DE282329C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

|v PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 49«. GRUPPE

GEORG DUFFING in BERLIN-SÜDENDE. Schneckenfräser zur Herstellung von Zahnrädern. Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. Oktober 1912 ab.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen zur Herstellung von Zahnrädern dienenden Schneckenfräser, der im Gegensatz zu den bisher gebräuchlichen Schneckenfräsern die Herst el lung einer fehlerlosen, theoretisch genauen Evolventenverzahnung gestattet. Dies war bisher aus verschiedenen Gründen nicht möglich, weshalb auch die Meinungen über die Vor- und Nachteile der Schneckenfräser sehr geteilt

ι ο waren.

Der Hauptnachteil bei den bekannten Schnekkenfräsern liegt darin, daß ihre Form durch den Härteprozeß erheblich verändert wird, und die Form und Lage der Schneidkanten nach dem Härten nicht mehr verbessert werden kann, weil die Hinterdrehung des Fräsers vor dem Härten erfolgen muß.

Abgesehen von der Formveränderung infolge des Verziehens kann jedoch der bisher gebräuchliche Schneckenfräser schon aus theoretischen Gründen infolge seiner Grundform keine genauen Evolventen ■ erzeugen. Bekanntlich erfolgt, wenn man mit einem Schneckenfräser ein Zahnrad herstellt, das Schneiden der Zähne nach dem Abwälzverfahren. Die Kontur des Fräsers in der Richtung der herzustellenden Zähne ergibt' hierbei ein Zahnstangenprofil, das in die Zähne des herzustellenden Zahnrades eingreift und sich bei Drehung der Fräserachse und der Radachse langsam weiterbewegt. Sollen also genaue Evolventenzähne entstehen, so müßte auch das Zahnstangenprofil genau der Evolventenverzahnung entsprechen, d. h. die Zahnflanken des Zahnstangenprofiles müßten genau gradlinig verlaufen. In Wirklichkeit ist dies jedoch bei dem bisher gebräuchlichen Schneckenfräser nicht der Fall. Die Kontur des letzteren weicht von der Geradlinigkeit ab (z. vergl. »Die Grundlagen der Zahnrad-Bearbeitung« von Dr.-Ing. Curt Barth, Berlin, Julius Springer, 1911, Seite 16ff.). Infolgedessen kann auch das beim Arbeiten des Schneckenfräsers auftretende Abwälzverfahren keine genauen Evolventenzähne ergeben.

Der Schneckenfräser in seiner bisherigen Form erzeugt somit keine genauen Evolventen. Es ist ferner sehr mühsam, die Form der erzeugten Zähne vorauszubestimmen bzw. die Abweichungen von der genauen Zahnform mit einiger Sicherheit zu schätzen.

Um diese bekannten Fehler einigermaßen zu vermeiden, hat man sich bisher bemüht, an den Schneckenfräsern Korrekturen anzubringen, und zwar sowohl an der Grundform des Fräskörpers vor dem Härten als auch an den Schneidkanten nach dem Härten. Alle diese Korrekturen konnten jedoch die Fehler nicht vollständig beseitigen, weil die Grundform des schneckenförmigen Fräskörpers eine theoretisch falsche war.

Bisher hat man nämlich zur Herstellung dieser Grundform eine windschiefe Schraubenfläche benutzt. Eine solche ist beispielsweise in Fig. ι und 2 der Zeichnung zur besseren Veranschaulichung dargestellt. Sie entsteht dadurch, das von allen Punkten einer Schraubenlinie a-b-c, die auf der Oberfläche eines den Radius r besitzenden Kreiszylinders verläuft, tangential zum letzteren eine Gerade c-d, C₁-(I₁ usw. unter einem konstant bleibenden aber beliebig gewählten Winkel gegen die Grundebene gezogen wird. Diese Gerade ist die

Erzeugende der Schraubenfläche. In der Grundebene ergibt sich als wagerechter Schnitt der Schraubenfläche eine Spirale e-f-.g. Die Kontur b-h der Schraubenfläche verläuft nach einer Kurve, welche als Hüllkurve der erzeugenden Geraden in den verschiedenen Lagen der letzteren entsteht. Die Kontur b-h bildet eine räumliche Kurve, wie aus Fig. ι und 2 hervorgeht.

