DE514547C - Verfahren zur Herstellung von Schnecken mit konstanter Steigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von kegligen und zylindrischen Schnecken und Gewindespindeln. Die Schnecken können als Getriebeglieder verwendet werden.

Gemäß Erfindung werden mittels eines Kronenfräsers mit spiralig angeordneten Schneidzähnen konische und zylindrische Schnecken bzw. Schneckenfräserkörper von ίο konstanter Steigung schnell und wirtschaftlich hergestellt. Das Verfahren gemäß Erfindung ist zwar nur für keglige Schnecken theoretisch genau, kann aber durch zweckentsprechende Auswahl der Abmessungen des Schneidwerkzeuges und durch geeignete Tangentialanordnung des Werkstückes in bezug auf das Werkzeug zur Herstellung von zylindrischen, als Getriebeglieder oder Fräser dienenden Schnecken verwertet werden. Die nach dem Verfahren gemäß Erfindung hergestellten zylindrischen Schnecken bzw. Schneckenfräser lassen sich innerhalb so kleiner Abmessungen herstellen, daß sie den meisten praktischen Bedürfnissen entsprechen. Da die Schneidflächen des neuen Schneidwerkzeuges, mit welchem die Schnecken hergestellt werden, eine sehr einfache Form haben, können diese Schneidwerkzeuge mittels einer Drehbewegung und einer geradlinigen Bewegung, welche in einer bestimmten Beziehung zueinander stehen, erzeugt werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann deshalb nicht nur zum Fräsen mittels eines Schneidwerkzeuges aus gehärtetem Stahl, sondern auch zum Schleifen von Schnecken benutzt werden. Das Schleifwerkzeug erhält eine dem Schneidwerkzeug ähnliche geometrische Gestalt. Gemäß Erfindung werden Einrichtungen vorgesehen, um das Schleifwerkzeug in regelmäßigen Abständen mittels einer mechanisch angetriebenen Vorrichtung abzurichten. Die Kegelschnecken, welche nach dem Verfahren gemäß Erfindung erzeugt werden, können zur Herstellung von Schneckenfräsern verwendet werden, wie man sie zur Erzeugung von Kegel- und Stirnrädern mit schrägen Zähnen braucht. Sie lassen sich aber auch als Werkzeug zur Herstellung eines Systems hyperboloidischer Schraubenverzahnungen verwenden, bei welchen eine Kegelschnecke mit einem mit Spiralzähnen versehenen Hyperboloidrade kämmt.

Auf den Zeichnungen ist das Verfahren gemäß Erfindung näher erläutert.

Abb. ι zeigt eine Aufsicht auf den zur Herstellung von kegligen und zylindrischen Schnecken dienenden scheibenförmigen Fra-• ser gemäß Erfindung.

Abb. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Fräser.

Abb. 3 und 9 veranschaulichen Schnitte, welche in einer zu dem Teilmantel der Schnecke tangential liegenden Ebene verlaufen und die Erzeugung der konischen bzw. zylindrischen Schnecken nach dem Verfahren gemäß Erfindung näher erläutern. Abb. 4 bis 8 zeigen schematisch Darstellungen zur Erklärung des Verfahrens gemäß Erfindung.

Abb. 10 stellt eine Aufsicht auf eine Maschine für die Erzeugung konischer und zylindrischer Schnecken nach dem Verfahren gemäß Erfindung dar.

Abb. 11 zeigt eine Seitenansicht der in Abb. 10 dargestellten Maschine.

Abb. 12 bis 15 erläutern das Verfahren, nach welchem die zum Schleifen der nach dem Verfahren gemäß Erfindung hergestellten Schnecken dienenden Schleifwerkzeuge abgerichtet werden.

Das Prinzip der Erfindung besteht in folgendem:

■Wenn ein Kronenfräser, dessen Zähne nach einer abgeänderten Evolvente verlaufen, in Eingriff mit einem stetig umlaufenden Werkstück gedreht wird, welches eine bestimmte Lage zu diesem Schneidwerkzeug hat, so schneidet der Fräser in das Werkzeug eine Schnecke, welche je nach der Form des Werkstückes als zylindrische oder konische Schnecke, als Triebglied zusammen mit einem anderen Zahnrade verwendet oder durch Einschneiden von Quernuten und Hinterarbeiten der entstehenden Schneidzähne zu einem beispielsweise nach dem Abwälzverfahren arbeitenden Fräser zum Schneiden von Zahnrädern, d.h. zu einem Werkzeug, hergerichtet werden kann. Gemäß Erfindung verlaufen die Windungen des Stirnfräsers nach einer abgeänderten Evolvente und haben längs der Erzeugenden der Kurve einen gleichförmig ge-. teilten Zahnstangenquerschnitt. Das Werkstück wird daher so eingestellt, daß die Erzeugende seiner Teilfläche mit dem Vektor zusammenfällt.

Im folgenden ist nun, um ein durchgreif endes¹ Verständnis des eben beschriebenen Prinzips zu ermöglichen, der Fräser, seine Herstellung und seine Anwendung zur Herstellung von zylindrischen und Kegel schnecken beschrieben, die zur Erzeugung von Zahnrädern, deren Zähne nach abgeänderten Evolventen verlaufen, benutzt werden können. Es wird jedoch ausdrücklich betont, daß hierin nicht irgendeine Einschränkung des Schutzbereiches der Erfindung erblickt werden darf.

