DEP0051464DA - Zahnräderwälzmaschine mit rotierenden Werkzeugen - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähigkeit der bekannten Zahnradwälzmaschinen, die mit rotierenden Werkzeugen, z.B. Fräsern oder Schleifscheiben, arbeiten, zu verbessern und zugleich eine vielseitig anwendbare Verzahnungsmaschine zu schaffen. Diese schon wiederholt aufgegriffene Aufgabe wurde bisher noch nicht befriedigend gelöst. Ihre Lösung ist besonders wichtig geworden, nachdem allgemein erkannt wurde, daß Einzweck-Verzahnmaschinen zwar leistungsmäßig leichter weiterentwickelt werden können als Universalmaschinen, daß aber die Beschränkung auf einen Zweck selbst in der Großserienfertigung von Zahnrädern eine unerwünschte Einengung bedeutet.

Von den bekannten Zahnradwälzmaschinen dieser Art unterscheiden sich die Maschinen nach dieser Erfindung dadurch, daß zwei mit Schneidstollen oder Schleifsegmenten versehene, um den Flankenwinkel der zu verzahnenden Werkstücke zueinander geneigt angeordnete Werkzeuge bei kammartigem Ineinandergreifen ihrer Schneidstollen oder ihrer Schleifsegmente derart schwenkbar sind, daß sie wahlweise den Zahn einer ideellen Zahnstange oder eines Planrades verkörpern, wobei sie zur wahlweisen Ausrüstung mit einem Werkstückkopf zur Aufnahme von Stirn- und Schraubenrädern, Kegelrädern oder Schnecken eingerichtet sind.

Das kammartige Ineinandergreifen der Werkzeuge wird dadurch ermöglicht, daß die Lücken zwischen den Zähnen der Messerköpfe oder den Segmenten der Schleifscheiben weiter sind als diese und so Raum lassen für die Zähne oder Schleifsegmente des Werkzeuges, mit denen sie zusammenarbeiten. Das Zusammenarbeiten von zwei Werkzeugen in der angegebenen Weise hat den großen Vorteil, daß die Schneidkanten oder schleifenden Mantellinien auf der ganzen Länge der zu bearbeitenden Zähne ohne Längsvorschub einwandfreie Flankenlinien schneiden, während ein einstückiger Messerkopf diese nur durch eine zeitraubende Vorschubbewegung herzustellen vermöchte.

Die Schwenkbarkeit der Werkzeuge gestattet in Verbindung mit den besonderen Werkstückträgern eine leichte Umstellbarkeit von der Stirnradherstellung auf die Herstellung von Geradzahnkegelrädern oder Schnecken.

Die neue Maschine ist einfach und zugleich außerordentlich leistungsfähig. Die gefundene Lösung, sowohl Maschinen für die Stirnradherstellung, wie auch für die Kegelradherstellung nach den gleichen Grundgedanken zu entwickeln, vereinfacht in Werken mit großem Maschinenpark die Ersatzteilbeschaffung und bietet kleinen Werken die Möglichkeit, auf einer einzigen Maschine Kegelräder und Stirnräder herzustellen.

Um die für die neue Bauweise besonders wichtige Größe der Werkzeuge ausreichend bemessen zu können, empfiehlt sich die Anordnung einer ringförmigen Führungsbahn zur Sicherung des Werkzeugplanlaufes, und zwar in Verbindung mit einem Querlager zur Sicherung des Rundlaufes und eines dritten Lagers zur spielfreien Verspannung der Lagerung mit deer Planlaufführung, wobei der Durchmesser der ringförmigen Führungsbahn zweckmäßig größer ist als der axiale Abstand dieser Bahn von den Querlagern.

Soll die Maschine zum Verzahnen von Kegelrädern hergerichtet werden, so wird der Werkstückkopf zweckmäßig schwenkbar an einer ortsfesten Achse aufgehängt und so ausgebildet, daß er seinerseits den in den Kegelwinkel einschwenkbaren Werkstückhalter trägt.

Eine besonders günstige Ausführungsform erhält man, wenn die ortsfeste Achse ebenfalls ein ortsfestes Schneckenrad trägt, in welches eine im Werkstückkopf gelagerte Schnecke eingreift, die den einen Zweig eines Getriebezuges darstellt, dessen anderer Zweig über ein zweites Schneckengetriebe das Werkstück dreht.

Weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Zeichnungen bedeuten:

Fig. 1: Eine Wälzfräsmaschine für Kegelräder in einem senkrechten Schnitt.

Fig. 2: eine Draufsicht zu Bild 1.

Fig. 3: Den Antrieb für die Wälzbewegung, schematisch dargestellt.

Fig. 4: Eine Abänderung der Ausführung nach Figur 3.

Fig. 5: Zwei kammartig ineinandergreifende Werkzeugzähne.

Fig. 6: Die kammartig ineinandergreifenden Werkzeugzähne von der Seite gesehen.

Fig. 7: Zwei zusammenarbeitende Werkzeuge von vorne gesehen.

Fig. 8: Eine Einrichtung zum Verzahnen von Stirn- und Schraubenrädern auf der Maschine nach Figur 1 und 2.

Fig. 9: Eine Seitenansicht zu Figur 8.

Fig. 10: Eine Einrichtung zum Verzahnen von Schnecken auf der Maschine nach Figur 1 und 2.

Fig. 11: Eine Seitenansicht zu Figur 10.

Fig. 12: Eine gegenüber Figur 1 und 2 abweichende Lagerung der Werkzeugspindel.

Fig. 13: Eine gegenüber Figur 1 und 2 abweichende Abbildung des Werkstückträgers.

In den Figuren 1 und 2 sind die beiden kammartig ineinandergreifenden Fräser mit 1 und 2 bezeichnet. Ihre Achse 3 luft in einem Querlager 4. Der Planlauf des Fräsers wird gewährleistet durch eine ringförmige Kugelbahn 5. Wie das Bild erkennen läßt, ist der Durchmesser dieser Führungsbahn größer, als es bei Längslagern üblich ist. Ein dritter Lagerkörper 6 spannt den Fräser spielfrei gegen die Rollen der Führungsbahn 5. Außerhalb der Rollenbahn 5 trägt der Fräser einen Kegelradzahnkranz 7. Dieser kämmt mit einem Ritzel 8, das seinerseits von einem Kegelradpaar 9 angetrieben wird. Das Kegelradpaar 9 erhält seinen Antrieb von dem Elektromotor 10 über einen Keilriementrieb 11 und eine Vorgelegewelle 12. Die Vorgelegewelle 12 ist in der Mitte unterteilt. Beide Vorgelegehälften sind durch eine lösbare Stirnkupplung 13 miteinander verbunden. Die Kupplung ist in Figur 2 nur schematisch angedeutet. Zweckmäßig wählt man eine Kupplung, die nicht nur eine Einstellmöglichkeit der beiden Werkzeugantriebe zuläßt, sondern die auch elastisch ausweicht, wenn auf den Eingriffswinkel einwirkende Korrektureinstellungen vorgenommen werden. Die Kupplung hat den Zweck, die beiden miteinander arbeitenden Fräser zueinander in die richtige Drehstellung zu bringen, derart, daß die Zähne des einen Werkzeuges in die Lücken des zweiten Werkzeuges eingreifen können.

Der Tragkörper 14 für die Werkzeugwälzlager ist um die Achse 15 des Antriebsritzels 8 schwenkbar. Die Schwenkstellung ist an der Gradeinteilung eines Bundes 16 abzulesen. Mit dieser Einstellung werden die Fräs- oder Schneidwerkzeuge der Längsrichtung der zu schneidenden Radzähne angepaßt. So muß z.B. die Flugbahn der Fräserzähne beim Fräsen von Kegelrädern nach der Kegelspitze zu gerichtet sein. Einer solchen Einstellung entspricht die Figur 7. Die einander zugeordneten Tragkörper 14 sind um den Flankenwinkel der zu verzahnenden Räder zueinander geneigt. Auch diese Winkelstellung kann je nach Bedarf geändert werden.