Nach einer derartigen windschiefen Schraubenfläche ist bei den bisher gebräuchlichen Schneckenfräsern der Fräskörper gebildet. Es ist klar, daß die nach einer räumlichen Kurve {b-h in Fig. 1 und 2) verlaufende Kontur eines derartigen Schneckenfräsers niemals genaue Evolventenzähne zu schneiden gestattet.

Die vorliegende Erfindung sucht nun die Aufgabe zu lösen, dem schneckenförmigen Fräskörper eine Grundform zu geben, bei welcher durch die schneidenden Kanten genaue Evolventenzähne erzeugt werden können. Zu diesem Zwecke wird als Grundform des Fräskörpers nicht eine windschiefe, sondern eine abwickelbare Schraubenfläche benutzt, weil nur die letztere eine geradlinige Kontur besitzt. Ein® solche abwickelbare Schraubenfläche ist'in Fig. 3 und 4 für dieselbe Schraubenlinie a-b-c veranschaulicht. Sie entsteht durch Schraubung einer Geraden derart, daß die letztere stets nicht allein zum Kreiszylinder, sondern auch zur Schraubenlinie selbst tangential bleibt. Die Erzeugende ist mithin die an die Schraubenlinie a-b-c gezogene Tangente c-d, C₁-(I₁ usw. in ihren verschiedenen Lagen. Die Kontur i-h wird in diesem Falle durch eine bestimmte Lage der Erzeugenden selbst gebildet. Die Kontur bildet also keine räumliche Kurve, sondern verläuft vollständig geradlinig. Die abwickelbare Schraubenfläche ist die einzige Schraubenfläche mit geradliniger Kontur.

Im Grundriß entsteht als wagerechter Schnitt der Schraubenfläche eine Kreisevolvente e-f-g.

Bildet man nun die Erzeugenden einer

derartigen abwickelbaren Schraubenfläche zu Schneidkanten eines Schneckenfräsers aus, so arbeiten' diese Kanten in dem Augenblick, in¹ welchem sie mit der Kontur zusammenfallen, auf ihrer ganzen Länge, d. h. die Schneidkante selbst ist Zahnerzeugende, und es ergibt sich derjenige Arbeitsvorgang, den man ursprünglich beim Wälzverfahren zu erreichen suchte. Aus Fig. 3 läßt sich dies leicht ersehen, denn dort ist Kontur und Erzeugende bzw. Schneidkante gleichbedeutend, während bei Fig. 1 nut ein Punkt der Erzeugenden in die Kontur fällt, der Berührungspunkt der Erzeugenden mit der Kontur, der beim stetigen Durchgang der Erzeugenden durch die . Kontur auf der Erzeugenden wandert.

Ein derartiger Schneckenfräser ist in. Fig. 7 und 8 in einer Ausführungsform dargestellt.

Der schneckenförmig verlaufende Fräskörper ist durch Schnitte, die parallel zur Achse geführt .sind, in einzelne Zähne A. I getrennt, welche, wie noch beschrieben werden soll, abwechselnd verschiedene Größe besitzen und an ihren Vorderflächen die geradlinig verlaufenden Schneidkanten m bzw. η tragen.

Bei einer abwickelbaren Schraubenfläche ist es im Gegensatz zu einer windschiefen nicht möglich, daß die Verlängerung der Schneidkanten die Achse trifft. Während bei den bekannten Fräsern die Schneidkanten unter Umständen durch die Fräserachse gehen können, müssen sie bei dem neuen Fräser als die Erzeugenden einer abwickelbaren Schraubenfläche stets einen Kreiszylinder mit dem Radius r berühren, welcher durch die Ganghöhe des Fräsers und die Neigung der Schneidkanten bestimmt ist, wie dies in Fig. 7 angedeutet ist. Die Berührung findet für die Schneidkante in auf der entgegengesetzten Seite des Preiszylinders statt als für die Schneidkante ti, was seinen Grund in folgenden Umständen hat.