Der zur Ausübung des Verfahrens gemäß Erfindung dienende Fräser ist ein Kronenfräser (Abb. 1,2), auf dessen Stirnfläche ein oder mehrere Windungen von Schneidzähnen B in Spiralen angeordnet sind. Diese Spiralen d₂ verlaufen nach einer abgeänderten Evolvente. Eine solche abgeänderte Evolvente kann man sich aus der gewöhnlichen Evolvente entstanden denken, welche man bekanntlich erhält, wenn man auf einem Kreise eine Gerade abrollt. Ein Punkt der auf dem Kreise abrollenden Geraden beschreibt dann eine als Evolvente bezeichnete Kurve. Denkt man sich nun parallel zu dieser auf dem Kreise abwälzenden Geraden eine zweite gleich ■ lange Gerade b (Abb. 4a) starr mit der abwälzenden Geraden b₁ verbunden, so erzeugt ein Punkt Ea der Geraden b eine sogenannte abgeänderte Evolvente. Der senkrechte Abstand der Geraden b von der abwälzenden Geraden O₁ sei hier als Abänderungswert ρ bezeichnet. Je nachdem nun dieser Abänderungswert positiv ist, d.h. die Gerade & von der Peripherie des Abwälzkreises C₂ (vgl. auch Abb. 4) nach außen gerückt wird oder der Abänderungswert negativ ist, d. h. die Gerade von der Peripherie des Abwälzkreises C₂ nach innen verschoben wird, erhält man bei der Abwälzung der Geraden O₁ auf dem Kreise C₂ eine verkürzte oder eine verlängerte Evolvente. Ein besonderer Fall der verlängerten Evolvente ist der, bei welchem der Abänderungswert ρ gleich dem Radius des Abwälzkreises C₂ ist, d.h. bei welchem die Gerade b durch den Mittelpunkt des Abwälzkreises C» geht. In diesem Falle verläuft die verlängerte Evolvente durch den Mittelpunkt des Abwälzkreises. Diese besondere Art der verlängerten Evolvente ist die archimedische Spirale.

Abb. 4a zeigt eine verkürzte Evolvente, die von einem auf der Geraden b liegenden Punkte Ea beschrieben wird. Der Abstand des Punktes Ea von der auf dem Kreise C₂ abwälzenden Geraden S₁ ist der Abänderungswert p. Der Punkt F, in welchem die abwälzende Gerade b_x den Abwälzkreis C₂ tangiert, ist der augenblickliche Krümmungsmittelpunkt der verkürzten Evolvente cL. Die Koordinaten des Punktes Ea in bezug auf die Achsen χ und y sind (vgl. Abb. 4a)

χ = (a 4- p) cos α ~f- t · sin a,

y = (ä -j- p) sin α — t · cos α,

worin bedeuten α den Radius des Abwälzkreises C₂, p den Abänderungswert, t die

Länge der abwälzenden Geraden b_L vom Punkt F bis zum Punkt En, α den Winkel, welchen der zum jeweiligen Berührungspunkt F gezogene Radius des Kreises C₂ mit der A'-Achse einschließt.

Im folgenden soll gezeigt werden, warum auf dem Stirnfräser gemäß Erfindung die Schneidzähne nach einer abgeänderten Evolvente angeordnet werden.

ίο Wenn man sich den Teilmantelkegel einer Kegelschnecke in eine Ebene abgewickelt denkt, so verlaufen die Schneckenwindungen in der Ebene nach einer archimedischen Spirale (Abb. 4). Da die archimedische Spirale ein Spezialfall der abgeänderten (verlängerten) Evolvente ist, bei welchem der Abänderungswert p gleich dem Radius des Abwälzkreises ist, so kann man sich die archimedische Spirale durch Abwicklung der Geraden b_1; welche den Abwälzkreis C₁ im Punkt F tangiert und mit der die durch den Mittelpunkt des Abwälzkreises verlaufende Gerade b starr verbunden ist, entstanden denken. Die Gerade b entspricht dabei der Geraden, in welcher der Teilkegel des Werkstückes die Fräserteilebene tangiert.

Die archimedische Spirale d_t und die verkürzte Evolvente d₂ kann .man sich nach Abb. 4 folgendermaßen entstanden denken:

Die beiden Kreise C₁ und C₂ mit den Radien a und p berühren sich im Punkt F Mit der die beiden Kreise im Punkt F tangierenden Geraden b_x ist starr die parallellaufende Gerade b verbunden und von der Geraden b_x um den Abänderungswert p abgerückt, so daß sie also durch den Mittelpunkt d_± des Kreises C₁ verläuft. Denkt man sich nun die Kreise C₁ und C₂ wie die Teilkreise von Stirnrädern aufeinander abrollen, so daß sie sich mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit im entgegengesetzten Sinne drehen, und die Gerade O₁ als Teilriß einer mit C₁ und C₂ in Eingriff stehenden Zahnstange zwischen den beiden Kreisen hindurchgeschoben, so beschreibt der Punkt E₁ bzw. Ea₁ nach der vorher gezeigten Entwicklung auf einer mit dem Kreis C₂ rotierenden Ebene eine verkürzte Evolvente d₂ und auf einer mit dem Kreis C₁ rotierenden Ebene, eine archimedische Spirale d_±.

Von den hierbei entstandenen beiden Kurven stellt die archimedische Spirale d_x die Abwicklung der Schneckenwindung (der herzustellenden Schnecke) und die verkürzte Evolvente d., den Verlauf der Fräserzähne des Kronenfräsers dar. Es müssen also — wenn die nach der abgeänderten (verkürzten) Evolvente d„ verlaufenden Fräserzähne eine mathematisch genaue Schneckenwindung herstellen sollen — die beiden Kurven bei ihrer Drehung um den Mittelpunkt D₁ des Kreises C₁ bzw. den Mittelpunkt ZX des Kreises Co zusammenpassen, mit anderen Worten, die bei dieser Drehung miteinander in Berührung kommenden Teile beider Kurven müssen einander tangieren, d. h. die Krümmungsradien beider Punkte, in welcher die Kurven einander tangieren, müssen gleich sein.

