DE410088C - Verfahren, Werkzeugrad und Vorrichtung zur fortlaufenden Verzahnung eines Kegelradesdurch gegenseitige Verschraubung des Kegelrades mit einem das Kegelrad tangierenden,seine Achse aber kreuzenden ebenen Werkzeugrad - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt die fortlaufende und ununterbrochene Fertigstellung der Verzahnung eines Kegelrades, wobei die Form der Flanken und ihre Krümmung gleichgültig sind, da grundsätzlich jede Form und Krümmung damit herstellbar ist.

Zur Erläuterung diene folgendes: In einem zunächst feststehend gedachten Rahmen 2,

ίο der durch den Träger io mit dem Hauptrahmen Ii verbunden ist (Abb. ι und 2), werde ein Werkzeug 3, z. B. Hobelstahl, Fingerfräser, Schleifrad, geführt, das irgendwie von außen langsam fortbewegt wird; in Abb. ι ist das Werkzeug, das nur durch seinen Mittelpunkt als Eingriffspunkt angedeutet ist, auf einer Geraden e geführt und wird etwa durch ein um O₄ drehbares Rad 4 von außen bewegt; in Abb. 2 ist das Werkzeug auf einem Kreise e um O₃ geführt und wird ebenfalls von O₄ aus durch Rad 4 angetrieben. Bewegt sich nun eine Planscheibe 1 (Plankegel) in der Ebene der Werkzeugbahn gegenüber dem Werkzeuge 3 langsam um eine Achse O₁, die im Rahmen 11 gehalten ist, so kann das Werkzeug 3 aus dem Plankegel 1 eine Schnittlinie oder auch eine ganze Zahn lücke I von bestimmter Form allmählich zwangläufig ausarbeiten. Durch die gegenseitige Bewegung von Rad 4 und Werkzeug 3 ist ihr gemeinsamer Rollpunkt (Pol) C₃, ₊ bestimmt, durch die gegenseitige Bewegung von Rad 4 und Plankegel 1 der gemeinsame Rollpunkt C₁, ₄. Daraus ergibt sich wiederum

der gemeinsame Rollpunkt C₁, _s zwischen Plankegel ι und Werkzeug 3 im Schnittpunkte der Verbindungslinien, die durch O₁ und O₃ und die durch C₃, ₄ und C₁, ₄ gezogen werden können. C₁,₃ ist in weiten Grenzen verstellbar, da man die Übersetzung zwischen Rad 1 und 4 durch Wechselgetriebe beliebig einstellen kann, während der Rollpunkt C₃.₄ im Werkzeugrahmen zweckmäßig unveränderlich gehalten wird. Die Krümmung der Schnittlinie / auf dem Plankegel 1 ist bedingt durch die Form der Führungslinie e im Rahmen 2 und die Lage des gemeinsamen Rollpunktes C₁,3 zwischen Plankegel 1 und Werkzeug 3. Ist z. B. die Führungslinie e eine Gerade, (Abb. 1), so sind die Zahnkurven bekanntlich evolventische Kurven, geht dabei e durch C₁,3 hindurch, so sind es reine Evolventen, liegt e von O₁ aus gesehen innerhalb oder ao außerhalb C₁,₃, so entstehen verlängerte oder verkürzte Evolventen. Ist die Führungslinie e ein Kreisbogen um die Achse O₈ (Abb. 2), der auch wieder 'durch C₁,₃ oder auch innerhalb oder außerhalb C₁,₃ verlaufen kann, so entstehen reine, verlängerte oder verkürzte ; zykloidische Kurven, deren außerordentliche ; Mannigfaltigkeit bekannt ist. '

