DE321993C - Zahnrad - Google Patents

Description

Zahnräder, die den heute gestellten hohen Anforderungen Genüge leisten sollen, müssen generiert, d. h. gemäß dem sogenannten Wälzprinzip hergestellt sein. Bei zylindrischen Zahnrädern, sogenannten Stirnrädern, kann man sich dies durch Abrollen eines Zylinders auf einer geraden Erzeugungszahnstange und bei Kegelrädern durch Abrollen eines Kegels auf einem sogenannten Erzeugungsrad ausgeführt denken.

Solche nach "dem Wälzverfahren hergestellten Zahnräder bieten bekanntlich gegenüber Zahnrädern, welche z. B. durch Fräsen mittels eines Profilfräsers oder gemäß irgendeinem anderen ähnlichen Verfahren hergestellt sind, erhebliche Vorteile. Diese liegen in der Hauptsache zum Teil in einer einfacheren und gleichzeitig genaueren Herstellung und teils auch in einem vollkommeneren Zahneingriff der miteinander zusammenarbeitenden Räder.

Gemäß dem Wälzprinzip kann man Zahnräder, zylindrische sowohl als kegelige, mit geraden, schrägen oder bogenförmigen Zähnen herstellen. Von diesen Zähnen bieten bekanntlich die bogenförmigen die größten Vorteile, indem der Eingriff derartiger Zähne stoßfreier und vollkommener und infolgedessen der Gang gleichmäßiger und ruhiger wird, als bei Zahnrädern mit geraden oder schrägen Zähnen/ Gegenüber Stirnrädern mit einfach schrägen Zähnen besitzen Stirnräder mit bogenförmigen Zähnen außerdem den Vorteil, daß der im vorigen Fall unvermeidliche einseitige Achsialdruck ganz aufgehoben wird.

Bei bisher bekannten Zahnrädern mit bogenförmigen Zähnen haben die Schnittlinien der Zahnseiten mit dem Teilzylinder bzw. dem Teilkegel, in einer Ebene entwickelt, gewöhnlich die Form von Kreisbogen, welche ein Stück entsprechend' der halben Teilung gegeneinander versetzt sind.

Da nun die Halbmesser dieser Kreisbogen aus praktischen Gründen gleich groß gewählt werden müssen, ist es klar, daß eine Zähnlücke nicht in einem Arbeitsvorgang durch ein und dasselbe Werkzeug ausgeformt werden kann, sondern müssen die eine Zahnlücke begrenzenden Zahnseiten je für sich durch zwei verschiedene Werkzeuge ausgeformt werden. Die Herstellung solcher Zahnräder geschieht demgemäß auch bekanntlich derart, daß ein Schneidwerkzeug mit einem Profil entsprechend- dem halben Zahnprofil einer Erzeugungszahnstange oder eines Erzeugungsrades gemäß dem Wälzprinzip eine Zahnseite bis auf die volle Tiefe der herzustellenden Zahnlücke ausformt. Es wird dann durch geeignete Einstellvorrichtüngen ein Umstellen des Radwerkstückes und des Werkzeuges vorgenommen, wonach die entspre-