Wie Abb. 4 zeigt, ist diese Bedingung tatsächlich erfüllt. Es sei z. B. eine Schnecke angenommen, die in die Zeichenebene abgewickelt den Bogen γ ausfüllt und deren Steigung halb so groß sein soll wie die Steigung der verkürzten Evolvente d_s, dann muß- die Schnecke während einer Umdrehung des Fräsers zweimal um ihre Achse gedreht werden. Versucht man nun an Hand von Abb. 4, die nach der ersten, zweiten, dritten Umdrehung usw. der Schnecke einander zusammengehörigen Punkte der archimedischen Spirale ^₁ und der verkürzten Evolvente d₂, so ergibt sich folgendes:

Nach einer Umdrehung der Schnecke, d. h. nach Zurücklegung des Bogens γ, erreicht man den Punkt B₂ auf der archimedischen Spirale d_v Dieser Punkt soll nun mit dem Punkt Ea₂ der verkürzten Evolvente d₂ zusammenpassen, da sich ja der Fräser bei einer Umdrehung der Schnecke — d. h. bei Zurücklegung des Bogens γ der abgewickelten Schneckenwindung — um i8o° gedreht hat. Die archimedische Spirale d_t ergibt sich, wie oben ausgeführt, durch Abwickeln der Geraden b₁ auf dem Kreise C₁, so daß der augenblickliche Krümmungsradius der archimedischen Spirale d₁ im Punkte E₂ die Gerade G E₂ ist. In entsprechender Weise ergibt sich als Krümmungsradius für die verkürzte Evolvente d_z im Punkte Ea₂ die Gerade H Ea,., da ja die verkürzte Evolvente d₂ durch Abwälzen der Geraden Jb₁ auf den Kreis C, entsteht. Es ist nun die Gerade G E₂ gleich der Geraden H E₂, so daß archimedische Spirale d_x und verkürzte Evolvente d., in dem Punkte E₂ bzw. Ea₂ einander tangieren, d. h. tatsächlich zusammenpassen. Für die Schnecke ergibt sich die Steigung p₀, die man erhält, wenn man um den Mittelpunkt D·, des Kreises C₁ vomPunkt E₁ bzw. Ea₁ einen Kreisbogen bis zu der Verbindungslinie des Punktes D₁ zum Punkte E₂ zieht. Das zwischen dem Kreisbogen und der up archimedischen Spirale ά_Λ liegende Stück der Geraden D₁E₂ ist die Steigung p_o der Schnecke.

Geht man nun vom Punkte E₂ wieder um einen Bogen γ weiter, so gelangt man zu dem Punkt E_s der archimedischen Spirale d_v Diesen Punkt würde man also nach der zweiten Umdrehung der Schnecke erreichen. Nach zwei Umdrehungen der Schnecke hat sich aber der Fräser einmal um seine Achse gedreht, d. h. der Punkt E₃ der archimedischen Spirale d₁ soll mit dem Punkt Ea₆ der ver-

kürzten Evolvente^ zusammenpassen. Diese Bedingung ist erfüllt, denn der augenblickliche Krümmungsradius der Evolvente d₂ im Punkte£"«3, d.h. die StreckeFEa₃, ist gleich dem augenblicklichen Krümmungsradius der Spirale d_t im Punkt E₃, d. h. der Geraden G₁Zi₃. Außerdem ist auch die Bedingung erfüllt, daß sich nach der zweiten Umdrehung für die Schnecke wieder die gleiche

ίο Steigung p₀ ergibt. Schlägt man von dem Punkt E₂ um den Punkt D₁ einen Kreis bis zu dem Strahl Di₁ E₃, so zeigt sich, daß das außerhalb des Kreisbogens liegende Stück bis zum Punkt E₃ gleich p₀ ist.

Abb. 4 zeigt außerdem, daß für die einzelnen zusammengehörigen Punkte von Spirale*^ und Evolvente d₂ nicht nur die augenblicklichen Krümmungsradien, sondern auch die Winkel gleich sind, welche die Krümmungsradien in den Berührungspunkten mit der Umwicklungsgeraden O₁ bilden, d. h. daß Winkel a₂ im Punkte Ea₂ und Winkel a₃ im Punkte Ea_z gleich den Winkeln a₂ und α«, in den Punkten E₂ und E₃ ist.

Da nun bei der Herstellung die Planspirale des Fräsers nicht mit der in die Teilebene des Fräsers abgewickelten Schnekkenwindung, sondern mit dem Teilkegel der Schnecke zusammenarbeitet, so erfolgt eine Berührung der beiden Kurven jeweils nur längs der Geraden b, während die neben der Geraden liegenden Teile von Spirale und Evolvente nicht mehr aufeinandertreffen. Aus diesem Grunde ist es auch, wie weiter unten erläutert wird, möglich, mittels des Fräsers zylindrische Schnecken zu erzeugen.

Bei verkürzten Evolventen ergibt, wie

Abb. 4 zeigt, die Summe der Geschwindigkeiten der die Kurven erzeugenden Punkte die Schnittgeschwindigkeit. Die Verwendung der verkürzten Evolvente ist daher vorzuziehen, obgleich hierbei die Spiralen außerhalb der Geraden b, in welcher sich Fräser und Schnecke berühren, schneller konvergieren.

Ebensogut passen auch archimedische Spirale und verlängerte Evolvente zusammen. In diesem Falle liegen die Kreise C₁ und C₂ auf derselben Seite der abwälzenden Geraden b_u d.h. ineinander. Die beiden Kreise haben also denselben Drehsinn, so daß nur der Unterschied der Geschwindigkeit der erzeugenden Punkte auf den Kurven als Schnittgeschwindigkeit wirksam wird. Diese Anordnung" ist deshalb nur dann anwendbar, wenn die Differenz der Durchmesser der beiden Kreise C₁ und C₂ genügend groß ist.

Wenn man eine Kegelschnecke in eine Ebene abwickelt, so nimmt der Abwicklungs-"bogen der Schnecke nur einen Teil des vollen Kreisumfanges ein. Der Winkel γ des Abwicklungsbogens entspricht dem Umfang des Kegelgrundkreises. Ist R der Radius des Abwicklungskreises bzw. die Länge der Mantellinie des Kegels und β der Kegelwinkel der Schnecke, so ist der Radius des Kegelgrundkreises:

>==/?'..sin-ß (vgl. Abb. 6a, 6b)

der Umfang des Gründkreises, d.h. der Abwicklungsbogen 1, 2, 3 ist also:

2 R -π· sin ß.

Da der Umfang des vollen Kreises 2 R π ist, so ergibt sich das Verhältnis:

Abwicklungsbogen (1,2,3) 2 R π · sin 3 . _ γ

voller Kreisumfang ~~ 2 22 π ' ■ 360°'

Der Abwicklungsbogen des Kegelmantels ist also proportional dem Sinus des Kegelwinkels.