Die beiden Tragkörper sitzen auf Schlitten 17 und können mittels Stellspindel 18 so zueinander verstellt werden, daß die vorgesehene Lückenweite geschnitten wird. Die Schlitten 17 sind ihrerseits auf einem Querschlitten 47 angeordnet, der mittels Spindel 19 eine Zustellung in Richtung der Zahnhöhe möglich macht. In der Darstellung ist diese Zustellung nur für Handbetätigung vorgesehen. In der praktischen Ausführung wird diese durch eine selbsttätige Zustellung ergänzt, die den Zweck hat, den Wälzweg abzukürzen und das Werkzeug im sogenannten Tauchverfahren auf die vorgesehen Zahntiefe vorzuschieben.

Wie Figur 2 erkennen läßt, ist das Übersetzungsverhältnis der Antriebskegelräder 7 und 8 verhältnismäßig groß, und zwar im Kraftfluß von Motor zum Fräser ins Langsame. Etwaige Rückstöße vom Fräser in Richtung auf den Motor zu würden also eine erhebliche Übersetzung ins Schnelle bedingen. Eine solche ergibt aber einen außerordentlich schlechten Wirkungsgrad.

Man erreicht so eine mit der Selbsthemmung von Schneckengetrieben zu vergleichende Wirkung und hält mit einfachen Mitteln die Getriebestücke von Arbeitsstößen frei.

Die beschriebene Werkzeuglagerung ist besonders für Fräswerkzeuge geeignet. Für Werkzeuge mit Schleifsegmenten wird sie zweckmäßig nach Figur 12 ausgebildet. Da die Bearbeitungsstöße beim Schleifen wesentlich geringer sind als beim Fräsen, kann hier von dem großen Übersetzungs-Verhältnis der Kegelräder abgesehen werden. Dagegen kommt es auf eine zuverlässige Abdichtung aller bewegten Teile an. Nach Figur 12 ist diese dadurch erreicht, daß die Antriebskegelräder 48, 49 in dem Hohlraum untergebracht sind, in dem auch eine der Wälzlagerbüchsen 50 sitzt. So können Antrieb und Lagerung durch eine einzige Labyrinthdichtung 51 gegen das Eindringen von Schleifstaub geschützt werden.

Die an diesem Beispiel beschriebene Maschine hat den großen Vorteil, daß sie durch Auswechseln des Werkstückkopfes wahlweise zum Verzahnen von Rädern verschiedener Art, z.B. Kegelräder, Stirnräder, Schraubenräder und sogar Schnecken zu verwenden ist. In Figur 1 und 2 ist sie mit einem Werkstückkopf für Kegelräder, in Figur 8 und 9 für Stirn- und Schraubenräder und in Figur 10 und 11 für Schnecken ausgebildet.

In Figur 1 und 2 wird das zu fräsende Kegelrad 20 von dem an dem Kegelwinkel einschwenkbaren Werkstückhalter 21 getragen und von dem Teilschneckenrad 22 in Drehung versetzt. Das Schneckenrad 22 erhält seinen Antrieb von dem Motor 23 über ein Reibradgetriebe 24, 25 und 26 (siehe auch Figur 3), Zahnräder 27 und Schnecke 28. Auf der Achse eines dieser Zahnräder 27 sitzt eine Schnecke 29, die in den verzahnten Umfang einer ortsfesten Achse 30 eingreift, an welcher der gesamte Wälzkopf 31 schwenkbar aufgehängt ist. Eines der Räder 27 ist mit einer Teilungskupplung ausgerüstet, um das zu fräsende Rad in bekannter Weise weiterzuteilen. Die Räder sind wechselbar, um ihre Zähnezahl der Zähnezahl des zu schneidenden Rades anpassen zu können.

Wird der Motor 23 eingeschaltet, dann dreht er über den Getriebezug 24 - 28 das zu schneidende Rad. Gleichzeitig führt der Wälzkopf 31 eine Teildrehung um die Achse 30 aus. Da diese die Kegelspitze des zu fräsenden Rades schneidet, ergeben beide Bewegungen zusammen die Wälzbewegung, wie sie z.B. von Kegelradhobelmaschinen her bekannt ist.

Nach Zurücklegung des Wälzweges veranlaßt eine Schaltvorrichtung 31 einen Wechsel in der Drehrichtung. Nach Bild 3 geschieht dieses durch Herumlegen eines Armes 32, auf dessen Drehachse das Antriebsritzel 33 des Motors sitzt und dessen Arme die Antriebsräder 25 und 26 tragen. Ein Binderad 34 gibt dem Antriebsrad 25 die entgegengesetzte Drehrichtung von 26.

Figur 4 zeigt eine davon abweichende Bauweise. Die große Reibscheibe 24 ist beibehalten worden. In ihrem Inneren liegt eine kleinere Reibscheibe 35 und zwischen beiden die antreibende Motorscheibe 33. Diese kann wahlweise an die äußere Scheibe 24 oder die innere Scheibe 35 angelegt werden. Im einen Falle ergibt sich eine Rechtsdrehung, im anderen eine Linksdrehung.

Diese Anordnung hat den weiteren Vorteil, daß die Wälzbewegung in der einen Richtung schneller erfolgt als in der anderen. Man erreicht so mit einfachen Mitteln einen beschleunigten Rücklauf. An der Wendestelle der Wälzbewegung - das ist die Stelle, an welcher Werkstück und Rad außer Eingriff sind - bewirkt die Teilungskupplung ein Weiterschalten des Werkrades um eine Zahnteilung.

Der in Verbindung mit Figur 1 und 2 beschriebene Werkstückträger dient zur Herstellung von Kegelrädern mit sich schneidenden Achsen. Sollen achsversetzte Kegelräder verzahnt werden, so benutzt man einen Werkstückträger nach Figur 13. Dieser wird auch zum Verzahnen von Kegelrädern mit Schrägzähnen benutzt. Wie das Bild ohne weitere Erläuterungen erkennen läßt, ist der schwenkbare Werkstückträger 21 in einem Schlitten 51 gelagert, der über eine Stellspindel 52 aus der Mittellage des Werkstückkopfes 31 versetzt werden kann. Der Werkstückträger zum Verzahnen von Stirn- und Schraubenrädern weicht nach Figur 8 und 9 von dem beschriebenen Werkstückträger für Kegelräder in folgenden Punkten ab:

Das zu verzahnende Stirnrad 36 ist mit senkrechter Achse in dem Werkstückkopf 37 gelagert und wird von dem Teilschneckengetriebe 38 gedreht. 38 erhält seinen Antrieb von Motor 39 über Schneckengetriebe 40, Spindel 41 und Wechselräder 42. Die Spindel 41 ist als Gewindespindel ausgebildet und bewegt bei ihrer Drehung eine Mutter, die den Werkstückkopf 37 verschiebt. Die Führungsbahn 46, auf welcher der Werkstückkopf 37 gleitet, kann um den Zapfen 43 geschwenkt und mit Hilfe des Knebels 44 festgestellt werden. Mit Hilfe dieser Schwenkung kann man das Werkrad zum Verzahnen von Schraubenrädern in den vorgesehenen Schrägungswinkel einschwenken. Der dabei hervortretende geringe Höhenunterschied ist leicht an der Stellspindel 45 auszugleichen. Auch bei dieser Einrichtung ist eines der Wechselräder 42 mit einer Teilvorrichtung verbunden.

Die Wirkungsweise der Wälzvorrichtung ist sinngemäß die gleiche wie in der oben beschriebenen. Der Antrieb kann über ein Reibradgetriebe erfolgen, wie es in Verbindung mit den Bildern 3 und 4 beschrieben wurde. Man kann auch die Drehrichtung des Motors 39 an den Wendepunkten der Wälzbewegung elektrisch umschalten. Der eingeschaltete Motor dreht über die beschriebenen Getriebe das Werkrad und verschiebt mittels der Spindel 41 gleichzeitig den Wälzkopf. Beide Bewegungen zusammen ergeben die gewünschte Wälzbewegung.

Sollen auf der beschriebenen Maschine Schnecken bearbeitet werden, so ersetzt man den Wälzkopf nach Figur 8 und 9 durch den Wälzkopf nach Figur 10 und 11. Anordnung und Wirkungsweise sind im wesentlichen dieselben. Der wesentliche Unterschied besteht lediglich darin, daß die Werkstückachse gegenüber der Werkstückachse nach Figur 8 und 9 um 90° geschwenkt ist. Durch Verschwenken der Führungsbahn 46 kann sie in jedem gewünschten Steigungswinkel der Schnecke eingeschwenkt werden.

Dargestellt in der Zeichnung sind als Fräser ausgebildete Werkzeuge. Es ist möglich, bei gleichem grundsätzlichem Aufbau die Maschine auch als Schleifmaschine vorzusehen. Anstelle der Fräser verwendet man dann Schleifscheiben. Selbst das kammartige Ineinandergreifen der Werkzeuge kann gewünschtenfalls beibehalten werden, beispielsweise dadurch, daß man zwei Spannscheiben mit einzelnen Schleifsegmenten ausrüstet, deren Abstand voneinander so groß sein muß, daß die Segmente der Gegenscheibe in der so gebildeten Lücke Platz finden.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt. So könnten z.B. zur Ausführung der Wälzbewegung anstatt Zahnräder auch Wälzbänder verwendet werden.

Claims (9)

1) Zahnradwälzmaschine mit rotierenden Werkzeugen, bei welchen die Wälzbewegung vom Werkstück ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit Schneidstellen oder Schleifsegmenten versehene, um den Flankenwinkel der zu verzahnenden Werkstücke zueinander geneigt angeordnete Werkzeuge (1) bei kammartigem Ineinandergreifen ihrer Schneidstellen oder ihrer Schleifsegmente derart schwenkbar sind (Fig. 7), daß sie wahlweise den Zahn einer ideellen Zahnstange oder eines Planrades verkörpern, wobei sie zur wahlweisen Ausrüstung mit einem Werkstückkopf zur Aufnahme von Stirn- und Schraubenrädern (Fig. 8 u. 9), Kegelrädern (Fig. 1) oder Schnecken (Fig. 10, 11) eingerichtet sind.

2) Zahnradwälzmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ringförmige Führungsbahn (5) zur Sicherung des Werkzeugplanlaufes, und zwar in Verbindung mit einem Querlager (4) zur Sicherung des Rundlaufes und eines dritten Lagers (6) zur spielfreien Verspannung der Lagerung mit der Planlaufführung, wobei der Durchmesser der ringförmigen Führungsbahn größer ist als der axiale Abstand dieser Bahn von dem Querlager (Figur 2 und 12).

3) Zahnradwälzmaschine nach den Ansprüchen 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Werkzeug unmittelbar mit einem Zahnkranz (7) versehen ist, der von einem Rad (8) angetrieben wird, dessen Achse die Werkzeugspindel schneidet oder kreuzt, wobei diese zugleich Drehachse zum Einschwenken der Werkzeuge nach dem Verlauf der zu erzeugenden Flankenlinie ist, z.B. der in der Kegelspitze zusammenlaufenden Flankenlinie eines Kegelrades (Fig. 2, 7 und 12).

4) Zahnradwälzmaschine nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Werkzeugantriebsräder als Kegelräder (7, 8 Fig. 2) die Übersetzung größer ist als 1 : 10, um Bearbeitungsstöße in diesem Zahnradgetriebe zu dämpfen.

5) Zahnradwälzmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Antriebsrädern für die kammartig ineinandergreifenden Werkzeuge eine zweckmäßig elastisch gestaltete Einstellkupplung (13) angeordnet ist (Fig. 2).

6) Zahnradwälzmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskegelräder (48, 49) für die Werkzeuge in dem Hohlraum untergebracht sind, in dem auch eine Wälzlagerbüchse (50) sitzt.

7) Werkstückkopf für Maschinen nach Anspruch 1, eingerichtet zum Verzahnen von Kegelrädern, dadurch gekennzeichnet, daß er schwenkbar an einer ortsfesten Achse (30) aufgehängt ist und seinerseits in den Kegelwinkel einschwenkbaren Werkstückhalter (21) trägt.

8) Werkstückkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Achse ein ebenfalls ortsfestes Schneckenrad trägt, in welches eine im Werkstückkopf gelagerte Schnecke (29) eingreift, die den einen Zweig eines Getriebezuges darstellt, dessen anderer Zweig über ein zweites Schneckengetriebe (22, 28) das Werkstück dreht.

9) Werkstückkopf nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Kegelwinkel einschwenkbare Werkstückhalter (21) querverstellbar am Werkstückkopf (31) befestigt ist (Stellspindel 52).