig. 4 einen Schnitt nach der
Linie IV-IV nach Fig. 3 durch den Frässpindelantrieb in vergrößerter Darstellung
und Fig. 5 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles V der Fig. 4.
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Wie aus den Fig. i und 2 ersichtlich, ist das zu verzahnende Werkstück
w auf dem Werkstücktisch t befestigt, der über die Teilwechselräder
u,
die Teilwelle v, die Teilschnecke x und das Teilschneckenrad
y von einem regelbaren Motor m in bekannter Weise angetrieben wird.
Mit den T eilwechselrädern u stehen über eine Bettwelle b auch die
im Ständer z der Maschine gelagerten Kegelräder k in zwangläufiger Verbindung, die
über eine lotrechte Welle L und Kegelräder i eine Drehteilwelle d
antreiben.
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Auf dieser Drehteilwelle d ist ein Schraubenrad s (Fig. 3 und 4) angebracht,
das gleichzeitig zwei einander gegenüberliegende Schneckenräder cl, c2 antreibt.
Jedes dieser Schneckenräder ist mit einer Schnecke a1, a2 einstellbar verbunden,
und die beiden vom Schraubenrad s gleichzeitig angetriebenen Schnecken a1, a2 treiben
ihrerseits gleichzeitig ein auf der Frässpindel f sitzendes Schneckenrad e auf einander
gegenüberliegenden Seiten, d. h. symmetrisch zu der durch die Achsen der Welle d
bzw. der Spindel f gehenden senkrechten Ebene, an. Durch diesen doppelseitigen Antrieb
ergibt sich eine besonders wirkungsvolle Erhöhung der Gleichförmigkeit des Fräserlaufes,
weil das Lager des Schneckenrades e vom Antriebszahndruck der Schnecken a1, a2 völlig
entlastet wird und Verzahnungsfehler des Schneckenrades e in ihrer Auswirkung auf
die Frässpindel f vermindert werden. Da das Schneckenrad e zur Übertragung gleicher
Leistungen kleiner als bisher ausgeführt werden kann, ist es auch ermöglicht, den
Abstand q des Schneckenrades e bis zur Drehteilmitte n (Fig. 3) kleiner als
gewöhnlich auszuführen. Dieser Abstand wird bestimmt vom Durchmesser des Werkstückes
w und muß so groß sein, daß das größte auf der Maschine bearbeitbare Werkstück am
Gehäuse des Schneckenrades e noch frei vorbeigeht. Durch die ermöglichte Verkleinerung
des Durchmessers des Schneckenrades e und somit auch des Abstandes q verkürzt sich
auch die Entfernung vom Schneckenrad e bis zur Fräsermitte und die Länge der Drehteilwelle
d, wodurch die Gleichförmigkeit der Fräserdrehung weiter erhöht wird.
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Die Flanken r1 bzw. r2 der beiden Schnecken a1, a2 haben die Steigung
h,., während die Flanken g1 bzw. g2 der beiden Schnecken eine von h,. abweichende
Steigung h9 aufweisen. Durch die Differenz der Steigung h, gegenüber der Steigung
h,. ändert sich die Dicke der Schraubengänge der Schnecken a1 und a2, wie aus Fig.4
ersichtlich. Durch axiales Einstellen der Schnecken auf den Schneckenwellen o1,
02 mit Hilfe von Muttern p können die beiden Schnecken a1, a2 - jede für sich -
auf spielfreien Eingriff mit dem Schneckenrad e gebracht werden. Die beiden Schnecken
a1, a2 sind auch in ihrer gegenseitigen Drehlage einstellbar ausgebildet. Das Schneckenrad
c2 ist hierzu unter Vermittlung eines Zwischenflansches j1 (Fig. 4. und 5), der
kreisförmige Bogenschlitze j2 hat, mit der Schnecke a2 verbunden, wodurch beim Lösen
der Befestigungsschrauben j3, die in verschiedene Schraubenlöcher j4 des Schneckenrades
c2 geschraubt werden können, jede beliebige Dreheinstellung der Schnecke a2 gegenüber
der Schnecke a1 herbeigeführt werden kann. Diese Doppeleinstellbarkeit der Schnecken
a1, a2 sowohl in ihrer Drehals auch in ihrer Axiallage gegenüber dem Schneckenrad
e ist in Verbindung mit der durch die Differenz der Steigungen h, bzw. h,. sich
ändernden Zahnstärke der Schnecken von besonderer Bedeutung, weil damit ohne Hemmeinrichtungen,
Bremsen usw. ein völlig spielfreier Antrieb des Schneckenrades erzielt wird, Drehschwingungen
der Frässpindel f dicht neben der Erzeugungsstelle aufgefangen und ihre weitere
Fortpflanzung nach rückwärts in das Getriebe unmöglich gemacht wird.
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Die Länge der kinematischen Kette vom Schraubenrad s über das Schneckenrad
cl zur Schnecke a1 ist genauso kurz wie die vom Schraubenrad s über das Schneckenrad
c2 zur Schnecke a2. Dadurch ist nicht nur ein ständig gleichbleibender doppelseitiger
Antrieb des Schneckenrades e in der normalen Drehrichtung gewährleistet, sondern
auch in der umgekehrten. Dies ist besonders wichtig beim Fräsen mit linksgängigen
Fräsern, weil hierbei meistens die Fräserdrehrichtung umgekehrt wird.