Da die Abwicklung des Kegelmantels nur einen Teil des vollen Kreisumfanges einnimmt, so ist die Steigung p₀ der Schnecke auch nur ein Bruchteil der Steigung p_s_ der archimedischen Spirale für eine volle Umdrehung. Die Steigung p_s für die volle Umdrehung ist bekanntlich gleich dem Umfang des Abwälzkreises C₁. Nach einer halben Umdrehung wird beispielsweise die Spiralsteigung nur die Hälfte der Steigung p_s betragen. Die Größe der Steigung p₀ der Kegelschnecke ist also proportional dem abgewälz-

pn y

ten Bogen, d. h. -£—==—i-^, und da dieses Verhältnis dem Sinus des Kegelwinkels gleich ist, muß auch die Steigung proportional dem Sinus des Kegelwinkels sein, d. h. es muß sein:

ι _ γ sin β 36o°

oder:

sin β '

(2)

Da die Steigung für die volle Umdrehung gleich dem Umfang des Abwälzkreises C₁ ist, d. h.

-6» — 2 φ π oder φ = -^- (3)

^r . ^r 27Γ

oder nach Einsetzen von

Po

2 π · sm β

so ergibt sich p₀ = 2 ρ % · sin β (= Ganghöhe der eingängigen Schneefee) (vgl. Abb. 6).

Die oben dargelegten Beziehungen zwischen dem Abwicklungsbogen des Kegelmantels und dem Kegelwinkel ergeben noch folgende interessante Zusammenhänge.

Die oben errechnete Größe p₀ gibt die Steigung bzw. Ganghöhe für eingängige Schnecken ab. Für eine zweigängige Schnecke wird unter Beibehaltung aller anderen Abmessungen und Verhältnisse die Steigung nur halb so groß. Bezeichnet man die Steigung für mehrgängige Schnecken mit p_n, so ergibt sich

Ist /Z₁ die Gangzahl der Schnecke und n₂ die Gangzahl des Fräsers, so ergibt sich der Radius ρ des Abwälzkreises C₁ aus der Gleichung :

2y9~sinß = _ßl./7„ (4)

und der Radius α des Abwälzkreises C., aus der Gleichung:

In diese Gleichung p_n = ^⁰- eingesetzt, erhält man:

oder

2Λ TC =

■2.0.1t

Po

Ist also die Schnecke zweigängig, so wird

die Schneckensteigung p₀ nur halb so groß

wie die Steigung 2 χ ρ· sin β (vgl. Abb. 6). Aus der letzten Gleichung ist:

2a π —.—

Setzt man diesen Wert für p„ in die Gleichung (4) ein, so ergibt sich:

2p π · sin β = -

2a π

oder

Die letzte Gleichung gibt eine verhältnismäßig einfache Beziehung zwischen dem Grundkreisradius α der Fräs er spirale, dem Grundkreisradius ρ der Schneckenspirale, der Gangzahl von Schnecke und Fräser und dem Kegelwinkel.

Bei der Herstellung des Kronenfräsers (Abb. 1) wird eine kreisförmige Scheibe A gedreht und gebohrt, und dann werden auf einer Universalfräsmaschine die Windungen B hergestellt. Hierzu benutzt man einen Stirnfräser G, den man um seine Achse dreht und gleichzeitig auf der Linie b, welche aus der Mittellinie des Kronenfräsers um die Entfernung a-\-p, d.h. um die algebraische Summe aus dem Grundkreisradius und dem Abänderungswert des Kronenfräsers, versetzt ist, mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt wird. Diese Geschwindigkeit wird so gewählt, daß der Fräser G sich um eine Strecke, welche gleich dem Umfange des Grundkreises C₂ ist, bewegt hat, in der Zeit, in welcher das Fräserwerkstück A eine volle Umdrehung ausgeführt hat. Nach obigen' Ausführungen ist nun klar, daß bei einer derartigen Bewegung des Fräsers G und der Scheibe A die auf der Scheibe .A entstehenden Fräserzähne nach einer abgeänderten Evolvente, in diesem Falle nach einer verkürzten Evolvente verlaufen.

Nachdem die erforderliche Anzahl von Windungen/? fertiggestellt ist, werden die Flanken der Fräserzähne auf dem erforderlichen Neigungswinkel (Abb. 2) abgeschrägt. Der Querschnitt des Kronenfräsers längs der Linie b entspricht also dem Längsschnitt einer Zahnstange von konstanter Teilung (Abb. 2). Die Windungen werden durch eine Anzahl gleich weit voneinander entfernter Nuten b, O₁, O₂, ^3 ^usw- (Abb. 1) in Zähne unterteilt und die dadurch entstandenen Zähne in bekannter Weise hinterschnitten (s. H, Abb. 2). Bei dem in Abb. 1 dargestellten Kronenfräser liegen die Brustflächen der Fräserzähne der beiden Windungen auf einer den Kreis mit dem Radius a-\-p tangierenden Geraden. Diese Anordnung ist dann vorteilhaft, wenn der Abänderungswert ρ klein im Verhältnis zum Durchmesser des Werkzeuges ist. Ist das nicht der Fall, dann werden die Brustflächen so angeordnet, daß sie angenähert senkrecht zu den Spiralen liegen. Einederartige Anordnung ist schematisch in Abb. 3 dargestellt. Die Windungen des Kronenfräsers verlaufen hier nach verkürzten Evolventen d₂, die Quernuten nach verlängerten Evolventen d₃; letztere sind so gewählt, daß sie ungefähr in der Mitte der Schneidflächen der Fräserzähne senkrecht zu den Fräserspiralen d₂ stehen.

