DE2611544A1

DE2611544A1 - Maschine zum verzahnen von zahnraedern nach dem abwaelzverfahren

Info

Publication number: DE2611544A1
Application number: DE19762611544
Authority: DE
Inventors: Ernst Jacob Hunkeler
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1976-03-18
Publication date: 1976-11-18
Also published as: DE2611544C2; GB1510600A; US3971293A; FR2309298B1; CH605003A5; DE7608419U1; FR2309298A1

Description

Maschine zum Verzahnen von Zahnrädern nach dem Abwälzverfahren

Die Erfindung betrifft eine Maschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Bauart. Man verwendet solche Maschinen zum Beispiel zum Fräsen von Kegel- oder Hypoidzahnrädern mit Spiralverzahnung. Xäßt man dabei den in der Wiege gelagerten Messerkopf um seine Achse in derjenigen Richtung umlaufen, bei der sich ein Gleichlauffräsen ergibt, dann übt jedes einzelne Messer durch seine Schnittkraft auf das Werkstück und die Werkstückspindel ein Drehmoment aus, das in der UmIaufrichtung des Werkstücks wirkt. Wenn jedes Messer zu schneiden beginnt, sucht es also die Werkstückspindel vorübergehend schneller zu drehen, als es der Abwälzgetriebezug gestattet, der die Werkstückspindel in einer bestimmten zeitlichen Abhängigkeit von der Drehung der Wiege in Umlauf versetzt. Diese pulsierende Schnittkraft sucht a^_N 609847/0274

daher den Abwälzgetriebezug laufend zu spannen und wieder zu entspannen und damit das in diesem Getriebezug herrschende Spiel abwechselnd erst in der einen Richtung und dann in der anderen Richtung aufzunehmen. Das führt aber dazu, daß das auf die Werkstückspindel wirkende Antriebsmoment pulsiert und ein Rattern hervorruft. Infolgedessen ergibt sich ein ungleichmäßiger und unsauberer Schnitt und eine unbefriedigende Lebensdauer des Messerkopfes. Es kann sogar dazu kommen, daß der Messerkopf bricht und die Maschine beschädigt wird.

Um das zu vermeiden, hat man bisher auf die Werkstückspindel ein ständiges Bremsmoment ausgeübt. Dieses sollte die Spindel jederzeit hinreichend belasten, um das Spiel im Abwälzgetriebezug stets in der normalen Antriebsrichtung aufzunehmen. Derartige Bremsen der Werkstückspindel unterliegen aber einem ungleichmäßigen Verschleiß und bedürfen daher häufiger Einstellung und ständiger Wartung. Das maefet besonders bei Schruppvorgängen Schwierigkeiten, bei denen der Messerkopf schwer belastet ist und daher die Bremse ein hohes Bremsmoment erzeugen muß.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei Maschinen der eingangs erläuterten Bauart das Spiel im Abwälzgetriebezug auf andere Weise als durch das übliche Abbremsen des Messerkopfes aufzunehmen. Erfindungsgeaäß ist diese Aufgabe durch die im Hauptpatentanspruch gekennzeichnete Ausgestaltung der Maschine gelöst.

Statt also in den Terzahnungen des Abwälzgetriebezuges ständig die antreibenden Zahnflanken durch eine auf die Werkstückspindel wirkende Bremse in Anlage «neinander zu halten, ist an den. Abwälzgetriebezug ein Hilfsantrieb, z.B. ein Hilfsmotor, derart angeschlossen, daß dieser die entgegengesetzten Zahnflanken, also die "Schubflanken",