cheride Zahnseite der nächsten Zahnlücke in ähnlicher Weise ausgeformt wird. Nachdem auf diese Weise alle an derselben Seite der Zahnlücken gelegenen Zahnseiten ausgeformt worden sind, wird das Schneidwerkzeug durch ein anderes ersetzt, dessen Profil das umgekehrte Bild des Profils des ersterwähnten Werkzeuges aufweist und welches Werkzeug in oben angegebener Weise die gegenüber stehenden Zahnseiten der einzelnen Zahnlücken ausformt.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein derartiges im doppelten Sinne intermittierendes Ausformen der Zahnlücken sowohl zeitraubend als kostspielig ist, und außerdem werden durch die notwendigen Einstell- und Indexvorrichtungen die zur Herstellung erforderlichen Maschinen erheblich kompliziert und teuer. Außerdem darf nicht übersehen werden, daß das Ausformen der Zahnlücken bis auf die volle Tiefe in ein und demselben Arbeitsvorgang örtliche Erwärmungen des Zahnradwerkstückes erzeugt, welche der endgültigen Form des Zahnrades nachteilig sein können.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Ausbildung von Zahnrädern, zylindrischen sowohl als kegeligen, mit bogenförmigen Zähnen. Ferner bezweckt die Erfindung, die Herstellung solcher Räder zu vereinfachen und die Kosten ihrer Herstellung zu vermindern, indem, gemäß der Erfindung, das Ausformen sämtlicher Zahnlücken in einem einzigen ununterbrochenen Arbeitsvorgang durch ein und dasselbe Schneidwerkzeug erfolgt, welches alle Zahnseiten kontinuierlich bearbeitet, wodurch die bisher notwendigen Umstellungen des Radwerkstückes und des Werkzeuges beim Schneiden jeder neuen Zahnseite und das Austauschen des Schneidwerkzeuges beim Ausformen der gegenüberliegenden Zahnseiten ganz in Wegfall kommen. Außerdem erfolgt das Ausformen der Zahnlücken bis auf die volle Tiefe derselben nicht in ein und demselben Schneidvorgang, sondern die gegenseitige Bewegung des Radwerkstückes und des Schneidwerkzeuges ist gemäß der Erfindung eine solche, daß das Schneidwerkzeug dazu gebracht wird,, sich allmählich sozusagen in das Radwerkstück einzuschrauben, bis die volle Tiefe der Zahnlücken erreicht worden ist. Hierdurch werden örtliche Erwärmungen des Radwerkstückes und daraus hervorgerufene Umgestal- ; tungen völlig vermieden. '

Die oben erwähnten erheblichen Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Schnittlinien der Zahnseiten ,'-mit dem Teilzylinder bzw. dem Teilkegel, in \ einer Ebene entwickelt, kongruente Teile von gleichlaufenden zyklischen Kurven bilden, während das Zahnprofil von gewöhnlicher, theoretisch richtiger Form, z. B. für Stirnräder vom Evolventtyp und für Kegelräder vom Oktoidtyp, ist. ·

Die Erfindung wird auf den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht.

Fig. ι zeigt schematisch einen Schnitt längs der Teilebene einer Erzeugungszahnstange mit bogenförmigen Zähnen gemäß der Erfindung.

Fig. 2 bis 23 zeigen schematisch ein Stirnrad' gemäß der Erfindung während der Herstellung.

Fig. 24 ist eine Seitenansicht, und

Fig. 25 eine Oberansicht des Schneidwerkzeuges.

Fig. 26 ist eine -perspektivische Ansicht in größerem Maßstab eines fertiggeschnittenen Stirnrades. .

Fig. 27 und 28 zeigen schematisch Schnitte längs der Teilebene von zwei verschiedenen Erzeugungsrädern für Kegelräder mit bogenförmigen Zähnen gemäß der Erfindung.

Fig. 29 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, von einem Kegelrad gemäß der Erfindung.
. Fig. 30 ist eine Oberansicht desselben.

In Fig. ι bezeichnet K-L-M-N die Teilebene der Erzeugungszahnstange, in welcher man sich auf der Linie /-/ einen Kreis mit dem Halbmesser r in der Richtung des Pfeiles p zu rollen zu denken hat. Ein Punkt in der Entfernung R vom Mittelpunkt des erwähnten Rollkreises, z. B. der Punkt E, be- 95" schreibt dann eine ausgezogene Zykloide Z. Wird nun der Kreis mit dem Halbmesser E in eine gerade Anzahl gleicher Teile geteilt, so werden die in gleicher Entfernung voneinander gelegenen Punkte A₁ B₁ C₁ D usw. kongruente Teile α-α, ~b-b, C-C₁ d-d usw. ausgezogener Zykloiden beschreiben, welche Teile gegeneinander ein Stück gleich der Teilung des Rollkreises versetzt sind.

Es ist einleuchtend, daß die Lage der Bogen a-a, b-b usw. in. der Ebene K-L-M-N teils von der Lage der Linie /-/ in der erwähnten Ebene und teils von dem Halbmesser r des Rollkreises abhängig ist. In der Figur sind diese Verhältnisse derart gewählt, no daß die erwähnten Bogen symmetrisch in bezug auf die mittlere Längsachse der Ebene K-L-M-N liegen. Ferner ist es klar, daß der gegenseitige Abstand der Bogen oder die Teilung teils von der Anzahl der Punktet, B, C usw. des Kreises mit dem Halbmesser R und teils von dem Halbmesser r des Rollkreises abhängig ist.