Theoretisch könnten die Nuten nach einer

beliebigen Kurve verlaufen und gleich weit oder ungleich weit voneinander angeordnet werden. In der Praxis werden die Nuten jedoch so gewählt; daß sie i. gleich weit voneinander abstehen,

2. die Windungen des Kronenfräsers angenähert unter rechten Winkeln schneiden,

3. die einzelnen Fräserzähne hinter arbeitet sind,

ίο 4. die Schneidbrust der einzelnen Fräserzähne genau geschliffen werden können,

5. die Zahl der Nuten keinen gemeinsamen Faktor mit der Gesamtzahl der Windungen des Kronenfräsers hat.

Durch die letzte Maßnahme wird vermieden, daß dieselbe Schneidkante immer wieder an demselben Zahnprofil arbeitet. Es zeigt sich also, daß bei dem Kronenfräser gemäß Erfindung vorzugsweise dieselben Maßnahmen getroffen werden, wie sie bei den schnekkenförmigen Fräsern für Stirnräder allgemein üblich und bekannt sind.

Bei dem in Abb. 3 gezeigten Schema ist die Schnecke mehrgängig und hat einen verhältnismäßig großen Steigungswinkel.

Die Ebene, weiche die Schnecken- und Fräserzähne B, B₁ schneidet, verläuft tangential zu dem Teilkegelmantel der Kegelschnecke A₁. Die Zähne B₁ des Kronenfräsersvl sind hinterarbeitet, wodurch an den Nuten D₃ geeignete Schneidkanten entstehen. An diesen Nuten D₃ wird der Fräser auch geschärft. Die sichelförmigen Querschnitte B₁ des Schneckenganges sind konkav und auf der dem Scheitel £\ der Schnecke zugekehrten Seite verhältnismäßig flach; auf der anderen Seite sind sie ausgesprochen konvex. Durch diese Ausbildung erreicht man, daß die Berührung zwischen den beiden miteinander in Eingriff stehenden Gliedern der theoretischen Forderung entsprechend nur auf der Linie δ (Abb. 3) erfolgt und eine Verstümmelung der Zähne vermieden wird, da die Fräserzähne durch die gleich weit voneinander abstehenden Zähne B₁ der Schnecke hindurchgehen können, ohne sie an anderen Punkten als auf den Punkten, welche auf der Linie b Hegen, zu berühren.

In den Abb. 5 und 6 ist ein Teil eines Ganges einer Kegelschnecke veranschaulicht. Diese Schnecke hat konstante Steigung. Der . Gang ist in einer den Teilkegelmantel tangierenden Ebene geschnitten, so daß sich eine sichelförmige Schnittfläche B₁ (Abb. 5) ergibt. Die genaue Form dieses Querschnittes kann entweder durch Versuch, graphisch oder durch Rechnung bestimmt werden. Diese Querschnittsform ist nämlich für die Bestimmung des Maßes wichtig, durch welches eine geringe Störung erzeugt wird, und zwar dadurch, daß die Fräsmaschine aus irgendeinem Grunde nicht genau nach den theoretischen Werten eingestellt ist, so daß die "Windung der Schnecke entweder über, unter oder auf der Teilkreislinie nicht genau hergestellt wird.

Das Verfahren gemäß Erfindung zur Erzeugung konischer Schnecken besteht aus folgenden Verfahrensschritten: Der Kronenfräser wird zunächst nach obigen Gleichungen berechnet und nach dem so errechneten Werte hergestellt. Die zu schneidende Schnecke wird in richtige Stellung auf die Fräserebene gebracht, worauf der Kronenfräser und die Schnecke in dem oben angegebenen bestimmten Übersetzungsverhältnis zueinander in Umdrehung versetzt und dabei die Schnecke in dem Fräser in einer zur Fräserebene senkrechten Richtung vorgeschoben wird, so lange, bis die richtige Zahntiefe erreicht ist. Es ist also nach dem Verfahren gemäß Erfindung möglich, alle Schneckengänge in ihrer vollen Länge und auf beiden Zahnflanken in einem einzigen Arbeitsgange ohne Schalten fertigzustellen.

Bei der Herstellung der Schnecke dreht sich die Schnecke um ihre und der Fräser um seine Achse. Diese beiden Drehungen stehen in einem bestimmten Verhältnis zueinander, das ständig beibehalten werden muß, um ein Einschneiden der Fräserzähne in die Schneckenwindungen zu verhindern. Soll nun vermieden werden, daß dieselben Werkzeugstellen immer dieselben Werkstückstellen bearbeiten, so kann der Schnecke eine zusatzliehe Drehung gegeben werden, durch welche zunächst das bestimmte Verhältnis der gegenseitigen Drehung gestört-wird. Wenn man nun aber der Schnecke außer der obenerwähnten zusätzlichen Drehung noch eine der Größe derselben entsprechende Axialverschiebung gibt, so kann durch letztere das bestimmte Verhältnis der gegenseitigen Drehung von Fräser und Schnecke wiederhergestellt bzw. aufrechterhalten werden. Die zusätzliche Drehung der Schnecke und die Axialverschiebung derselben ergeben dann zusammengesetzt einen schrägen Vorschub in bezug auf den Kronenfräser. Durch einen derart schrägen Vorschub werden Abflachungen und Fräsmarken auf den Schneckenwindungen vermieden. Derartige Fehler ergeben sich besonders dann, wenn der Fräser nur eine kleine Zahl von Nuten besitzt oder nicht richtig auf seiner Welle läuft.

In den Abb. 7 und 8 ist ein Teil eines Scbnekkenganges B_s einer zylindrischen Schnecke dargestellt. Durch den Schneckengang B_z sind mehrere Schnitte M₁₁ M₂, M₃ gelegt, deren Ebenen m, m_1; m₂ (Abb. 8) parallel zur Schneckenachse laufen. Die in Abb. 7 gezeigte Schnittfläche des Schneckenganges

ist angenähert eine Ellipse. Der Schneckengang ist unter einem Winkel gegen die Achse geneigt. Dieser Winkel ist der Gangwinkel der Schnecke. Damit nun, wie bei der Herstellung von konischen Schnecken, Verstümmelungen der Schneckenflächen vermieden werden, d. h. eine Berührung nur an den Punkten, welche auf der Linie b (Abb. 7) liegen, erfolgt, müssen die nach einer abgeänderten Evolvente verlaufenden Fräserzähne einen genügend großen Krümmungsradius besitzen. Man muß also bei der Herstellung von zylindrischen Schnecken die angenäherten Krümmungsradien R der Schnitte M₁, M₂ kennen.