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OfHGtNAL INSPECTED

in Anlage aneinanderhält, und zwar durchweg in dem ganzen gewöhnlich recht langen Abschnitt dieses Getriebezuges, der die Werkstückspindel antreibt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Anschlußstelle an der im Abwälzgetriebezug befindlichen Schnecke jenseits des die Werkstückspindel antreibenden Schneckenrades. Der Hilfsantrieb sucht daher den Abwälzgetriebezug von dieser Schnecke aus anzutreiben und dieses Antriebsmoment überträgt sich durch den ganzen Abwälzgetriebezug von der die Werkstückspindel treibenden Schnecke aus bis zu demjenigen Ende des Abwälzgetriebszuges, an welchem der Hauptantrieb angreift. Dieser Hilfsmotor ist ein Wendemotor, und dieser wird so umgesteuert, daß sein Antriebsmoment synchron mit dem Hauptantrieb des Abwälzgetriebezuges wirkt. Beide, der Hauptantrieb und der Hilfsantrieb, wirken also auf den Abwälzgetriebezug gleichzeitig in derselben Richtung treibend ein. Wirkt der Messerkopf im Gleichlauf auf das Werkstück, dann übt der Hilfsantrieb sein Drehmoment auf den Abwälzgetriebezug in derselben Richtung aus, in welchem die Schnittkräfte der Messer den Abwälzgetriebezug anzutreiben suchen. Dieses vom Hilfsmotor ausgeübte Drehmoment bleibt ständig wirksam, also auch zwischen den einzelnen von den Messern ausgeführten Schnitten und bietet daher Gewähr dafür, daß im Abwälzgetriebezug stets diejenigen Zahnflanken in Anlage aneinander verbleiben, die für gewöhnlich die schiebenden Zahnflanken sein würden.

In den Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, zeigen

Fig. 1 schaubildlich eine erfindungsgemäß ausgestaltete Maschine zum Verzahnen von Kegel- und Hypoidzahnrädern mit Spiralverzahnung,

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Fig. 2 das¹ Getriebeschema der Maschine der Fig. 1 mit dem Hauptantrieb und dem Hilfsantrieb des Abwälzgetriebezuges und

Fig. 3 eine schematische Ansicht der Werkstückspindel, des Messerkopfes, der die Spindel des Messerkopfes tragenden Wiege und den Abwälzgetriebezug, wobei die Richtungen des Umlaufes und der Drehmomente angegeben sind.

In dem auf dem Bett der Maschine befestigten Gehäuse 4 ist um eine Achse 6 drehbar eine Wiege 2 gelagert, die exzentrisch zu ihrer Achse den umlaufenden Stirnmesserkopf 8 trägt. Dieser wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Motor 12 angetrieben, der zusätzlich zu dem die Wiege antreibenden Motor vorgesehen ist, obgleich bei den meisten Maschinen derselbe Motor zum Antrieb der Wiege und des Messerkopfes dient. Der den Messerkopf antreibende Motor 12 ist mit dem Messerkopf über einen Riementrieb 14 und Zahnräder 16, 18, 20 und 22 verbunden.

Die das zu verzahnende Werkstück tragende Werkstückspindel 24 läuft in zeitlicher Abhängigkeit von der Drehung der Wiege um und ist zu diesem Zweck mit der Wiege durch einen Getriebezug verbunden, der die Abwälzbewegung überträgt. Dieser Getriebezug enthält ein an der Wiege befestigtes Schneckenrad 26, die zugehörige, im Wiegengehäuse drehbar gelagerte Schnecke 28, die auf einer Welle 30 befestigt ist, Zahnräder 32, eine Wechselradgruppe 34, ein der Teilschaltung dienendes Differentialgetriebe 3b, ein Kegelradpaar 38, 40, Wechselräder 42 zum Ändern der Teilschaltung, eine Schnecke 44 und das zugehörige, auf der Werkstückspindel befestigte Schneckenrad 46. Zum Erzeugen der Abwälzbewegung dient ein Hauptantrieb in Gestalt eines Wendemotors 48, der an der Hauptanschlußstelle 50 durch