Wird die Planscheibe oder der Plankegel 1 durch einen um die Achse O₅rotierenden nicht- j planen Kegel 5 ersetzt, dessen Spitze durch ' O₁ geht und der mit einer Erzeugende (Roll- 1 kante) in der Werkzeugebene liegt (Abb. 2), \ so kann auch dieser Kegel genau so gut vom ; Werkzeug 3 aus die gewünschte Zahnlücke er- j halten, die um O₁ in die Ebene abgewickelt \ mit der Zahnlücke des Plankegels überein- j stimmen würde. Es sind dafür nur zwei Be- 1 dingungen zu erfüllen, wobei für dieBewegung des Kegels nur dessen »Rollbahn«, die alle Rollpunkte bzw. Rollkanten enthält, in Betracht kommt:

i. Der nichtplane Kegel 5 darf gegenüber der Werkzeugebene bzw. dem (gedachten) Plankegel um O₁ nur abwälzend beweglich sein, d. h. seine Berührungskante mit der Ebene muß zur Rollkante k werden, was unmittelbar nach dem \^?erfahren von Bilgram oder Gleason oder mittelbar durch Festlegung der

Übersetzung M₃ = ■ erzwungen werden

kann, wo δ der Winkel zwischen Kante und Achse des Kegels ist.

2. Die Rollkante k (Meridian), welche die Werkzeugebene, d. h. den (gedachten) Plankegel, berührt und zu deren beiden Seiten die Eingriffsfläche des Kegels liegt, muß wenigstens annähernd gegenüber dem Werkzeug 3 liegen, notfalls also mit diesem (abwälzend) von U₁ nach k₂ wandern (Abb. 1 und 3), wenn der Eingriff auf der Linie e von innen nach außen wandert, da außerhalb der Eingrift'sfläche des Kegels kein oder kein richtiger Eingriff erfolgen könnte. (Diese Wanderung der Rollkante k mit dem Werkzeug kann von Hand oder zwangläufig durch Schablone bewirkt werden.)

Durch das bisher beschriebene Verfahren ist es möglich, eine Zahnflanke oder Zahnlücke auf dem Kegel allmählich zu erzeugen. Beabsichtigt ist aber der Angriff aller Zahnlücken, deren Anzahl = Z₃ ist, in der Weise, daß etwa auf der inneren Seite des Kegels alle Zahnlücken angefangen werden und dann allmählich nach außen weitergeführt und ι kurz nacheinander, also ungefähr gleichzeitig rertig werden. Hier greift nun die vorliegende Erfindung ein. Der Werkzeugrahmen 2 erhält mehrere Werkzeuge, die in gleicher Weise wie Werkzeug 3 um einen Mittelpunkt O₂ symmetrisch angeordnet und j verschoben werden und wird dadurch zum \ Werkzeugrade 2 mit Z₂-Werkzeugen als Zähnen (Abb. 3). Ihre Verschiebung erfolgt dabei am einfachsten, wenn sie alle vom gleichen Antriebsrade 4 (s. Abb. 1, 2) aus verschoben werden und Achse O₂ mit O₄ konzentrisch ist. Dieses Werkzeugrad 2 soll mit dem Kegelrad, das erzeugt werden soll, ein Schraubgetriebe bilden, bei welchem bekanntlich die Zahnflanken eine gegenseitige Gleitbewegung _go besitzen. Diese Gleitbewegung soll zur Verzahnung des Kegelrades benutzt werden. Sollen nun die Z₅-Zahnflanken oder Zahnlücken des Kegelrades 5 durch die Z₂-Werkzeuge des Werkzeugrades 2 erzeugt werden, so müssen sie sich nach den Gesetzen der Zahnräder im Drehzahlverhältnis H₂ : M₅ = S₅ : S₂ drehen. Würde der Plankegel 1 verzahnt, so müßte W₂ : W₁ = S₁ : S₂ sein, wo gemäß der oben angegebenen Bedingung χ die Planradzähnezahl Z₁ der Gleichung entspricht: W₁ : W₀ = S₅ : S₁ = sin δ. Die Zähnezahl Z₁ des gedachten Planrades braucht keine ganze Zahl zu sein. Die Achsen des Werkzeugkopfes und des gedachten Plankegels müssen sich aber im Drehzahlverhältnis M₂ : M₁ — Z₁ : S;, drehen und besitzen dadurch einen genau festgelegten, in der Abbildung nicht bezeichneten' gemeinsamen Rollpunkt C₁, ο auf der Verbindungslinie O₁, O₂. Da dieser Rollpunkt C₁,₂ für die im Eingriffspunkte infolge der Verschraubung entstehende Zahnkrümmung maßgebend ist, und die Zahnkrümmung anderseits infolge der Werkzeugverschiebung durch C₁,3 bestimmt ist, so folgt daraus, daß das Verfahren nur möglich ist, wenn die Rollpunkte C₁,₂ und C₁, _s in einem Punkt zusammenfallen. Dies setzt aber zunächst voraus, daß C₁,₃ auf die Verbindungslinie O₁, O₂ fällt, so daß also O₁, O₂ (= OJ und O₃ (das bei gerader Werkzeugverschiebung unendlich fern liegt) auf einer Geraden