Das ist auch wichtig, damit die Schneckenzähne nicht außerhalb der Teillinie angeschnitten werden, wenn die Fräsmaschine aus irgendeinem Grunde nicht theoretisch genau eingestellt wurde. Die Krümmungsradien M₁ und M₂ können wie bei der Herstellung von konischen Schnecken entweder graphisch oder mathematisch bestimmt werden. Das Verfahren gemäß Erfindung ist zur Herstellung ' zylindrischer Schnecken immer dann brauchbar, wenn R nicht übermäßig groß ist, d. h. die Schnecken müssen einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser und die Flanken einen kleinen Krümmungsradius besitzen, während der Neigungswinkel α verhältnismäßig groß sein muß. Diese Bedingungen werden jedoch von den gewöhnlichen Normalschnecken durchaus erfüllt.

Abb. 9 zeigt schematisch die Herstellung zylindrischer Schnecken nach dem Verfahren gemäß Erfindung. Es sei angenommen, daß der Fräser in Abb. 9 mit verkürzten Evolventen konstruiert sei und nur einen Gang besitze. Die Ganghöhe E₁, E₂ der Spirale, •welche auf der Erzeugungslinie b gemessen wird, ist gleich der Ganghöhe der zu erzeugenden Schnecke. Der Durchmesser der Schnecke ist so gewählt, daß der Krümmungsradius der Fräserspirale an allen Punkten größer ist als der entsprechende Radius des Schneckenganges. Der Abänderungswert ρ gleich F-D₃ ist hier so gewählt, daß der spitze Winke]./⁷, E₁, D₃ ((X₁) oder F, E₂, D₅ (a₂) oder irgendein anderer zwischen den beiden liegender Winkel gleich dem Steigungswinkel der herzustellenden Schnecke ist. Die zylindrische Schnecke A₃ (Abb. 9) wird so in bezug auf den Fräser eingestellt, daß die Achse der Schnecke in die Richtung der Linie b fällt. Wird nun die Schnecke in dem obenerwähnten Übersetzungsverhältnis zu dem Fräser in Umlauf versetzt, so bleibt die Spirale D₂ des Fräsers immer in Eingriff mit der Schnecke. Es ist nämlich definitionsgemäß die Kronenfräserspirale d₂ ein Produkt aus einer gleichmäßigen Verschiebung eines Punktes E₁, E₂ auf der Linie b und einer gleichmäßigen Drehung um die Fräsermitte. In entsprechender Weise ist daher die Schneckenspirale ein Produkt aus einer gleichmäßigen Verschiebung eines Punktes E₁, E₂ auf derselben Linie b und einer gleichförmigen Drehung um die Schneckenachse. Die Drehung der Schnecke und die Drehung des Fräsers sind nun so in bezug aufeinander gewählt, daß die gemeinsame Erzeugende b sich immer mit der gleichen linearen Geschwindigkeit bewegt. Schnecke und Fräser müssen daher genau ineinandergreifen, vorausgesetzt, daß der geometrische Ort der gegenseitigen Berührung von Schnecke und Fräser auf die Schnittebene durch die Gerade b begrenzt ist. Aus dem in Abb. 9 dargestellten Schema erkennt man, daß mit diesem Verfahren Schnecken von erheblicher Länge erzeugt werden können, da die Schnecke lediglich in Richtung der Linie b der Länge nach in dem Kronenfräser vorzuschieben ist. Dieses Verfahren weist einen kleinen theoretischen Fehler auf, weil der Winkel/⁷, E₂, D₃ ((X₂) am Anfang der Fräserwindung etwas größer ist als der entsprechende Winkel F, E₁, D₃ ((X₁) am Ende der Fräserwindung. Diese kleine Ungenauigkeit ergibt eine leichte Verstümmelung des Schneckenganges auf einem gewissen Teil seines Umfanges. Diese Ungenauigkeit läßt sich jedoch in der Praxis dadurch vermeiden, daß man die Fräserzähne an den entsprechenden Stellen der Fräserwindung, und zwar an der Teilkreislinie gegenüber den übrigen Zähnen, etwas schwächer ausbildet.

Die in den Abb. 10 und 11 dargestellte, nach dem Verfahren gemäß Erfindung arbeitende Maschine vereinigt die Vorteile der Maschine zur Herstellung gewöhnlicher Stirnräder nach dem Abwälzverfahren und der Maschine zum Fräsen von Schneckenrädern, bei der die Fräserachse in die endgültige Achsentfernung zwischen Rad und Fräser eingestellt und der Fräser tangential zum Schneckenradumfang verschoben wird. Die Maschine gemäß Erfindung hat daher eine vielseitige Verwendungsmöglichkeit, da sie für jede Abwälzschneidarbeit benutzt werden kann, für welche die obenerwähnten beiden Maschinengattungen dienen. Außerdem kann die Maschine gemäß Erfindung zusätzlich zur Erzeugung gerader und konischer Schnekken, Spiralkegelrädern und Kegelrädern mit abgeänderter Evolventenspirale sowie für Plan- und Hyperboloidräder der gleichen Gattung verwendet werden.