In Fig. 6 ist ein Schneckengang des Fräskörpers in vergrößertem Maßstabe veranschaulicht. Die Köpfe sämtlicher Fräszähne liegen zwischen den beiden parallelen Schraubenlinien 0-0 und p-p, die Basis der Fräszähne zwischen den parallelen Schraubenlinien q-q und s-s. Die Fräszähne Ik, Ik bewegen sich bei der Drehung des Schneckenfräsers in der eingezeichneten Pfeilrichturg. Jeder dieser Fräszähne besitzt zwei seitliche Flanken, welche schräg abfallen und vor dem noch zu erläuternden Hinterschleifen auf den abwickelbaren Schraubenflächen liegen sollen. Der erste Fräszahn I weist auf seiner linken Seite (links und rechts in der Bewegungsrichtung gedacht) vorn die Schneidkante η auf, welche die Erzengende der abwickelbaren Schraubenfläche ist. Der höchste Punkt der Schneidkante η ist der Punkt i, der auf der Schraubenlinie 0-0 liegt. Die rechte Flanke ^₁ des gleichen Schneidzahnes mit der Vorderkante U₁ ist dagegen zum Schneiden nicht brauchbar. Dies hat seinen Grund darin, daß die Schraubenfläche auf beiden Flanken im gleichen Sinne steigend, also entweder nur rechts steigend oder nur links steigend sein muß. Wenn also die erzeugende Schneidkante η auf der linken Flanke den Kreiszylinder mit dem Radius r vorn berührt, so müßte auf der anderen Flanke die Erzeugende denselben Kreiszylinder auf der entgegengesetzten Seite, also hinten berühren, wie es in Fig. 7 bei einem rechts liegenden Zahn I durch die punktierten Linien 6 und 7 angedeutet ist; denn beide Schneidkanten sind, wie das Profil des Fräscrzahncs zeigt, im gleichen Winkel zur Fräserachse geneigt. Eine solche Stellung ist aber bei einer Schraubenlinie, wie die Fig. 3 und 4 erkennen lassen,

nur möglich, wenn die eine Erzeugende c-d den Zylinder vorn, die andere i-h hinten berührt. Sollen daher beide Kanten-eines Zahnes zum Schneiden ausgebildet werden, so würde dieses schwer ausführbare Formen des Schneidzahnes ergeben.

Aus diesem Grunde ist gemäß Fig. 6 der vorderste Schneidzahn I nur an seiner linken Flanke mit der Schneidkante η versehen,

ίο während die rechte Flanke abgeschliffen ist und nicht schneidet. Umgekehrt ist beim folgenden Zahn k die rechte Flanke u mit der theoretisch richtigen Schneidkante m versehen, während die linke Flanke U₁ abgeschliffen ist.

Diese Hinterschlifflächen t und μ sind Ebenen, und von der Grundform bleiben wie bei jedem Fräser -nur die Schneidkanten übrig, welche hier Erzeugende einer abwickelbaren Schraubenfiäche sind.

Es kann daher ev. die Herstellung des genauen, durch eine abwickelbare Schraubenfläche gebildeten Grundkörpers entfallen, falls die ebenen Begrenzungsflächen der Schneidzähne unmittelbar durch eine Spezialschleifmaschine erzeugt werden.

Die höchsten Punkte 1 aller linken Schneidkanten η liegen sämtlich auf der Schraubenlinie 0-0. Die höchsten Punkte 2 aller rechten Schneidkanten m liegen sämtlich auf der Schraubenlinie -p-p. Die Schneidzähne sind demgemäß abwechselnd nach links und rechts gegeneinander versetzt angeordnet.

Hieraus ergibt sich auch ohne weiteres, daß die Schneidzähne gemäß Fig. 7 abwechselnd nacheinander verschiedene Größe und Form besitzen. Die Schneidzähne I besitzen Schneidkanten n, welche den Zylinder mit dem Radius r vorn berühren. Dagegen besitzen die Zähne k Schneidkanten m, welche den gleichen Zylinder hinten berühren. Wird bei beiden Zähnen die Stärke an der Stelle, wo sie sich an die Fräsernabe ansetzen (Fig. 7), gleich groß gemacht, so ergibt sich, wie die Figur erkennen läßt, daß die Zähne / und k am Kopfe verschiedene Stärke erhalten.

Die Wahl der abwickelbaren Schraubenfiäche bietet noch den besonderen Vorteil, daß der schneckenförmige Grundkörper nach dem Härten durch Schraubung einer ebenen Schleif-"

'50 scheibe theoretisch genau hergestellt bzw. kontrolliert werden kann.

