DE1164784B - Aus zwei miteinander kaemmenden, um parallele Achsen umlaufenden Zahnraedern bestchendes Getriebe und Verfahren zur spanabhebenden Fertigung eines Zahnrades oder eines Zahnradpaares dieses Getriebes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: F 06 h

Deutsche Kl.: 47h-6

Nummer: 1164 784

Aktenzeichen: G10080 XII / 47 h

Anmeldetag: 28. Oktober 1952

Auslegetag: 5. März 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein aus zwei miteinander kämmenden, um parallele Achsen umlaufenden Zahnrädern bestehendes Getriebe.

Die gestellte Aufgabe besteht darin, ein Zahnradgetriebe von gedrängter Bauart zu schaffen, das sich mit sehr großer Genauigkeit in einem sehr schnellen Herstellungsverfahren anfertigen läßt und bei dem die Zähne der miteinander kämmenden Räder eine besonders hohe Festigkeit aufweisen. Die Lösung besteht darin, daß mindestens eines der Zahnräder durch die Vereinigung der folgenden, je für sich bekannten Merkmale gekennzeichnet ist:

(a) Daß die kämmenden Zahnflanken Rotationsflächen sind, deren Achsen parallel zu den Zahnradachsen verlaufen, wobei die geometrisehen Achsen der beiden Flanken eines jeden Zahnes im Abstand voneinander liegen, und

(b) daß die Zähne in Achsenrichtung von dem Zahnradkörper aus vorspringen und ihre Zahnlücken innen und außen offen sind.

Die bekannten parallelachsigen Getriebezahnräder mit dem Merkmal (a) haben mit den üblichen Stirnrädern die Eigenschaft gemeinsam, daß die Zähne von der äußeren oder inneren Umfangsfläche ihres Tragkörpers nach außen oder innen vorspringen und daß daher die Zahnlücken durch diesen Tragkörper innen oder außen geschlossen sind.

Bei dem bekannten Getriebe, das aus zwei miteinander kämmenden, um parallele Achsen umlaufenden Zahnrädern besteht, die das Merkmal (b) aufweisen, ist jedes der beiden Zahnräder ein Stirnrad mit zwei in Achsenrichtung zueinander versetzten Zahnkränzen, deren Zähne auch in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind. Das Merkmal (a) fehlt indessen bei diesem bekannten Getriebe; denn die kämmenden Zahnflanken sind keine Rotationsflächen; vielmehr hat der Zahnfuß des Zahnprofils eine willkürlich gewählte Form, während der Kopfteil des Profils die umhüllende der aufeinanderfolgenden Stellungen des Fußteiles des Gegenrades ist. Während bei diesem bekannten Getriebe die Zähne also in Achsenrichtung von dem Zahnradkörper aus vorspringen und ihre Zahnlücken innen und außen offen sind, so fehlt doch das Merkmal, daß die kämmenden Zahnflanken Rotationsflächen sind, deren Achsen parallel zu den Zahnradachsen verlaufen, wobei die geometrischen Achsen der beiden Flanken eines jeden Zahnes im Abstand voneinander liegen. Aus diesem Grunde fehlt diesem bekannten Getriebe auch die nachstehend erläuterte Kombinationswirkung.

Durch die Vereinigung der beiden Merkmale (a) Aus zwei miteinander kämmenden, um
parallele Achsen umlaufenden Zahnrädern
bestehendes Getriebe und Verfahren zur
spanabhebenden Fertigung eines Zahnrades
oder eines Zahnradpaares dieses Getriebes

Anmelder:

The Gleason Works, Rochester, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Licht,

München 2, Sendlinger Str. 55,

und Dr. R. Schmidt, Oppenau (Renchtal),

Patentanwälte

Als Erfinder benannt:

Ernest Wildhaber, Rochester, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Oktober 1951

(Nr. 253 781)

und (b) wird die fortschrittliche Wirkung erreicht, daß die Getriebezahnräder mit sehr großer Genauigkeit in einem sehr schnell wirkenden Herstellungsverfahren erzeugt werden können, das nur eine außerordentlich einfache Maschine erfordert. Diese Herstellung ist gekennzeichnet durch die Anwendung eines zum Herstellen von Klauenkupplungshälften bekannten Verfahrens, bei welche ein ringförmiges, umlaufendes Werkzeug, das achsparallel zu dem nicht umlaufenden Werkstück angeordnet ist, gleichzeitig voneinander abgewandte Flanken nicht benachbarter Zähne in einer Weise herausarbeitet, derzufolge diese Flanken mit einer gemeinsamen Rotationsfläche zusammenfallen. Auch zeichnen sich bekanntlich Zahnräder mit dem Merkmal (b) durch besonders hohe Festigkeit aus, weil die Zähne am Zahnradkörper über ihre ganze Höhe hin abgestützt sind. Bei Zahnrädern, deren Zahnflanken in Achsenrichtung gemessen im Verhältnis zur Zahnteilung schmal bemessen sind, ergibt sich dabei eine geringere Scher- und Biegungsbeanspruchung als bei den üblichen achsparallelen Getrieberädern, deren Zähne vom Radkörper aus nach innen oder außen vorspringen.