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einen Riementrieb mit dem Abwälzgetriebezug gekuppelt ist. Diese Hauptantriebsstelle 50 liegt im Getriebezug zwischen der Werkstückspindel 24 und der Wiege 2. Dieser Hauptantrieb treibt den Abwälzgetriebezug abwechselnd in beiden Richtungen an. Bei dem Motor 48 handelt es sich um einen Gleichstrommotor oder um einen Hydromotor eines nicht näher dargestellten Flüssigkeitsgetriebes. Das Umsteuern des Hauptantriebsmotors 48 erfolgt bei jedem Abwälzvorgang durch Grenzschalter 52 und 5^ am Gehäuse 4, die durch Anschläge 56 und 58 der Wiege 2 in bekannter Weise geschaltet werden und die Endpunkte der Wiegenbewegung bestimmen. Die Anschläge sind zu diesem Zweck einstellbar an der Wiege angebracht. Ferner hängen die Endpunkte der Wiegenschwingung vom Wechselgetriebe 3^ ab, welches das Übersetzungsverhältnis des Abwälzgetriebezuges bestimmt. Auch das Teilschaltgetriebe 42 hat Einfluß auf die Lage der Endpunkte der Wiegenschwingung. Nach jeder Hin- und Herschwingung der Wiege wird der Planetenradträger 60 des der Teilschaltung dienenden Differentialgetriebes 36 durch eine Teilschal tvorrichtung 62 angetrieben und erfährt dadurch eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen. Das hat zur Folge, daß die Werkstückspindel 24 gegenüber der Wiege 2 um einen bestimmten TeiIschaltwinkel weiter geschaltet wird. Gewöhnlich entspricht dieser Schaltwinkel einer Teilung der Verzahnung des Werkstücks. Die Teilschaltvorrichtung 62 kann ein Malteserrad enthalten, dessen .Schaltglied durch den Abwälzgetriebezug angetrieben wird, oder kann durch einen besonderen Motor angetrieben werden, der unter Steuerung durch die Grenzschalter 52, 5¹* der Wiege absatzweise ingang gesetzt wird oder auch durch einen Grenzschalter 62 gesteuert wird (Fig. l), der durch Rückzug des Schlittens 64 geschaltet wird, der auf dem Bett. 3 der Maschine geführt ist und die Werkstückspindel trägt.

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Wie bereits erwähnt, war es bisher üblich, die Werkstückspindel mit einer Bremse zu versehen, welche auf die Spindel ständig ein Lastmoment ausübt. Wenngleich diese Bremsen ihren Zweck erfüllen, haben sie doch manche Schwierigkeiten mit sich gebracht. Bei der hier beschriebenen Bauart der Maschine ist nun anstelle der Bremse ein Hilfsantrieb in Gestalt eines Antriebmotors 66 für den Abwälzgetriebezug vorgesehen. Er greift an diesem an einer Hilfsanschlußstelle 68 mittels eines Riementriebes an. Diese Hilfsanschlußstelle befindet sich an der Schnecke 44, welche die Werkstückspindel 24 antreibt, also am entgegengesetzten Ende des Abwälzgetriebezuges wie die Hauptanschlußstelle 50„ Indessen kann die Hilfsanschlußstelle auch zwischen der Schnecke 44 und den Teilschalträdern 42 liegen. Das Haupterfordernis ist es, daß diese Hilfsanschlußstelle sich dicht an demjenigen Ende des Abwälzgetriebezuges befindet, das von der Werkstückspindel 24 gebildet wird, und zwar entweder vor oder hinter der Schnecke 44. Erzeugt dieser Hilfsantriebsmotor ein Drehmoment, so wirkt dieses auf den Abwälzgetriebezug in der gleichen Drehrichtung, in welcher der Abwälzgetriebezug durch den Hauptantriebsmotor 48 in Umlauf versetzt wird.

Wie nun der Hilfsantriebsmotor das Spiel im Abwälzgetriebezug aufnimmt, während die Verzahnung beim Abwälzen erzeugt wird, sei nunmehr anhand der Figur 3 erläutert. In dieser sind die Wiegenachse 6 und die Achse 70 der Werkstückspindel 24 schematisch so dargestellt, als seien sie gleichachsig zueinander gelegen, (in Wirklichkeit schneiden sich diese Achsen beim Erzeugen von Spiralkegelrädern. ) Auch der Stirnmesserkopf 8 mit seiner Achse 10 ist in derjenigen Lage gegenüber dem Werkstück dargestellt, die für diese Maschine typisch ist. Die in Figur 3 gezeigte Ansicht ergibt sich, wenn man von der Rückseite des Messer-

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kopfes her auf die Wiege und auf die Verzahnung des Werkstücks 72 blickt, das auf dem vorderen Ende der Werkstückspindel 2h eingespannt ist.

Erfolgt nun der FräsVorgang im Gleichlauf, dann werden die Zähne am Werkstück 72 beim Aufwärtswälzen herausgefräst, also beim Drehen der Wiege 2 und des Werkstücks 72 im Uhrzeigersinn mit Bezug auf Figur 3« Ein rechtsgängiger Messerkopf 8, der hierbei verwendet wird, erzeugt daher am Werkstück 72 eine rechtsgängige Spiralverzahnung. Dank der Einstellung auf den Fußwinkel (was in Fig. 3 nicht gezeigt ist) kommt der Messerkopf 8 am Werkstück 72 an der Stelle lh und nicht an der Stelle 76 zum Schnitt.

Jedesmal, wenn ein Messer am Werkstück 72 angreift, wirkt auf den Messerkopf entgegen der Schnittrichtung eine Gegenkraft 78, die sich dem Umlauf der Wiege 2 widersetzt und daher die Triebflanken 27 der Schnecke 28 in Anlage am Schneckenrad 26 hält. Infolgedessen gilt es für alle im Umlaufgetriebezug zwischen der Hauptanschlußstelle 50 und dem Schneckenrad 26 liegende Verzahnungen, daß sie mit den normalen Triebflanken aneinanderliegen. Die Gegenkraft 78, die auf die Wiege wirkt, sucht also jedes Spiel in dem die Wiege antreibenden Abschnitt des Getriebezuges aufzunehmen. Jedes Messer übt aber auf das Werkstück die Schnittkraftkomponente 80 aus und erzeugt dadurch ein Drehmoment auf die Werkstückspindel 2h und sucht daher diese und ihr Schneckenrad 46 in der Vorwärtsrichtung anzutreiben. Würde nun der Hilfsantriebsmotor 66 fehlen, dann würde das durch die Kraftkomponente 80 ausgeübte Drehmoment infolge ihrer Wirkung auf die Schnecke hh das Abtriebsende des Abwälzgetriebezuges entlasten und die Zähne der verschiedenen treibenden Zahnräder dazu veranlassen, sich schneller zu drehen suchen. Die Triebflanken der Verzahnungen würden

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dadurch außer Eingriff kommen. Eine solche Spielaufnahme ist darum möglich, weil alle üblichen Zahnradpaare im Abwälzgetriebezug ein gewisses Spiel aufweisen. Jedesmal, wenn ein Messer des Messerkopfes seinen Schnitt beendet hat und dann die Kraft 80 wieder erlischt, würde der Antrieb der Werkstückspindel wieder von der Hauptanschlußstelle aus durch den Hauptantriebsmotor 48 erfolgen, und das hätte dann zur Folge, daß die Zahnräder im Getriebezug wieder mit ihren Triebflanken zur Anlage aneinander gelangen. Das würde jedoch nur solange währen, bis das nächste Messer wieder zum Schnitt kommt. Es würde also ein ständiger Wechsel in der Beiastungsrichtung stattfinden und dadurch würde der Abwälzgetriebezug laufend in Drehrichtung gespannt und dann wieder entspannt und in der Gegenrichtung gespannt werden. Das würde also zu einem Rattern und Schwingen führen, was einen unsauberen Schnitt und möglicherweise eine Beschädigung des Werkstücks und des Messerkopfes zur Folge hätte.

Diese Fehlwirkung wird nun in neuartiger Weise durch den Hilfsmotor öö verhindert, indem dieser auf die Schnecke ein ständiges Drehmoment in der Vorwärtsrichtung ausübt. Dieses Drehmoment wirkt also in der gleichen Richtung auf die Schnecke 44, wie die Schnittkraftkomponente 80, die durch jedes der aufeinanderfolgenden Messer erzeugt wird. Die Stärke des Motors 66 wird so bemessen, daß sein Antriebsmoment ausreicht, um die Werkstückspindel 24 und den ganzen Abschnitt des Abwälzgetriebezuges von der Werkstückspindel zurück bis zur Hauptanschlußstelle 50 unter Spannung zu halten. Doch ist das Drehmoment des Hilfsantriebmotors 66 nicht groß genug, um etwa die Wiege 128 zusätzlich zu dem Antrieb in Drehung zu versetzen, den der Hauptmotor 48 ausübt. Während also das Drehmoment des Hilfsmotors 66 zu schwach ist, um den ganzen Abwälzgetriebezug zu beherrschen,

reicht es doch aus, um die Schubflanken aller Verzahnungen in Anlage aneinander zu halten, die sich in demjenigen Abschnitt des Abwälzgetriebezuges befinden, der zwischen der Schnecke 44 und der Hauptanschlußstelle 50 liegt. Da dieser Abschnitt keinem Kraftwechsel unterworfen ist, wird der schädliche Wechsel der Spielaufnahme vermieden.

Im übrigen Abschnitt des Abwälzgetriebezuges zwischen der Hauptanschlußstelle 50 und der Wiege 2 findet ein Wechsel des Spiels ohnehin nicht statt. Mithin hat die Verwendung des Hilfsmotors 66 nur den Erfolg, daß im ganzen Abwälzgetriebezug das Spiel ständig aufgenommen bleibt.

Die Erfindung ist in keiner Weise auf Maschinen beschränkt, die Kegel- und Hypoidzahnräder verzahnen, sondern auch auf andere Verzahnungsmaschinen anwendbar, die nach dem Afcwälζverfahren wirken und bei denen infolge einer laufend unterbrochenen Schnittwirkung die Spielaufnahme im Abwälzgetriebe den geschilderten Schwierigkeiten unterliegt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.J Maschine zum Verzahnen von Zahnrädern nach dem Abwälzverfahren mit einem Messerkopf, dessen Spindel in einer Wiege gelagert ist, die mit der Werkstückspindel durch einen die Abwälzbewegung übertragenden Getriebezug verbunden ist und durch diesen in zeitlicher Abhängigkeit von der Werkstückspindel in Drehung versetzt wird, und mit einem Hauptantrieb, der mit dem Getriebezug an einer Hauptantriebsstelle verbunden ist, die zwischen der Werkstückspindel und der Wiege liegt und den Getriebezug mindestens in einer Richtung antreibt, gekennzeichnet durch einen Hilfsantrieb (66), der den die Abwälzbewegung übertragenden Getriebezug (26-46) in derselben Richtung wie der Hauptantrieb (48) antreibt und an den Getriebezug an einer Hilfsantriebsstelle (68) angeschlossen ist, die entfernt von der Hauptantriebsstelle (50) dicht an demjenigen Ende des Getriebezuges (26-46) liegt, an dem sich die Werkstückspindel (24) befindet.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptantrieb und der Hilfsantrieb je von einem Wendemotor (48, 66) gebildet werden.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsanschlußstelle zwischen der Hauptanschlußstelle und der Werkstückspindel (24) liegt.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß sich die Werkstückspindel (24) im Getriebezug zwischen der Hauptanschlußsteile (50) und der Hilfsanschlußstelle (68) befindet.

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5. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haliswendemotor (66) ein geringeres Drehmoment aufweist als der Hauptwendemotor

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