In Fig. 7 ist beispielsweise das Hinterschleifen der Schneidkante des Zahnes I durch die zugehörige Schleifscheibe in der Stellung 17 veranschaulicht. Die Schleifscheibe kann bei dieser Arbeit gleichzeitig dazu benutzt werden, die auf derselben Seite liegende unbrauchbare Flanke des nächstfolgenden Zahnes k abzii-' schleifen. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß demgemäß die linken Seitennanken t und % der beiden Schneidzähne I und k durch diegleiche ebene Schleifscheibe abgeschliffen sind. Die obere Begrenzungskante 3 der Flanke t liegt infolgedessen in gleicher Richtung wie die obere Begrenzungskante 4 der Flanke U₁ ; das Gleiche gilt von den unteren Begrenzungskanten.

Ebenso wird natürlich auch auf der entgegengesetzten Flanke beim Hinterschleifen des einen Zahnes k gleichzeitig die unbrauchbare Flanke des nächstfolgenden Zahnes I abgeschliffen. In Fig. 7 ist beispielsweise die Stellung vi; der Schleifscheibe beim Schleifen der theoretisch richtigen Flanke des Schneidzahnes k und der unbrauchbaren Flanke des Schneidzahnes I dargestellt. Hieraus ergibt sich dann die versetzte Anordnung der Zähne gemäß Fig. 6.

Die Gestalt der abwickelbaren Schraubenfiäche ermöglicht es ferner, daß auch die Schneidkanten nach dem Härten exakt durch Schleifen hergestellt werden können. Infolgedessen entfällt das ganze bei den früheren Schneckenfräsern notwendige Hinterdrehverfahren. Das Hinterschleifen kann auch auf den Kopf der Fräserzähne angewandt werden. indem gemäß Fig. 7 die Kopfflächen w und χ der Schneidzähne k und I geradlinig abgeschliffen werden. Dies erfolgt zweckmäßig derart, daß der Schneidwinkel α bei beiden Zähnen ungefähr gleiche Größe besitzt. Da die arbeitende Schneidkante auf der theoretisch richtigen abwickelbaren Schraubenfläche liegt, so behält die Schneidkante selbst nach Abnutzung beim Nachschleifen immer noch eine theoretisch richtige Lage bei. Die Herstellung genauer Evolventenzähne ist hierdurch dauernd gewährleistet.

Die Herstellung der Scliraubenfläche auf der Drehbank erfolgt so, daß der geradlinige Fassonstahl nicht; wie bei der windschiefen Schraubenfläche in einer achsialen Ebene liegt, sondern in einem kürzesten Abstand r die Drehachse des Schneckenfräsers kreuzt. Aus diesem Abstande r und der Steigung des Schneckenfräsers ergibt sich dann der Winkel, unter dem die Schneidkante des Stahles die Achse des Werkstückes, in diesem Falle des Fräsers, kreuzt. Die Herstellung durch Schleifen nach dem Härten erfolgt, wie erwähnt, durch Schraubung einer ebenen Schleifscheibe, welche mit der Achse des Schneckenfräsers den Steigungswinkel einschließt.

Die Geradlinigkeit der Kontur (Fig. 3, Linie b-h im Gegensatz zu der gekrümmten Kontur b-h in Fig. 1) ermöglicht es endlich, daß auch das Schneiden eines Zahnrades-mit Hilfe eines derartigen Schneckenfräsers wesentlich einfacher als bisher erfolgen kann. Bisher mußte, damit die Kontur des Fräsers, gesehen in der Richtung des Radzahnes, möglichst wenig von einer geraden Linie abwich, der Schneckenfräser y in einem Winkel zur Ebene des Zahnrades

eingestellt werden. Bei dem neuen Fräser, bei welchem die Kontur genau geradlinig \^erläuft, ist es möglich, die Achse des Fräsers, wie Fig. 6 zeigt, parallel zur Radebene ζ einzustellen, was für die Werkstatt eine sehr große Vereinfachung bedeutet.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Schneckenfräser zur Herstellung von Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundform des schneckenförmigen Fräskörpers durch abwickelbare Schraubenflächen gebildet wird, deren Erzeugenden als geradlinige Schneidkanten (m und n) benutzt werden.
2. 2. Eine Ausfülu'ungsform des Schneckenfräsers nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidzähne (I und k) abwechselnd nacheinander immer nur an der einen oder anderen Flanke mit der Schneidkante (;t bzw. m) versehen sind und die Verlängerungen der aufeinanderfolgenden Schneidkanten (n und m) die Fräserachse abwechselnd auf verschiedenen Seiten kreuzen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.