liegen (Abb. 3). Die veränderliche Übersetzung zwischen Rad 4 und Plankegel 1 (bzw. Spitzkegel 5) muß nunmehr so gewählt werden, daß der Rollpunkt C₁, ₄ in Verbindung mit dem im Werkzeugrade festgelegten Rollpunkt C₃, ₄ den gemeinsamen Rollpunkt C₁,₃ mit Rollpunkt C₁, „, der durch das Zähnezahlverhältnis Z₂JZ₁ festgelegt ist, zusammenfallen lassen. Durch \⁷eränderung des Achsabstandes O₁, O₂ kann notfalls eine weitere Veränderlichkeit erzielt werden.

Jedes einzelne Werkzeug des Werkzeugrades 2 wird nun in dem Augenblick, in welchem es die durch die Verbindungslinie O₁, O₂ geometrisch festgelegte Werkzeugbahn e kreuzt, die sich ihr darbietende Rollkante k des Kegels und deren Umgebung so anschneiden, als ob es um den Momentanpol C₁, ₃ sich drehte, anderseits muß die Rollkante dort bzw. in der Nähe zum Anschnitt zur \'"erfügung stehen.

Das Wesen der Erfindung liegt also darin, daß das Werkzeugrad 2 und das zu verzahnende Kegelrad 5 ein Schraubgetriebe mit zwei Schraubenrädern bilden, die sich im Verhältnis n₂jn_s = s₅js„ um zwei sich kreuzende Achsen drehen und darum gegenseitig eine Gleit- oder Schnittgeschwindigkeit besitzen, die zum Spanabheben benutzt wird.

Über diese Schraubbewegung ist unabhängig von ihr eine Verschiebungsbewegung für die Werkzeuge gelagert, welche eine allmähliche Verschiebung der Werkzeuge auf ihrer Werkzeugbahn e bewirkt, und schließ-Hch ist noch eine gegenseitige Wälzbewegung von Kegelrad und Werkzeugebene möglich, die es erlaubt, daß die Eingriffsfläche des Kegels vom rotierenden Werkzeug nur auf der Werkzeugbahn e in dem Augenblick getroffen wird, wo der Pol C₁, ₃ auf der \ erbindungslinie O₁, O₂ liegt. Voraussetzung für die Durchführbarkeit ist die Unabhängigkeit bzw. gegenseitige Stcrungsfreiheit sämtlicher Bewegungen, die aber als bekannte Aufgäbe mit bekannten Mitteln durchgeführt werden kann.

Es seien hier an Hand der Abb. 4 nochmals alle Bewegungsumformungen zusammengefaßt, die zu diesem Zweck auszubilden sind:

ι. Zwischen dem Kegelrade 5 und dem Werkzeugrade 2, die zusammen ein Schraubgetriebe bilden, eine Übersetzung zur richtigen Verschraubung beider Räder, die durch das Abwälzen des Kegelrades unter der Werkzeugebene nicht beeinflußt wird: in Abb. 4 durch Achse O₀, Kegeltrieb 13, Achse O₁, Differential 14, Kettentrieb 15 und Achse O₂ dargestellt. Antrieb etwa durch Elektromotor E₁.

2. Zwischen dem Rade4 im Werkzeugrade 2 und dem Kegelrade 5 eine Übersetzung zur richtigen Verschiebung der Werkzeuge und gleichzeitigen Drehung des Kegels. Dabei handelt es sich für Kegelrad 5 um eine zusätzliche Drehbewegung, die in bekannter Weise durch Differential 14 überlagert werden kann, und für das Antriebsrad 4 um eine Relativbewegung gegenüber dem gleichachsig sich drehenden Werkzeugrade 2. Auch diese kann in bekannter Weise mit Hilfe von Differentialen erzeugt werden; in Abb. 4 findet die übersetzung von Rad 4 über Achse O₄, Differential 16, Kettentrieb 17, Differential 14 auf Achse O₁, Kegeltrieb 13 und Achse O₅ statt. Antrieb durch Elektromotor E₂.

3. Zwischen Kegelrad 5 und Werkzeugebene, d. h. Ebene des gedachten Plankegels, eine Abwälzbeweglichkeit, die etwa nach dem Verfahren von Bilgram, Gleason oder Warren oder durch entsprechende Übersetzungen (z. B. Kegeltrieb 13 in Abb. 4) erzwungen wird. Dabei ist es grundsätzlich gleichgültig, ob sich nur das Kegelrad 5 wälzend bewegt (Bilgram) oder wie in Abb. 4 Kegelrad und Werkzeugebene sich gleichzeitig abwälzend bewegen (Gleason) oder schließlich nur die Werkzeugebene die gesamte Wälzbewegung ausübt (Warren). Die Bewegung wird etwa durch Schneckentrieb 18 von außen eingeleitet und kann auch durch einen geeigneten g₀ Kurvenumformer mit der Bewegung unter 2 zwangläufig so verbunden werden, daß die Bedingung der stetigen Bewegung der Rollkante von k_x bis k₂ erfüllt wird.

Alle diese Bewegungen werden mit bekannten, dem Fachmann geläufigen Mitteln unabhängig voneinander durchgeführt, so daß auf die weitere Ausführung konstruktiver Maßnahmen hier verzichtet wird.

Schließlich sei noch erwähnt, daß noch eine vierte Bewegung unter Umständen in Betracht kommt, nämlich eine Bewegung des ganzen Rahmens 10 gegenüber dem festen Rahmen 11, und zwar entweder um die Achse O₁ als Drehbewegung und Verschiebung längs der Achse, oder um den Schnittpunkt M' der Achsen O₁ und O₅, d. h. die Spitze des Kegelrades 5 als Mittelpunkt einer allseitigen Beweglichkeit. In beiden Fällen ist es möglich, den Rahmen als Ganzes nach einer n₀ Schablone oder sonstwie zwangläufig zu führen, und so auch mit annähernd in einem Punkt angreifenden Werkzeugen, z. B. Sticheln, beliebige Flankenformen des Zahnprofils erzeugen zu können. Die letztere Schwenkbewegung um M' hat den Sonderzweck, die Kegelradzähne nach der Spitze verjüngt auszuführen, während bei unbeweglichem Rahmen 10 die Zähne innen und außen gleich stark werden. (Es ist bekannt, daß heute beide Arten von Zähnen je nach Form der Verzahnung ausgeführt werden,)

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Die Hauptbedeutung dieser Zahnverjüngung liegt in dem Sonderfalle vor, in welchem die Werkzeugbahn e als Kreis (kardanischer Kreis) durch O₁ und durch C₁, ₃ geht. In diesem Sonderfalle werden die Verzahnungslinien I bekanntlich Geraden, die durch die Spitze O₁ laufen, so daß dadurch normale gradzahnige Kegelräder entstehen.