Will man in dieser Weise eine Zahnstange erzeugen, so werden, wie in der Zeichnung dargestellt, an die Punkte A₁ B₁ C usw. Schneidezähne 5¹ eingesetzt, welche derart an-

gebracht werden, daß jeder zweite Zahn (an A_x C_x E usw.) die konvexe Seite und jeder andere Zahn (an B_x D_x F usw.) die konkave Seite eines Zahnes der Zahnstange ausschneidet. Jedem Zahn oder jeder Zahnlücke entspricht somit ein Paar von Schneidezähnen.

Während des Schneidens der Zahnlücken hat man sich, wie erwähnt, den Rollkreis auf der Linie J-J in der Ebene K-L-M-N rollen

ίο zu denken, während die Zahnstange feststehend ist. Man kann sich natürlich ebensowohl denken, daß der Rollkreis, d. h. das Schneidwerkzeug, sich um eine feste Achse dreht, während die Zahnstange in der Richtung des Pfeiles P mit einer Geschwindigkeit verschoben wird, die der des Mittelpunktes des im vorigen Falle auf der Linie /-/ rollenden Kreises entspricht. Es ist zu beobachten, daß hierbei die Zahnstange nimmer so weit rechts verschoben sein darf, daß sie in Berührung mit dem in der Figur rechten Teil des Schneidwerkzeuges gelangt, weil ja hierdurch offenbar ein Zerschneiden der Zähne verursacht werden würde. Wird dagegen der rechte Teil des Schneidwerkzeuges statt des linken Teiles verwendet, so würde eine die gezeigte Zahnstange komplettierende Zahnstange erhalten werden.

In Fig. 2 bis 23 ist die Herstellung von Stirnrädern mit bogenförmigen Zähnen gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. · Das Schneidwerkzeug ist hier mit acht Paaren von Schneidezähnen versehen gedacht, von denen der Deutlichkeit halber in den Fig. 2, 4, 6, 8, 10, 11, 12, 14, 16, 18, 20 und

21 nur ein Zahn jedes Paares gezeigt ist, und zwar die zum Ausformen der konkaven Seiten der Zähne, während die zum Ausformen der konvexen Seiten der Zähne bestimmten, komplettierenden Schneidezähne in den Fig.

22 und 23 gezeigt sind. Tatsächlich besitzt also das Schneidwerkzeug bei der gezeigten Ausführungsform 16 Schneidezähne 5 (Fig. 24 und 25), von denen jeder ein Profil entsprechend dem halben Zahnprofil der Erzeugungszahnstange hat und so angebracht ist, daß die Schneidekanten sich in der Teilebene auf einer und derselben Kreislinie befinden, d. h. denselben Drehungshalbmesser haben. Ferner sind die Schneidezähne derart angebracht, daß jeder zw'eite Zahn in bezug auf den schneidenden Teil des Profiles die Außenseite und jeder andere Zahn die Innenseite des Profiles eines Zahnes, der Erzeugungszahnstange darstellt.

In den Fig. 3, 5, 7, 9, 13, 15, 17 und 19 ist eine Oberansicht des Schneidwerkzeuges schematisch dargestellt, welche denjenigen Schneidezahn zeigt, der vorläufig im Eingriff mit dem Radwerkstück zu sein gedacht wird.

Gemäß der Erfindung soll die relative Bewegung des Werkzeuges W raid des RadwerkStückes H eine solche sein, daß teils die erzeugten Zahnseiten eine derartige Bogenform erhalten, daß die Schnittlinien dieser Zahnseiten mit dem Teilzylinder, in einer Ebene entwickelt, kongruente Teile gleichlaufender und im vorliegenden Falle ausgezogener Zykloiden bilden, und teils das Zahnprofil ausgerollt, d. h. gemäß dem Wälzprinzip erzeugt wird. Man kann sich am einfachsten diese Bewegung in folgender Weise entstehen denken: Das Werkzeug W (Fig. 2 und 3), bei welchem jeder Schneidezahn 5¹ einen halben Zahn der gedachten Erzeugungszahnstange T repräsentiert, dreht sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit um die feste Achse x-x in der Richtung des Pfeiles p und versetzt hierbei, wie in der Fig. 1, die Zahnstange T in eine entsprechende Schubbewegung in der Richtung des Pfeiles P.

Nimmt man zunächst an, daß die Drehachse y des Rad Werkstückes H stillsteht, so wird das Radwerkstück, von dem angenommen werden möge, daß es mit der Zahnstange T im Eingriff steht, in eine Drehbewegung in der Richtung des Pfeiles 0 versetzt, wobei der Schneidezahn an I (Fig. 3) auf der Mantelfläche des Radwerkstückes einen bogenförmigen Schnitt ausformt, welcher, in einer Ebene entwickelt, dieselbe Form wie der entsprechende Teil des Zahnes der Erzeugungszahnstange hat, von dem, wie erwähnt, der fragliche Schneidezahn einen Teil bildet.

Tatsächlich ist aber die Achse y des Rad-Werkstückes nicht feststehend, sondern sie wird mit gleichförmiger, übrigens aber willkürlicher Geschwindigkeit gegen das Schneidwerkzeug verschoben, welche Bewegung, angenommen, daß das Radwerkstück im Eingriff mit der Zahnstange T steht, in eine Rollbewegung des Radwerkstückes auf der Zahnstange in der Richtung· zu dem Schneidwerkzeug übergeführt wird, wodurch das gewünschte Ausformen des Zahnprofiles gemäß dem Wälzprinzip herbeigeführt wird.

Wenn sich das Radwerkstück H ein Stück entsprechend der Teilung gedreht hat, hat auch das Schneidwerkzeug W sich ein entsprechendes Stück gedreht, so daß der Schneidezahn an II beginnt, die nächste Zahnlücke an 2 auszuformen. Weil aber, wie erwähnt, das Radwerkstück nun näher dem Schneidwerkzeug sich abgerollt hat, so wird der Schneidezahn an II etwas tiefer in das Radwerkstück schneiden als der Schneidezahn an I. In derselben Weise wird der Schneidezahn an III (Fig. 5) tiefer schneiden als der Schneidezahn an II,. und dieses Verhältnis wiederholt sich für jede nachfolgende Zahnlücke, bis das Rad ganz fertig geschnitten ist.

In Fig. 6 und 8 ist gezeigt, wie der Schneidezahn an V (Fig. 7) bzw. an VII (Fig. 9) tiefer in das Radwerkstück eingedrungen ist als sämtliche vorhergehende Schneidezähne, und in Fig. "10 ist der Schneidezahn an I (Fig. 3) wiederum im Eingriff mit dem Radwerkstück an 1, man kann also annehmen, daß das Radwerkstück eine Umdrehung ausgeführt hat. In Fig. 11 ist der Schneidezahn an III (Fig. 5) wiederum im Eingriff mit dem Radwerkstück an 3, in Fig. 12 der Schneidezahn an V (Fig. 13), in Fig. 14 der Schneidezahn an I (Fig. 15) usw., bis endlich in Fig. 21 der Schneidezahn an I (Fig. 15) zum letzten Mal im Eingriff mit dem Radwerkstück an 1 ist, d. h. das Radwerkstück ist ganz über das Schneidwerkzeug eingerollt.

In Fig. 22 und 23 wird in ähnlicher Weise das Ausformen der gegenüberliegenden Zahnseiten gezeigt, wobei die Komplementzähne der Paare verwendet werden.

In der Tat ist natürlich der Unterschied zwischen der Größe der verschiedenen j Schnitte nicht- so groß, wie der Einfachheit ' halber in den. Zeichnungen angedeutet wor- _: den ist,' sondern das Radwerkstück hat, ehe die Zahnlücke z.B. die in Fig. 10 gezeigte Tiefe erhalten hat, nicht eine, sondern mehrere ! •30 Umdrehungen gemacht. Der erwähnte Unter- ■ schied kann beliebig geregelt werden durch j Erhöhung oder \^rerminderung derjenigen 1 Geschwindigkeit, mit welcher das; Radwerkstück in das Schneidwerkzeug eingreift. Ebenfalls wird tatsächlich nicht jede Zahn- ; seite für sich ausgeformt, sondern die beiden > eine Zahnlücke begrenzenden Zahnseiten wer- ! den gleichzeitig 'durch ein und· dasselbe j Schneidwerkzeug W ausgeformt, dessen An- j sieht in Fig. 24 "und 25 schematisch angedeu- j tet wird. Wie erwähnt, muß das Werkzeug mit einer geraden Anzahl von Schneide- '■■ zähnen S versehen sein, und die Schneidekanten der erwähnten Zähne müssen in der Teil-"ebene v-v auf ein und demselben Kreis gleichmäßig verteilt liegen. Das Profil der Schneidezähne entspricht dem halben Profil des Zahnes der Erzeugungszahnstange und hat bezüglich der schneidenden Teile die Form eines abgestumpften Keiles mit geraden Kanten. Der Durchmesser des Schneidwerkzeuges muß offenbar so groß gewählt werden, daß das erzeugte Zahnrad nach dem Einrollen mit dem, z. B. in Fig. 23, rechten Teile des Werkzeuges nicht in Berührung gelangt.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, ist die Anzahl der Schneidezähne von der Anzahl der Zahne, des herzustellenden Zahnrades unabhängig, und es ist auch möglich, durch ein und dasselbe Schneidwerkzeug Räder verschiedener Durchmesser herzustellen. Aus Fig. ι geht ferner ohne weiteres hervor, daß für ein und dasselbe Werkzeug, die Größe der Teilung t nur von dem Halbmesser r des .Rollkreises abhängig und zu diesem proportional ist. Hieraus folgt, daß mittels ein und desselben Werkzeuges theoretisch Räder irgendwelcher Teilung hergestellt werden können:

Fig. 26 ist eine schaubildliche Ansicht eines Stirnrades U mit bogenförmigen Zähnen gemäß der Erfindung. Wie ersichtlich, ist das Zahnprofil vom Evolventtyp entsprechend dem Zahnprofil der Erzeugungszahnstange.

In Fig. 27 ist ein Teil eines Erzeugungsrades für Kegelräder gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die erwähnte Figur unterscheidet sich von der Fig. 1 hauptsächlich dadurch, daß die Schnittlinien der Teilebene K-L-M-N mit den Zahnseiten hier Teile ausgezogener Hypozykloiden bilden.

Fig. 28 stellt ein ähnliches Erzeugungsrad für Kegelräder dar, bei welchem die erwähnten Schnittlinien Teile ausgezogener Epizykloiden bilden.

Die Herstellung von Kegelrädern erfolgt in einer der Herstellung von Stirnrädern analogen Weise. Man würde sich alsO vorzustellen haben, daß sich das. Schneidwerkzeug mit gleichförmiger Geschwindigkeit um seine Achse dreht und hierbei das Erzeugungsrad und damit das Radwerkstück in Drehung versetzt, während gleichzeitig das Radwerkstück auf dem Erzeugungsrad in der Richtung zum Schneidwerkzeug abrollt.

Fig. 29 ist eine· Seitenansicht, teilweise im Schnitt, und Fig. 30 ist eine Oberansicht eines Kegelrades V mit bogenförmigen Zähnen gemäß der Erfindung. Wie ersichtlich, ist das Zahnprofil hier vom Oktoidtyp und die Zähne sind gleich hoch.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Zahnrad mit bogenförmigen Zähnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinien der Zahnseiten mit dem Teilzjdinder bzw. dem Teilkegel, in einer Ebene entwickelt, kongruente Teile gleichlaufender zyklischer Kurven bilden.

2. Schneidwerkzeug zur Herstellung von Zahnrädern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine gerade Anzahl von Schneidezähnen, deren Profil in bezug auf den schneidenden Teil dem halben Zahnprofil einer gedachten Erzeugungszahnstange oder eines gedachten Erzeugungsrades, entspricht, und welche derart angebracht sind, daß ihre Schneidekanten sich in der gedachten Teilebene in gleicher Entfernung voneinander und von einem gemeinsamen Mittelpunkt befinden und derart gestellt sind, daß in bezug auf den

Schneidenden Teil des Profiles jeder zweite Zahn die Außenseite und jeder andere Zahn die Innenseite des Profiles eines Zahnes der Erzeugungszahnstange bzw. des Erzeugungsrades darstellt.

3. Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausformen sämtlicher Zahnlücken in einem einzigen ununterbrochenen Arbeitsvorgang durch ein Schneidwerkzeug der im Anspruch 2 angegebenen Art erfolgt, indem das erwähnte Schneidwerkzeug und das Radwerkstück in eine gleichförmige Drehbewegung versetzt werden, während gleichzeitig dem Radwerkstück eine Rollbewegung in der Richtung zu dem sich drehenden Schneidwerkzeug erteilt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.