Der Kronenfräser 21 ist auf einer Welle 22 (Abb. 11) gelagert. Diese Welle ist mit einer Stirnplatte 23 verkeilt, und diese wieder ihrerseits an einem Tischschneckenrad 24 befestigt. Das Ganze läuft in einem konischen

Lager des Fußringes 25 und einem Drehlager der Fußplatte 26. Die Platte 26 ist mit zwei parallelen Gleitbahnen versehen, in welche entsprechend geformte, mit dem Maschinenfuß 28 aus einem Stück bestehende Führungsschienen 27 eingreifen (Abb. 11, 10). Der Kronenfräser 21 wird von dem Schneckenrad 24 vermittels einer Schnecke 29 (Abb. 10) angetrieben, welche auf der Welle 30 verschiebbar gelagert ist, und von an einer Verlängerung des Fußringes 25 angeordneten Lagern 31 und 32 in richtiger Lage mit Bezug auf das Schneckenrad gehalten wird. Der ganze, den Fräser tragende Werkzeugkopf kann vermittels einer Gewindespindel 33 von Hand bewegt und in jede Längsstellung genau eingestellt werden. Das eine Ende der Gewindespindel 33 ist in einem Lager 34 geführt, das an dem Maschinengehäuse28 befestigt und mit einer Skala 3 5 versehen ist. Die Spindel umgreift eine an der Fußplatte 26 befestigte Mutter 36. Das Festspannen des Werkzeugkopfes nach Einstellen mittels der Spindel 33 und der Mutter 36 erfolgt mittels vier Schrauben 37, die auf dem Bett festgeklemmt werden.

Das Werkstück ist auf einem Aufspanndorn 38 (Abb. 10) angeordnet. Dieser ist in einer konischen Bohrung der Werkstückspindel 39 eingestellt und mit seinem anderen Ende in einem Arm 40 gelagert. Die Spindel 39 besteht aus zwei Teilen, von denen der dem Werkstück zugekehrte Teil einen großen Durchmesser besitzt und in dem mit der Fußplatte 42 aus einem Stück bestehenden Lager 41 gedreht und axial verschoben werden kann. Das andere Ende der Spindel 39 ist mit Gewinde versehen und steht in Eingriff mit einer Mutter 43, die in einem ebenfalls mit der Fußplatte 42 aus einem Stück bestehenden Lager 44 angeordnet ist. Die Spindel 39 wird von zwei Stirnrädern 45, 46 angetrieben, von denen das erste unmittelbar auf dem Mittelteil der Spindel aufgekeilt, während das zweite, 46, mit der Mutter 43 fest verbunden ist. Die Platte 42 trägt eine Spindel 47 in zwei Lagern 48, 49. Diese Spindel 47 ist parallel zu der Spindel 39 und trägt ein Längsgleitzahnrad 50 und ein auswechselbares Zahnrad 51. Die Zahnräder 51 und 46 sind Wechselräder und dienen zum Antrieb des Vorschubes. Durch entsprechende Auswahl der durch die Zahnräder 51 und 46 gegebenen Übersetzung im Verhältnis zu der Übersetzung der Zahnräder 50 und 45 kann der Spindel 39 jedes gewünschte zeitliche axiale Vorschubverhältnis erteilt werden. Wenn das Übersetzungsverhältnis des Räderpaares 51, 46 und des Räderpaares 50 und 45 gleich ist, erfolgt kein Vorschub der Spindel 39, da in diesem Falle die Mutter 43 sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Spindel 39 dreht.

Die Fußplatte 42 ist mittels eines konzentrisch zur Antriebswelle 52 angeordneten Zapfens in eine Platte 53 eingepaßt. Auf diese Weise wird es möglich, der Platte 42 beim Schneiden konischer Schnecken jede beliebige Winkeleinstellung zu geben und so die Platte in jeden gewünschten Winkel in bezug auf die Ebene des Fräsers 21 einzustellen. Der das äußere Ende der Spindel tragende Arm 40 kann abgenommen werden, wenn er bei der Winkeleinstellung der Fußplatte 42 gegen den Werkzeugkopf stößt. Die Platte S3 ist in einer senkrechten Ebene auf zwei in dem Ständer 55 gebildeten parallelen Gleitbahnen 54 verschiebbar angeordnet und wird in senkrechter Stellung durch zwei Leisten 56 gehalten (Abb. 10). Der mittlere Teil der Platte 53 ist als Lager 57 ausgebildet. Dieses Lager trägt eine kurze Welle 52, auf deren Enden die Kegelräder 59, 60 aufgekeilt sind. Das Kegelrad 60 steht mit einem auf dem Ende der Welle 47 aufgekeilten Kegelrad 61 in Eingriff (Abb. 10). Das Kegelrad 59 kämmt mit dem von einer senkrechten Welle 63 angetriebenen verschiebbaren Kegelrad 62. Die Spindel 63 ist in einer mit der Platte S3 verbundenen Konsole 64 gelagert. Der obere Teil der Platte 53 ist als Büchse 65 ausgebildet, in welcher das Ende der senkrechten Vorschubspindel 66 (Abb. 11) angeordnet ist. Die Spindel 66 wird mittels einer Schnecke 67 und eines Schneckenrades 68 angetrieben. Die Schnecke 67 und das Schnekkenrad 68 sind in einem auf der Maschinensäule 55 angeordneten' Gehäuse 70 untergebracht. Durch Drehung der Schnecke 67 kann der Arbeitstisch gehoben und gesenkt werden. Diese Vorschubbewegung kann gegebenenfalls auch mittels Kraftantriebes und in einem bestimmten Verhältnis zu dem Umlauf der Schneckenspindel 39 erfolgen.

Der Antrieb der ganzen Maschine erfolgt von einer Scheibe 71 (Abb. ι ο), deren Welle 72 in zwei Lagern 73 und 74 ruht. Auf dem inneren Ende der Welle 72 ist ein Geschwindigkeitswechselrad 75 angeordnet, das mit einem auf einer Welle 77 angeordneten Wechselrad 76 kämmt. Die Welle 77 trägt zwei Kegelräder 78 und 80. Das erstere steht in Eingriff mit einem auf der senkrechten Welle 63 befestigten Kegelrad 79, welches das Werkstück antreibt, und das zweite, 80, kämmt mit einem Kegelrad 81 und treibt über dieses die Schaltwechselräder 82 und mittels der Welle 30 die für den Antrieb des Schneckenfräsers dienende Schnecke 29.