Ist die Zähne- oder Werkzeugzahl S₂ des ίο Werkzeugrades verschieden von der Zähnezahl Z₅ des Kegelrades, so schneiden die einzelnen Messer der Reihe nach verschiedene Lücken. Aus diesem Grunde ist es zulässig, einen Teil der Werkzeuge des Werkzeugrades fortzulassen und die Werkzeugzahl Z₂ des Werkzeugkopfes auf einen Bruchteil Z₂/i herabzusetzen (bei i = 5, statt 55 nur 55/5 = 11 symmetrisch verteilte Werkzeuge auszuführen), wenn die Zähnezahl Z₅ nicht durch i (= 5) teilbar ist. Sind zwei Messerköpfe vorhanden, von denen in dem' einen nur 3Ji₁, im anderen nur Z₂/£₂ Messer ausgeführt sind, so sind alle Zähnezahlen außer I₁ · L herstellbar.

Wird Z₂ von vornherein sehr niedrig gehalten, z. B. Z₂ = i, 2 oder 3, so ist die Einrichtung dadurch auch geeignet, ein an sich teueres spanabhebendes Werkzeug zu verwenden, nämlich den rotierenden Schleifstein, der im übrigen auf der Bahn e genau j wie ein Messer allmählich vorgeschoben wird. !

Schließlich sei noch hervorgehoben, daß '

das Werkzeug die verschiedenste Ausgestal- , tung erhalten kann, sei es als Stichelwerkzeug, als Flanken- oder Profilwerkzeug oder als Kamm. In letztem Falle kann der Kamm ! mit einzelnen kleineren vorschneidenden j Profilen versehen werden, welche die Gesamtspanarbeit gleichmäßiger verteilen und die ; Abnutzung des fertigschneidenden Profils vermindern.

Claims (7)

1. Patent-Ansprüche: '■■

   i. Verfahren zur fortlaufenden Verzahnung eines Kegelrades durch gegen- j seitige Verschraubung des Kegelrades i mit einem das Kegelrad tangierenden, | seine Achse aber kreuzenden ebenen !

   Werkzeugrad, das einzelne symmetrisch | um die Mitte verteilte Werkzeuge trägt, j gekennzeichnet durch Hinzufügung zweier von der Schraubbewegung und auch gegenseitig unabhängiger Relativbeweglichkeiten, nämlich einer symmetrischen Verschieblichkeit der einzelnen Werkzeuge (3) auf geraden oder kreisbogenfÖrmigen Werkzeugbahnen (e) und einer gegenseitigen Wälzbeweglichkeit von Werkstückkegelrad und Werkzeugebene, wobei die Bewegungen des Werkzeugrades (2) und des eingreifenden Werkzeuges (3) gegenüber dem Werkstückkegelrade (5) so eingestellt und gekuppelt sind, daß dessen Abwicklung (1) in die Werkzeugebene und die Werkzeugbahn einen gemeinsamen Rollpunkt (C₁, 3 = C₁, o) besitzen.
2. 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch besonderen Antrieb von Hand oder zwangläufig die Lage der Werkzeuge und der Rollkante des Kegels so eingestellt wird, daß der Eingriffspunkt des Werkzeuges mögliehst mit der Rollkante des Kegelrades zusammentrifft.
3. 3. Werkzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der symmetrisch verteilten Werkzeuge im Werkzeugrad auf einen Bruchteil (i/i) der theoretisch notwendigen beschränkt wird, wobei die Zähnezahl der erzeugten Kegelräder nicht durch i teilbar sein darf.
4. 4. Werkzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fertigschneidenden Werkzeugflanke weitere Flanken in Form eines Kammes zum Vorschneiden vorgeschaltet sind.
5. 5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) des Werkzeugrades (2) um eine durch die Spitze (M') des Werkstückkegelrades (5) gehende Achse (O₁) drehbar und in deren Achsrichtung verschiebbar gelagert ist, um ihn nach einer Schablone oder Führung bewegen zu können.
6. 6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) des Werkzeugrades (2) um die Spitze (M') des Werkstückkegelrades (5) nach einer Schablone oder Führung allseitig beweglich ist, um nach der Spitze verjüngte Zähne erzeugen zu können.
7. 7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugbahn (V) im Werkzeugrade (2) einen kardanischen Kreis darstellt, der durch den Rollpunkt (C₁,₃) und durch die Kegelspitze (O₁) geht, zum Zwecke, normale Kegelräder mit geraden Zähnen zu erzeugen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.