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Da der Tragkörper der Zähne sich seitlich vom Zahnkranz befindet und daher den Raum außerhalb und innerhalb des Zahnkranzes frei läßt, bietet die Erfindung die Möglichkeit, das Getriebe besonders gedrängt auszugestalten. Das gilt insbesondere dann, wenn das Getriebe aus einem innen verzahnten Rad mit hohlen Zahnflanken und einem damit kämmenden außen verzahnten Rad mit gewölbten Zahnflanken besteht. Haben bei einem solchen Getriebe die beiden Zahnräder je die oben erläuterten Merkmale (a) und (b), dann ergibt sich eine geringere Neigung zur Unterschneidung, als es bei den gebräuchlichen gewölbten Zahnprofilen der Fall wäre.

Die Zahnflanken gestaltet man am besten als Kegelflächen aus mit in Achsenrichtung verlaufender Kegelfläche, so daß sie am Tragkörper des Zahnrades am dicksten sind. Man kann dabei die radialen Abmessungen des Zahnrades größer bemessen als die axiale Breite ihrer Zahnflanken. Dabei bietet es Vorteile, die Zähne im Querschnitt sechseckig zu gestalten. Die Seite eines jeden Zahnes besteht dann aus der eigentlichen zum Eingriff gelangenden Zahnflanke und aus einer anschließenden im Winkel dazu verlaufenden Fläche. Diese Fläche läßt sich mit dem gleichen ringförmigen Werkzeug herausarbeiten, welches die Eingriffsfläche bearbeitet, und zwar beim selben Schneidvorgang, aber durch ein seitliches Schneidprofil des Werkzeugs, das dem die Eingriffsfläche bearbeitenden gegenüberliegt. Während eine Eingriffsfläche bearbeitet wird, erfolgt dann gleichzeitig die Bearbeitung der Schrägfläche am benachbarten Zahn.

Die Erfindung eignet sich besonders zur Anwendung auf innenverzahnte Räder, weil deren Zahnprofilkrümmung klein ist und daher zu ihrer Herstellung Werkzeuge von verhältnismäßig großem Durchmesser zur Verwendung gelangen. Es hat sich gezeigt, daß die innere Unterschneidung, die bei einem niedrigen Übersetzungsverhältnis auftritt (in Abhängigkeit vom Eingriffswinkel und der Zahnlänge, aber gewöhnlich bei Übersetzungsverhältnissen unter 2 :1) durch eine Profilverschiebung verringert werden kann, bei welcher der Zahnkopf des Ritzels kürzer bemessen wird als der Zahnkopf des mit ihm kämmenden Zahnrades. Es hat sich weiter gezeigt, daß sich bei kreisbogenförmigen Zahnprofilen eine geringere Neigung zur Unterschneidung als bei Evolventenprofilen ergibt und daß daher bei einem Getriebe mit innenverzahnten Rädern nach der Erfindung ein Übersetzungsverhältnis ermöglicht wird, das sich dem Verhältnis 1 :1 näher angleichen läßt, als es bei der Verwendung der üblichen Evolventenverzahnung möglich ist, wenn man in beiden Fällen gleiche Zahnlängen und den gleichen Eingriffswinkel zugrunde legt.

Derartige Zahnräder eignen sich besonders gut für Fälle, in denen die Zahnflanken möglichst schmal ausfallen sollen, beispielsweise bei Getrieben mit hohem Übersetzungsverhältnis ins Langsame. Bei einem solchen Getriebe werden ein Antriebsglied und ein getriebenes Sonnenrad um eine gemeinsame Achse umlaufend angeordnet, und auf dem Antriebsglied ist exzentrisch zu der gemeinsamen Achse ein Planetenrad drehbar gelagert, das zwei Verzahnungen hat, deren eine mit dem angetriebenen Sonnenrad kämmt, während die andere mit einem feststehenden Sonnenrad im Eingriff steht, das am besten gleichachsig zum angetriebenen Sonnenrad angeordnet ist und einen größeren Durchmesser als dieses aufweist. Das Lager des Planetenrades liegt dann auf dem exzentrischen Teil des Antriebsgliedes, am besten in derselben Querebene wie die Verzahnung. Infolge der Kegelgestalt der Zähne, die sich in Achsenrichtung verjüngen, entsteht ein Axialschub. Dieser wird weitgehend durch einen Abwälzring aufgenommen, auf welchem sich das Planetenrad abwälzt. Dieser Abwälzring ist ortsfest, und sein wirksamer Durchmesser gleicht am ι ο besten annähernd dem Teilkreisdurchmesser des ortsfesten Rades. Die beschriebene Anordnung führt zu einem Untersetzungsgetriebe mit sehr geringem Reibungsverlust, selbst bei sehr hohen Übersetzungsverhältnissen, die zwischen etwa 8:1 bis 100:1 schwanken können.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen nachstehend beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch zwei kämmende außenverzahnte Räder, wobei dieser Schnitt nach der Linie 1-1 der F i g. 2 verläuft,

F i g. 2 einen Axialschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 eine ebene Abwicklung eines Schnittes nach der zylindrischen Schnittebene 3-3 der Fig. 1, wobei die Zahnräder gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Stellung um ein Viertel ihrer Teilung gedreht sind,

F i g. 4 einen der F i g. 3 entsprechenden Schnitt einer anderen Zahnform,

F i g. 5 ein Zahnradpaar mit einem innenverzahnten Rad im Schnitt nach der Linie 5-5 der F i g. 6, Fig. 6 den Axialschnitt durch das Zahnradpaar

der Fig. 5 im Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5, Fig. 7 einen in größerem Maßstab gehaltenen

Querschnitt durch die Verzahnung eines der beiden in F i g. 5 gezeigten Zahnräder sowie das Werkzeug zur Herstellung der Verzahnung,

F i g. 8 einen Axialschnitt durch Zahnrad und Werkzeug nach F i g. 7,

Fig. 9 ein Schema zur Veranschaulichung der Profilverschiebung, welche eine Unterschneidung verhindert und noch weitere Zwecke hat,

Fig. 10 ein Untersetzungsgetriebe im Axialschnitt nach der Linie 10-10 der Fig. 11 und Fig. 11 einen Querschnitt nach der Linie 11-11 der F i g. 10.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind der Zahnradkörper 20 und das mit ihm kämmende Ritzel 21 mit Zähnen versehen, die von der Seitenfläche eines Tragkörpers aus in Achsenrichtung vorspringen, so daß die Zahnlücken sowohl seitlich bei 22 als auch innen und außen bei 23 und 24 offen bleiben. Die Zahnflanken 27 und 28 der Zähne 25 und 26 sind Rotationsflächen. Erzeugt werden diese durch die inneren Schneidprofile umlaufender Werkzeuge, deren Umlaufachsen bei 29 und 31 angedeutet sind und deren Schneidkanten die Rotationsflächen 32 und 33 beschreiben. Das Werkzeug für das größere Zahnrad bearbeitet bei seinem Umlauf, bei welchem die Schneidkanten die Rotationsflächen 32 beschreiben, gleichzeitig die einander abgewandten Zahnflanken zweier nicht benachbarter Zähne, und zwar die linke Flanke 27 a eines Zahnes und die rechte Flanke 27 b des davon entfernten Zahnes. Dasselbe gilt für das Werkzeug, welches das nachstehend als Ritzel bezeichnete Zahnrad kleineren Durchmessers verzahnt. Die Umlaufachsen der Werkzeuge verlaufen parallel zu den Zahnradachsen in einer Ebene 34, welche in dem gewünschten Eingriffswinkel Φ zur Teilkreis-

tangentialebene 35 gelegen ist und diese längs einer Linie schneidet, welche durch den mittleren Eingriffspunkt P verläuft. Die richtigen Radien der Werkzeuge (die Radien der Rotationsflächen 32 und 33) werden durch die Formeln

_ 3 r sin Φ , „ 3rsin<2>
C_G = und C_v =

2—+1 2+ ^r

λ R

erhöhen, sind sie in radialer Richtung wesentlich länger bemessen als ihre Zahnflanken, und zwar sind sie zu diesem Zweck im Querschnitt sechseckig gestaltet. Außer ihren beiden Zahnflanken, ihrer Innenfläche und ihrer Außenfläche, haben die Zähne daher je zwei Schrägflächen, die im stumpfen Winkel zu den Zahnflanken verlaufen. Die Innen- und Außenflächen der Zähne, die mit 45 und 46 bezeichnet sind, sind gewöhnlich Rotationsflächen, die gleichachsig zur

bestimmt; in diesen sind C₀ und C_p die Radien der io Zahnradachse liegen. Die Zahnflanken sind mit 47

und die Schrägflächen mit 48 bezeichnet. Die Zahnflanken sind bei dem außenverzahnten Rad gewölbt. Diejenigen des innenverzahnten Rades sind gewöhnlich auch gewölbt, sofern das Verhältnis der Zähnezahl des Zahnrades zum Ritzel den Wert 2 überschreitet. Ist dieses Verhältnis kleiner als 2, so werden die Innenzahnflanken 47 hohl. In F i g. 5 beläuft sich das Verhältnis der Zähnezahlen auf ³⁰/24 oder 1,25. Daher sind die Zahnprofilflächen 47 des innenverzahnten Rades hohl.

Erzeugt werden die hohlen Profilflächen 47 durch das außen liegende Schnittprofil eines um die Achse 52 umlaufenden Werkzeugs, das die Rotationsfläche 51 beschreibt, während bei den beiden in den Fig. 1 wird dadurch nicht wesentlich beeinträchtigt, sofern 25 und 2 gezeigten Zahnrädern die gewölbten Zahnder Durchmesser der Rotationsfläche 33 des Ritzel- flanken 49 des Ritzels 42 mit dem auf der Innenseite Werkzeugs entsprechend verkleinert oder vergrößert liegenden Schneidprofil eines umlaufenden Werkzeugs wird und sofern daher die relative Profilkrümmung herausgearbeitet werden. Dieses Werkzeug beschreibt

beim Umlauf um die Achse 54 die Rotationsfläche 53. Wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel verlaufen die Achsen 52 und 54 parallel zu denjenigen der Zahnräder innerhalb einer Ebene 55, in welcher auch der mittlere Teilkreispunkt P liegt. Dieser Punkt befindet sich auf der Schnittlinie der Ebene 55 mit der Teilungsebene 56, wobei sich diese beiden Ebenen unter dem Eingriffswinkel Φ schneiden. Die Zahnflächen 48 (und die entsprechenden Zahnflächen des außenverzahnten Rades 42) lassen sich gleichzeitig mit den zum Eingriff gelangenden eigent-

achse des Werkzeugs. Diese Neigung führt dazu, daß 40 liehen Zahnflanken durch dasselbe Werkzeug herdie in Eingriff gelangenden Zahnflanken von Kreis- stellen, was in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Dort kegelflächen gebildet werden, deren Achsen bei 29 sieht man, daß der Messerkopf 57 so gestaltet ist, daß und 31 in Fig. 1 wiedergegeben sind. Zum Zweck er die in Fig. 3 gezeigten sich verjüngenden Zähne der Spanabnahme erfährt das umlaufende Werkzeug erzeugt. Der Messerkopf hat in Achsenrichtung voreinen Vorschub in Achsenrichtung gegenüber dem 45 springende, mit der Außenkante zum Schnitt ge-Werkstück. Wenn auch die sich verjüngende Zahn- langende Messer 58, deren seitliche Schneidprofile 59 form der F i g. 3 wegen der größeren Festigkeit den Punkte 59' enthalten, welche die in F i g. 7 gezeigte Vorzug verdient, so sind doch auch andere Zahn- Rotationsfläche 51 beschreiben. Die an der Messerformen möglich, z. B. diejenige der Fig. 4, gemäß spitze liegenden Punkte der seitlichen Schneidprofile welcher die Zahnflanken der Zähne 25' und 26' 50 59 wandern auf der Kreisbahn 51'. Der Messerkopf Zylinderflächen sind, deren Mantellinien parallel zu hat auch Messer 61 mit auf der Innenseite liegenden den Zahnradachsen verlaufen, und die dementspre- Schneidprofilen 62, deren mittlere Punkte 62' die chend durch Werkzeuge mit gleichfalls parallel zu Kreisbahn 60 beschreiben. Diese Schneidprofile 62 ihrer Achse verlaufenden seitlichen Schneidprofilen erzeugen die Kegelflächen 48. Die an der Messererzeugt werden. Ein solches Werkzeug erfährt dann 55 spitze dieser Schneidprofile 62 liegenden Punkte beseinen Vorschub mit Bezug auf das Werkstück, also schreiben die Kreisbahn 60'.

beispielsweise dem Zahnrad 20', in einer Richtung, Es versteht sich, daß der Messerkopf bei der

die leicht geneigt zur Werkstückachse verläuft, etwa Bearbeitung des Zahnrades in jeder Zahnlücke zweiin der Richtung des Pfeiles 37 in Fig. 4. Freilich mal zum Schnitt kommt, nämlich zur Bearbeitung kann es bei einem Vorschub in dieser geneigten Rieh- 60 der eigentlichen Zahnflanke auf jeder Seite einmal, tung notwendig werden, die beiderseitigen Zahn- Wenn die an der Messerspitze gelegenen Schneidflanken in getrennten Arbeitsgängen zu bearbeiten. profile 63 der Messer 58 und 61 das Werkstück beide Bei der in den F i g. 5 und 6 gezeigten Ausfüh- Male überfahren, so überlappen sich die Bahnen, wie rungsform war das Innenzahnrad 41 die Achse O, es die rhombenförmige Fläche 64 erkennen läßt, die während die Achse des damit kämmenden Ritzels 42 65 von den beiden Kreisbahnen 51' und den beiden

beiden Werkzeuge für das Zahnrad und das Ritzel, R und r die Teilkreisradien von Zahnrad und Ritzel und Φ der Eingriffs winkel.

Die Radien der Werkzeuge können innerhalb gewisser Toleranzen davon abweichend bemessen werden, um zu erreichen, daß die Werkzeuge gegenüber den gleichzeitig von ihnen bearbeiteten Zähnen symmetrisch zu liegen kommen, ohne indessen mit ihren Achsen von der Ebene 34 abzuweichen. Zu diesem Zweck kann man also den Radius der Rotationsfläche 32 etwas vergrößern oder verkleinern, damit diese Kreisbahn mit den beiden Profilen 27 a und 27 b zusammenfällt. Die Gleichförmigkeit, mit welcher die Zahnräder die Winkelgeschwindigkeit übertragen,

~—l· -pr- unverändert bleibt oder nur wenig erhöht Cg Cp

wird. Auch die Zahl der Zähne und die Größe des Eingriffswinkels Φ kann gewünschtenfalls geändert werden, um die Wahl eines passenden Radius für die Werkzeuge zu erleichtern.

Wie Fig. 3 zeigt, verjüngen sich die Zähne in Achsenrichtung. Am dicksten sind sie dort, wo sie in den eigentlichen Zahnradkörper übergehen. Erreicht wird diese Verjüngung durch Neigen des seitlichen Schnittprofils des Werkzeugs gegenüber der Umlauf-

bei O' liegt. Die Zähne 43 des Zahnrades und die Zähne 44 des Ritzels springen in Achsenrichtung von den Zahnradkörpern aus vor. Um ihre Festigkeit zu

Kreisbahnen 60' gebildet wird. Nun muß aber die Dicke der Messer so begrenzt werden, daß diese durch die Zahnlücken an deren engster Stelle hin-

durchgehen. Aus diesem Grunde reicht die Überlappung in manchen Fällen nicht aus, um einen Grat 65 zu entfernen. Um diesen zunächst stehen bleibenden Grat fortzuschneiden, ist der Messerkopf 57 mit Hilfsmessern 66 ausgerüstet, die in einem zur Messerkopfachse 54 konzentrischen Kreis angeordnet sind und jeweils in anderen Zahnlücken zum Schnitt gelangen als in denjenigen, in welchen die Messer 58 und 61 zum Schnitt kommen. Da die Hilfsmesser noch vor den Messern 58 und 61 zum Schnitt kornmen, bilden sie gewissermaßen Schruppmesser, welche den Messern 58 und 61 einen Teil der Zerspanungsarbeit abnehmen und diese Messer entlasten. Man kann die Messer 66 und ihren Halter als einen

Zahnräder ausgehen. In der Zeichnung sind diese Radien verkürzt wiedergegeben. Die betreffenden Teilkreise 72 und 73 des innenverzahnten Rades und des außenverzahnten Rades schneiden im Punkt? die von den Achsen 69 bis 71 kommenden radialen Linien. Durch den Punkt P verläuft auch die auf der Zahnflanke errichtete Normale 74, auf der die Krümmungsmittelpunkte der kreisbogenförmigen Zahnprofile 67' und 68' liegen.

Die beiden kämmenden Zähne 75 und 76 in Fig. 9, die dem innen- und dem außenverzahnten Zahnrad angehören, haben dieselben Teilkreise 72 und 73 und denselben Teilkreispunkt P. Aber ihre Abmessungen sind geändert. Denn die Zahnköpfe

getrennten Messerkopf ausführen, der zusätzlich zu 15 bzw. Zahnfüße 75 a und 76 b sind langer bemessen

demjenigen mit den Messern 58 und 61 vorgesehen als die Zahnköpfe bzw. Zahnfüße 75 b und 76 a

ist. Es kommt auch nicht darauf an, daß die beiden (dreimal so lang beim vorliegenden Beispiel). Die

Messerköpfe gleichzeitig zum Schnitt kommen oder Profilmitte M sei zunächst so betrachtet, als läge sie

mit der gleichen Drehzahl umlaufen. Praktisch führt bei M' längs der die Achsen 69 und 71 verbindenden

man jedoch das Werkzeug so aus, daß die beiden 20 Geraden. Durch W verläuft die neue Zahnprofil-Mköf l G lf i

Messerköpfe als Ganzes umlaufen, wenigstens zum Schruppen oder zum Schlichten aus dem Vollen.

Die Radien der Messerköpfe zum Verzahnen der Räder 41 und 42 lassen sich nach der Formel

2-

und C-n =

3 τ sin Φ

2- :

errechnen. In dieser ist C₀ der mittlere wirksame

normale (d. h. die Normale für die verschobenen Zahnprofile), die in dieser Lage parallel zur Normalen 74 verläuft und mit 77' bezeichnet ist, wobei sie den Teükreis 72 im Punkt 78 schneidet.

Wenn der mittlere Punkt und die neue Zahnprofilnormale um die Achse 69 gedreht wird, und zwar um einen Winkel Φ _t (ebenso groß wie der Winkel 78, 69, P), so erreichen sie die bei M und bei 77 gezeigte Stellung. In dieser Stellung ist M der Berührungs-

Radius des Messerkopfes für das innenverzahnte 30 punkt der Zahnprofile 75' und 76', und die Normale Rad und C_n der entsprechende Radius für das außen- 77 geht durch den Teilkreispunkt P. Die Abstände verzahnte Rad. R und r bedeuten die betreffenden der Krümmungsmittelpunkte der Zahnprofile 75' und Teilkreisradien des innenverzahnten Rades und des 76' von P längs der Linie 77 mögen die Werte C₀ außenverzahnten Rades und Φ den Eingriffswinkel. und C₁, haben, die durch oben angegebene Formeln Wie ersichtlich, ist der Wert C₀ negativ. Das bedeutet, ₃₅ bestimmt sind, wobei berücksichtigt ist, daß der Eindaß die eigentlichen Zahnflanken der Zähne durch griffswinkel Φ jetzt um den Winkel ^₁ vergrößert ist. das innere Schneidprofil erzeugt werden, wenn das Diese Profilverschiebung kann beliebig weit getrieben Verhältnis der Zähnezahlen des äußeren zum inneren werden, doch am besten nur so weit, daß eine UnterZahnrad größer als 2 ist. schneidung der Zähne vermieden wird, wenn sich

Wie bei außenverzahnten Zahnradpaaren lassen 40 diese der Berührungsstelle (an Punkten entsprechend

sich die Messerkopfradien derart abändern, daß jeder dem Punkt 79 in Fi g. 5) nähern oder sich davon Messerkopf gegenüber den beiden gleichzeitig zu
bearbeitenden Zähnen symmetrisch zu liegen kommt.
In dieser Hinsicht hat man bei Zahnradpaaren mit

Innenverzahnung eine größere Toleranz, ohne die Gleichförmigkeit der Geschwindigkeitsübertragung merklich zu verschlechtern.

In den Fig. 5, 6 und 7 liegt der TeilkreispunktP
in der Mitte des Zahnprofils in dessen Länge gesehen.
Die Zähne haben also insofern normale Abmessungen, 50 der beschriebenen Messerköpfe erläuterten. Wenn in als Zahnkopf und Zahnfuß gleich hoch bemessen den Ansprüchen also von »schneiden« und »Messersind. Einem weiteren Erfindungsmerkmal liegt nun köpfen« die Rede ist, so sollen das auch derartige aber die Erkenntnis zugrunde, daß sich bei Innen- Schleifscheiben und deren Verwendung umfassen. Verzahnung mit gegebener Zahnhöhe und gegebenem In den Fig. 10 und 11 ist ein Untersetzungs-Eingriffswinkel ein Zähnezahlverhältnis erreichen 55 getriebe gezeigt, dessen Gehäuse 80 in Lagern 81 läßt, das sich ohne Gefahr eine Unterschneidung der und 82 eine treibende Welle 83 gegen Quer- und Zähne dem Wert 1:1 viel mehr nähert, wenn zum Längskräfte abstützt. Weitere, nicht dargestellte Lager Zwecke der Profilverschiebung der Zahnkopf höher des Gehäuses dienen zur Aufnahme eines entals der Zahnfuß bemessen wird. sprechend abgestützten angetriebenen Zahnrades 84,

Wie dies z.B. geschehen kann, ist in Fig. 9 ge- 60 das gleichachsig zur Antriebswelle 83 gelagert mit zeigt. Hier ist der Zahn 67 eines innenverzahnten diesem die Achse O gemein hat. Die antreibende Rades wiedergegeben, mit welchem der Zahn 68 des Welle hat einen Exzenter 85 in Gestalt eines Zapfens, Gegenrades im Eingriff steht, wobei beide Zähne in dessen Achse bei O' wiedergegeben ist und auf der üblichen Weise so bemessen sind, daß sie gleich welchem der innere Laufring eines einreihigen Kugelhohe Zahnköpfe 67 a und 68 a und auch gleich hohe 65 lagers 86 sitzt. Der äußere Laufring dieses Lagers ist Zahnfüße 67Z) und 68 b haben. Die Zahnköpfe und an einem Getriebeteil 87 befestigt, dessen Zahnkranz Zahnfüße sind dabei längs der Radien gemessen, die 88 an einem mittleren Eingriffspunkt P mit dem von den betreffenden Achsen 69 und 71 der beiden innenverzahnten angetriebenen Zahnrad 84 im Ein-

entfernen. Gegebenenfalls kann die Profilverschiebung auch so weit gehen, um für andere Zwecke den nötigen Platz zu schaffen.

Statt Messerköpfe gemäß den Fig. 7 und 8 zu verwenden, kann man auch topfförmige oder tellerförmige Schleifscheiben benutzen, deren Schleifflächen derart abgerichtet werden, daß sie Umlaufflächen darstellen, wie die von den Schneidkanten

griff steht. Ferner hat das Getriebeteil 87 einen weiteren Zahnkranz 89, der an einem mittleren Eingriffspunkt P' mit einem Zahnkranz 91 im Eingriff steht, der ortsfest gleichachsig zum angetriebenen Zahnrad am Gehäuse 80 befestigt ist. Die beiden Zahnräder haben gemäß den Fig. 5 und 6 Zähne, die sich in Achsenrichtung verjüngen, wie es Fig. 3 zeigt. Das Getriebeteil besteht aus einem äußeren, den Zahnkranz 89 aufweisenden Ring, der an einer mit dem Zahnkranz 88 versehenen Tragscheibe durch Schweißen oder sonstwie befestigt ist. Die Verbindungsstelle der beiden Teile ist bei 92 gestrichelt angedeutet. Zur Aufnahme des Schubes, der in Achsenrichtung wegen der sich verjüngenden Form der Zähne auf das Getriebeteil ausgeübt wird, ist nun zusätzlich zum Wälzlager 86 ein Laufring 93 angeordnet, auf welchem sich der kegelförmige Umfang des Getriebeteils 87 abwälzt. Der wirksame mittlere Durchmesser der kegelig abgeschrägten Fläche des Getriebeteils 87 gleicht am besten dem Teilkreisdurchmesser des Zahnkranzes 89. In entsprechender Weise gleicht der wirksame mittlere Durchmesser des Laufringes 93 am besten annähernd dem Teilkreisdurchmesser des ortsfesten Zahnkranzes 91. Infolgedessen findet zwischen dem Getriebeteil und dem Laufring eine genaue Abwälzbewegung statt. Um die exzentrische Masse des Getriebeteils 87, des Lagers 86 und des Exzenters 85 auszugleichen, ist auf der treibenden Welle 83 ein Gegengewicht 94 befestigt.

Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes läßt sich leicht nach der Formel

τη = *-

bestimmen. In dieser bedeutet m das Untersetzungs-Verhältnis; T₁ und r, bedeuten die Teilkreisradien der äußeren Verzahnung 89 und der inneren Verzahnung 88 des Getriebeteils 87, und e ist die Exzentrizität, d. h. der Achsen O' und O. So läßt sich mit den in Fig. 10 und 11 gezeigten Verhältnissen, also bei einem Zähnezahlverhältnis von 65 : 60 bei dem äußeren Zahnradpaar und mit einem Verhältnis der Zähnezahlen von 50:45 bei dem inneren Paar und mit demselben Modul für beide Paare, ein Übersetzungsverhältnis von 40:1 erhalten, wie sich aus der folgenden Rechnung ergibt. Dabei ist davon auszugehen, daß jede Größe der Formel, mit Ausnahme von m, mit dem Doppelten des Moduls zu multiplizieren ist.

e = 65-60 oder 50-45 = 5 .

₌₌__60_ 45+5 _ 40 ^m 60-45 5 Γ'

Wie Fig. 10 zeigt, ermöglicht die Gestalt der Zahnräder eine sehr gedrängte Anordnung, insbesondere eine sehr geringe axiale Baulänge. Auch liegen die mittleren Eingriffsstellen P' und P in derselben Querebene mit der Mitte des Lagers 86. In Verbindung mit dem Laufring 93 führt dies zu einer sehr kleinen axialen Belastung des Lagers. Das Getriebeteil 87 wird an seiner Außenseite in allen Richtungen durch die Verzahnung und durch den Laufring 93 festgehalten, und es gelangen keine Kippmomente zur Entstehung. Daher genügt ein einziges Lager 86.

Fig. 10 läßt erkennen, daß beim Entwurf eines solchen Lagers Beschränkungen hinsichtlich der Verhältniswerte lediglich durch ein gegenseitiges Anstoßen zwischen den äußeren Enden der Verzahnung des angetriebenen Rades 84 und den inneren Enden des Zahnkranzes 89 des Getriebeteils 87 gegeben sind. In manchen Fälen kann man eine solche gegenseitige Störung der Verzahnungen durch Abänderung der Abmessungen der Zähne des angetriebenen Rades in der mit Bezug auf Fig. 9 beschriebenen Weise vermeiden, weil dadurch der Außendurchmesser der Verzahnung verringert wird.

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Aus zwei miteinander kämmenden, um parallele Achsen umlaufenden Zahnrädern bestehendes Getriebe, bei welchem mindestens eines der Zahnräder durch die Vereinigung der folgenden, je für sich bekannten Merkmale gekennzeichnet ist:

a) daß die kämmenden Zahnflanken (27) Rotationsflächen sind, deren Achsen (29) parallel zu den Zahnradachsen verlaufen, wobei die geometrischen Achsen der beiden Flanken eines jeden Zahnes im Abstand voneinander liegen, und

b) daß die Zähne in Achsenrichtung von dem Zahnradkörper (20) aus vorspringen und ihre Zahnlücken innen und außen (bei 23 und 24) offen sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein und dieselbe Rotationsfläche (z. B. 32) mit zwei verschiedenen Zähnen angehörigen Zahnflanken (27 a, 27 b) zusammenfällt, von denen die eine im Drehsinne des Zahnrades gesehen auf der Vorderseite und die andere auf der Rückseite ihres Zahnes liegt, wobei die beiden Zähne einander nicht benachbart sind.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsflächen Kegelflächen sind.

4. Getriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahne des im Anspruch 1 gekennzeichneten Zahnrades im Querschnitt je sechs Seiten haben, nämlich außer der Innenseite (45), der Außenseite (46) und den beiden kämmenden Zahnflanken (47) noch neben jeder Zahnflanke (47) eine dazu schräg verlaufende Fläche (48).

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg verlaufende Fläche (48) ebenfalls eine Rotationsfläche ist, die zu der Rotationsfläche der auf der anderen Seite der Zahnlücke gegenüberliegenden Zahnflanke (47) gleichachsig verläuft.

6. Getriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Krümmungsradien (C₀ und C_n) der kämmenden Flanken eines außenverzahnten Zahnradpaares annähernd die nachstehenden

Werte haben und der Begriff -=- + -^- annähernd

Cg Cp

gleich und nicht kleiner ist als der sich aus den folgenden Formeln ergebende Wert

_ 3 r sin Φ , _ 3 r sin Φ
Cet= und C

Cp=

worin R und r die Teilkreisradien der beiden

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Zahnräder und Φ den Eingriffswinkel der Zähne darstellen.

7. Getriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, bestehend aus einem innenverzahnten und aus einem damit kämmenden außenverzahnten Rad, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte C₀ und C₁, annähernd die nach+

stehenden Werte haben und der Begriff

Lg

annähernd gleich und nicht kleiner ist als der sich aus den folgenden Formeln ergebende Wert:

„ 3 r sin Φ , _ 3 r sin Φ

Cg = - und C_p = ,

2 +

worin C₀ und C₁, die mittleren Krümmungsradien der kämmenden Zahnflanken der beiden Zahnräder, R und r deren Teilkreisradien und Φ den Eingriffswinkel der Zähne darstellen.

8. Getriebe nach Anspruch 1 oder irgendeinem der folgenden Ansprüche, insbesondere Getriebe mit einem innenverzahnten Rad mit hohlen Zahnflanken und einem damit kämmenden außerverzahnten Rad mit gewölbten Zahnflanken, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnräder je die Merkmale mindestens eines der Ansprüche 1 bis 5 aufweisen.

9. Getriebe nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Teilkreisdurchmesser des innenverzahnten Rades und des außenverzahnten Rades kleiner ist als das Verhältnis der Krümmungsradien ihrer Zahnflanken.

10. Getriebe nach Anspruch 6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn sich die kämmenden Zahnflanken an dem mittleren Teilkreispunkt (P) berühren, die Achsen der sie bildenden Rotationsflächen (32, 33 bzw. 51, 53) in einer gemeinsamen Ebene (34 bzw. 55) mit dem mittleren Teilkreispunkt (P) liegen, und zwar im Falle der Ansprüche 8 und 9 auf derselben Seite von diesem, aber in verschiedenen Abständen davon.

11. Getriebe mit zwei Zahnradpaaren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß um eine gemeinsame Achse (O) ein Zahnrad (84) und ein Exzenter (85) umlaufen, auf welchem ein mit zwei Zahnkränzen (88, 89) versehener Getriebeteil (87) gelagert ist, dessen Zahnkranz (88) mit dem Zahnrad (84) kämmt, während der andere Zahnkranz (88) mit einem zur gemeinsamen Achse (O) gleichachsigen ortsfesten Zahnkranz (91) im Eingriff steht.

12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß gleichachsig zu dem ortsfesten Zahnkranz (91) ein Laufring (93) angeordnet ist, welcher mit dem umlaufenden Getriebeteil (87) in Berührung steht, der dabei den aus der Verjüngung der Zähne herrührenden Axialschub aufnimmt.

13. Getriebe nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Durch-

messer des Laufringes (93) annähernd dem Teilkreisdurchmesser des ortsfesten Zahnkranzes (91) entspricht und sich daher der umlaufende Getriebeteil (87) auf dem Laufring abwälzt.

14. Getriebe nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Zahnkränze (88 und 89) des exzentrisch gelagerten Getriebeteils (87) etwa in derselben Mittelebene des Lagers (86) liegen, mit welchem der Getriebeteil auf dem Exzenter (85) gelagert ist.

15. Herstellung eines Zahnkranzes des Getriebes nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Anwendung eines zur Herstellung von Klauenkupplungshälften bekannten Verfahrens, bei welchem ein ringförmiges umlaufendes Werkzeug, das achsparallel zu dem nicht umlaufenden Werkstück angeordnet ist, gleichzeitig voneinander abgewandte Flanken (27 a, 2Tb) nichtbenachbarter Zähne in einer Weise herausarbeitet, derzufolge diese Flanken mit einer gemeinsamen Rotationsfläche zusammenfallen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Verwendung eines spanabhebenden Werkzeugs (57) mit einem seitlichen inneren Schneidpronl (62) und einem seitlichen äußeren Schneidprofil (59), von denen das eine die Flanken (47) nichtbenachbarter Zähne (43) bearbeitet, während das andere an den danebenliegenden Zähnen Seitenflächen (48) erzeugt, die nicht zum Kämmen gelangen.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch ein zweites ringförmiges spanabhebendes Werkzeug (66), das zu dem anderen Werkzeug (57) gleichachsig angeordnet ist und in zwei Zahnlücken zum Schnitt kommt, welche von den das andere Werkzeug aufnehmenden Zahnlücken getrennt sind.

18. Verfahren zum Verzahnen eines Zahnradpaares nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Räder (20, 21) des Paares durch ein umlaufendes, ringförmiges spanabhebendes Werkzeug mit zur Zahnradachse paralleler Umlaufachse (31 bzw. 29) verzahnt wird, das gleichzeitig voneinander abgewandte Zahnflanken (27, 28) nicht benachbarter Zähne (25, 26) bearbeitet, wobei die Achse des Werkzeugs in einer Ebene liegt, welche durch den mittleren Teilkreispunkt (P) der herausgearbeiteten Zahnflanken verläuft und zur gemeinsamen durch diesen Punkt verlaufenden Tangentialebene (35) der Teilkreis um den Eingriff swinkel Φ geneigt liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 623 302; französische Patentschriften Nr. 16 551/449 000, 274;

USA.-Patentschriften Nr. 2184232, 2 296 270, 384 582, 2464 914, 2500 723, 2558 203.

Bei der Bekanntmachung ist ein Prioritätsbeleg mit ausgelegt worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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