Die Wirkungsweise der Maschine ist kurz folgende:

Nach Auswahl eines geeigneten Kronen-

fräsers wird derselbe auf die Tischplatte 83 gesetzt und mittels der Spindel 33 eingestellt und mittels der Schrauben 37 festgespannt. Darauf wird die zu erzeugende Schnecke auf die Werkstückspindel 38 gebracht. Nach Auswahl der Vorschubzahnräder 51 und 46 wird der Werkstückträger 32 — wenn es sich um Herstellung einer konischen Schnecke handelt — winklig zu dem Kronenfräser ein-

to gestellt und dann auf der Platte 53 festgespannt. Dann wird die Spindel 66 (Abb. 11) auf die durch den Fräser zu erzeugende Schnittiefe leingestellt. Nach Anordnung der entsprechenden Geschwindigkeitsräder 75, 76 und 82 (Abb. 10) ist die Maschine betriebsbereit.

Zylindrische Schnecken werden lediglich durch den axialen Vorschub der Schnecke erzeugt. In diesem Faule bleibt die senkrechte Platte 53 mit dem Ständer 55 fest verspannt. Bei der Herstellung von konischen Schnecken dagegen kann der tangential·; Vorschub durch die Wechselräder 51 und 46 erfolgen. Die Hauptvorschubbewegung in senkrechter Richtung wird durch die Gewindespindel 66 bewirkt. Zur Erzeugung von Planoder Hyperboloidrädern werden Werkstück und Werkzeug vertauscht, d. h. das Werkstück wird auf der Welle 22 und das Werkzeug auf der Welle 38 angeordnet. Die Vorschubbewegung erfolgt dann senkrecht zur gemeinsamen Tangentialebene, d.h. also senkrecht für Planräder und schräg (Resultierende aus dem vertikalen und dem tangentialen Vorschub) bei Hyperboloidrädern.

Bei Schleifen der nach dem oben geschilderten Verfahren hergestellten Schnecke mittels Schleifwerkzeugen, deren Schneidkanten wie die Fräserzähne des Scheibenfräsers nach abgeänderten Evolventen verlaufen, ist es wichtig, daß die Schneidkanten des Schleifwerkzeuges in gewissen Zeitabständen abgerichtet werden. Um die Abrichtung der Schleifwerkzeuge zu erleichtern, bildet man dieselben vorteilhaft nur mit einer einzigen Windung aus, damit der abrichtende Diamant verhältnismäßig groß sein kann, ohne daß er mit den Nachbarwindungen des Werkzeuges in Konflikt kommt.

In den Abb. 12 und 13, in welchen das Abrichten veranschaulicht ist, besteht die Schleifscheibe 83 aus irgendeinem geeigneten Schleifmaterial. Diese Scheibe wird zunächst ähnlich wie der Scheibenfräser so geformt, daß die Schneidkanten nach einer abgeänderten Evolvente verlaufen. Nachdem die Schneidkanten roh geformt sind, werden sie mit der Abrichtevorrichtung genau nachgearbeitet. Hierbei wird die Schleifscheibe 83 sehr langsam und der Richtdiamant sehr schnell gedreht. Gleichzeitig wird die Scheibe auf der Geraden (b, Abb. 13) verschoben. Auf diese Weise lassen sich mit großer Präzision und innerhalb einer wirtschaftlichen Zeitdauer mathematisch genaue Kurven und Flächen er- Ö5 zeugen. Der Diamant 85 sitzt an dem Ende eines Zapfens 86 der Richtspindel 84 und beschreibt einen Kreis, der so gewählt ist, daß er sich der richtigen Kontur der abgeänderten Evolventen windung d₂ (Abb. 13) ergibt. Bei der Drehung der Schleifscheibe 83 und der Verschiebung derselben auf der Linie b beschreibt der Diamant 85 eine Reihe von Kreisen 87 (Abb. 14), wodurch nacheinander die ganze Schneidfläche der Schleifscheibenwindung abgerichtet wird.

Bei der in Abb. 15 dargestellten Abrichtvorrichtung steht die Schleifscheibe 83 nicht unmittelbar mit dem Diamant 85 in Berührung. Es ist hier zwischen dem Diamant 85 und der Scheibe 83 eine Scheibe 88 angeordnet, die aus einem Material besteht, dast härter ist als die Scheibe 83. Bei dieser Anordnung wird die Zwischenscheibe 88 von dem Diamanten 85 und die Schleifscheibe 83 von der Scheibe 88 abgerichtet. Die Scheibe 88 läuft sehr schnell, die Scheibe 83 dagegen sehr langsam und vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   ι . Verfahren zur Herstellung von Schnekken mit konstanter Steigung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kronenfräser mit nach einer abgeänderten, vorzugsweise verkürzten Evolvente angeordneten Schneidzähnen in Eingriff mit dem Werkstück gebracht wird, wobei Fräser und Werkstück je um ihre Achse gedreht werden, oder eines von ihnen um seine eigene und die andere Achse gedreht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub durch Bewegung von Fräser oder Schnecke, vorzugsweise Schnecke, senkrecht zur Fräserebene erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke gleichzeitig mit der Vorschubbewegung axial vorgeschoben wird zum Zwecke einer Verhütung einer wiederholten Bearbeitung ein und derselben Werkstückstelle durch ein und dieselbe Werkzeugstelle.
4. 4. Fräser zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidzähne nach einer abgeänderten, vorzugsweise verkürzten Evolvente verlaufen.
5. 5. Fräser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abänderungswert

   der Evolvente, nach welcher die Schneidzähne verlaufen, gleich oder annähernd gleich der Polarsubnormalen ist.
6. 6. Fräser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des Evolventengrundkreises sich zur Schneckenteilung wie die Gangzahlen von Fräser und Schnecke verhält.
7. 7. Fräser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der zwischen den Schneidzähnen liegenden Nuten derart in bezug auf die Gesamtzahl der Fräserwindungen gewählt ist, daß die Zahl der Nuten kernen gemeinsamen Faktor mit der Zahl der Windungen hat.
8. 8. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fräser und Schnecke derart in bezug aufeinander angeordnet sind, daß die in der Fräser teilebene liegende Erzeugende des Schneckenteilkegels den zum Evolventengrundkreis konzentrischen Kreis der Fräserspirale tangiert, dessen Radius um den Abänderungswert größer oder Heiner, vorzugsweise größer, als der Grundkreisradius ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen