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Zahnräder und Verfahren sowie Werkzeuge zum Schneiden von Zahnrädern
Die Erfindung betrifft Zahnräder und ihre Herstellung, insbesondere Kegelräder und
Werkzeuge, sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Räder. Die Erfindung umfaßt
eine neue und verbesserte Form der Kegelradverzahnung, ein neues Verfahren zur Herstellung
derartiger Räder und neue und verbesserte Formen von Schneidwerkzeugen zur Ausübung
dieses Verfahrens.
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Die Erfindung zielt auf eine praktische Form einer Kegelradverzahnung
mit längs gekrümmten Zähnen ab, die in Diffe:reutiavlen, bei Flugzeugtriebwerken
usw. Verwendung finden kann. Bisher wird hierfür eine geradlinige Kegelradverzahnung
benutzt. Im Vordergrund steht bei derartigen Triebwerken -die Vermeidung von axialen
Druckkräften. Die Verzahnung gemäß der Erfindung bringt wegen der gekrümmten Form
der Zähne den Vorteil eines wesentlich ruhigeren Laufes; als er bei einer geradlinigen
Kegelradverzahnung möglich ist.
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Gemäß der Erfindung wird für den beschriebenen Zweck eine Form einer
Kegelradverzahnung mit längs gekrümmten Zähnen geschaffen, die ohne nennenswerten
Axialdruck arbeitet und im übrigen die erforderliche Festigkeit aufweist, um wechselnde
Belastungen, denen das Triebwerk im Betriebe unterworfen wird, aufnehmen zu können.
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Diese Kegelradverzahnung ist außerdem -so beschaffen, daß das Schneiden
und Schleifen auf
bestehenden Maschinen für das Schneiden und Schleifen
von spiralverzahnten Kegelrädern vorgenommen werden können unter Anwendung eines
Verfahrens, wie es für das Schneiden und Schleifen gewöhnlicher verzahnter Kegelräder
üblich ist, und mit bei diesen erzielbaren Arbeitsgeschwindigkeiten.
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Der Erfindung gemäß wird ferner ein einfaches Verfahren zum Schneiden
von Kegelrädern und insbesondere von Kegelrädern der oben beschriebenen Art geschaffen,
das Zahnradpaare ergibt, die beim Zusammenarbeiten auf weniger als dem ganzen Profil
tragen.
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Gemäß der Erfindung werden die Zähne auch so geschnitten, daß die
zusammenwirkenden Flächen zweier Glieder des Zahnradpaares über weniger als die
volle Zahnlänge in Berührung sind.
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Des weiteren bildet ein Messerkopf den Gegenstand der Erfindung, mittels
dessen nacheinander ein Schruppen und Schlichten einer Zahnlücke eines spiralverzahnten
Kegelrades im Wälzverfahren und bei einem einzigen Umlauf des Messerkopfes möglich
ist.
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Nach einem Verfahren zum Schneiden von Zahnrädern mit längs gekrümmten
Zähnen, und insbesondere von Zahnrädern der oben beschriebenen Art wird gemäß der
Erfindung das eine Glied des Paares formgeschnitten und das andere Glied gewälzt.
Beide Glieder werden mit Spreizmesser geschnitten, d. h. so, daß ,die Schneidkanten
aufeinanderfolgender Messer abwechselnd innen und außen liegen, so daß zwei Zahnseiten
zugleich erzeugt wenden.
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Gemäß der Erfindung sind die zum Schneiden von Zahnrädern aus einem
Rohkörper im Wälzverfahren dienenden Messer oder Zähne des Schneidwerkzeuges so
gestaltet, daß sie angenähert während des Schneidens gleiche Arbeit leisten.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Zahnradschne:idwerkzeug,
bei dem die Messer oder Zähne an ihren Schneidkanten solche Teile haben, die zum
Schlichten der Zahnflächen dienen, und andere Teile, die zum Ausschruppen der Zahnlücken
bestimmt sind, wobei die Anordnung, so getroffen ist, daß die Schruppteile Material
aus den Zahnlücken entfernen, ohne die Arbeit der schlichtenden Teile zu stören.
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Gemäß :der Erfindung wird ein Schneidwerkzeug zur Herstellung geschlichteter
Zahnräder unmittelbar aus dem Zahn.radrohkörper geschaffen, bei dem gewisse Messer
zum Schlichten und andere Messer zum Schruppen dienen und bei dem die Schruppmesser
so angeordnet sind, daß sie die Arbeit der Schlichtmesser weder stören noch beeinflussen.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
und den Ansprüchen hervor.
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Bis jetzt wurden bei Kegelräderdifferentialen und bei Kegelrädern
in. Flugzeugtriebwerken und auch tsonsrbwo@ ausischließlich geradlinig verzahnte
Kegelräder benutzt. Bei diesen verschiedenen Anwendungszwecken kommt es auf einen
von Axialdruck freien Kegelradantrieb an, also darauf, daß Axialdrucklager nicht
erforderlich sind. Die Er findung führt somit zu einer Verringerung dei Kosten wesentlich
für Differentiale und zu eine Herabsetzung des Gewichtes, was besonders beirr Flugzeugantrieb
wesentlich ist. Es ist schwierig geradverzahnte Kegelräder so herzustellen, daß
si< ruhig zusammenarbeiten, insbesondere bei hoher Geschwindigkeiten. Zwar ist
früher schon.. vorgeschlagen worden, Kegelräder mit längs gekrümmten Zähnen zu schneiden,
die zwischen den Enden der Stirnfläche des Zahnrades einen Punkt mit dem Spiralwinkel
von angenähert o° haben, so daß die Räder mit einem Geringstmaß von axialem Druck
zusammenarbeiten und gleichzeitig dank der Längskrümmung der Zähne ruhig laufen
sollten. Der Versuch schlug indessen fehl, da die Räder in ihrer Ausführungsform
nichtpraktisch waren.
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Gemäß der Erfindung wird nun ein Kegelräderpaar vorgeschlagen, dessen
Glieder längs gekrümmte 7jähne halben., in deren Stirriflächenmitte der Spnralwinkel
im wesentlichen o° beträgt. Die Zähne sind nach einem außerordentlich großen Krümmungsradius
gekrümmt. Der Krümmungsradius beträgt gewöhnlich mehr als das Zweifache der Stirnbreite
der Zahnräder. Diese werden im übrigen so geschnitten, daß die zusammenarbeitenden
Zahnflächen eines Paares,in Längsrichtung nicht genau zusammenpassen, so daß die
Zahnanlage in der Längserstreckung eine örtliche Beschränkung erfährt. Weiterhin
sind die Zahnprofile des einen Gliedes oder beider Glieder eines Paares an den Köpfen
und Flanken zurückgenommen, so daß die im Eingriff befindlichen Räder auf weniger
als dem vollen Profil tragen. Diese Konstruktionsmerkmale bewirken einen ruhigen
Lauf und erleichtern die Anpassung der Zahnräder an wechselnde Belastungen und Veränderungen
in der Lagerung. Die Zahnräder werden im übrigen. so geschnitten, daß die Zahnhöhe
bzw. Lückentiefe von außen nach innen abnimmt und somit die Festigkeit des Zahnes
am niedrigeren Ende der am höheren Ende des Zahnes proportional -ist. Die Zahnräder
können daher schwere Lasten, wie gewöhnliche geradverzahnte Kegelräder, aufnehmen.
Vorzugsweise wird das -größere Glied eines Paares mit Zähnen von geradlinigem Profil
in einem Formverfahren geschnitten. Auf diese Weise werden die Kosten des Zahnradpaares
auf einen Kleinstwert herabgesetzt.
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Es können verschiedene Verfahren zur Herstellung eines Zahnradpaares
gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden. Vorzugsweise wird das Zahnrad
mit einem Messerkopf geschnitten, der eine Anzahl von Schneidmessern auf einem Teil
seines Umfanges aufweist, wobei zwischen dem letzten und dem ersten Messer ein Zwischenraum
gelassen ist, derart, daß das Zahnrad in der Teilung geschaltet werden kann, wenn
dieser Zwischenraum sich am Werkstück befindet. Dabei (ist irgendeine Rückzugsbewegung
des Werkstückes und des Schneidwerkzeuges in bezug zueinander nicht erforderlich,.
Einderartiges -Schneidwerkzeug ist als! Einumlaufschneidwerkzeug bekannt. Beide
Seiten einer Zahnlücke des Werkstückes
können gleichzeitig geschnitten
werden, oder es kann jeweils nur eine Seite geschnitten werden.
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Wenn das Rad formgeschnitten wird, wird das Ritzel vorzugsweise zu
einem Rade passend gewälzt, dessen Achse mit der Achse des Ritzels einen Winkel
bildet, der etwas. von dem Winkel zwischen dem Rade und Ritzel abweicht, mit dem
diese sich im Eingriff befinden. Dieses Wälzverfahren bringt ein Zurückspringen
der Profile der Ritzelzähne hervor, das erwünscht ist, um zwischen den im Eingriff
befindlichen Zahnrädern eine, Berührung, die über weniger als -das volle Profil
geht, zu erhalten. Die beiden Seiten der Ritzelzähne werden vorzugsweise mit Krümmungsradien
geschnitten, die von den Krümmungsradien der zugehörigen Zahnflächen des Rades abweichen,
so daß bei :dem im Eingriff befindlichen Zahnradpaar die erwünschte örtliche Beschränkung
der Zahnanlage in der Längserstreckung eintritt.
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Das Ritzel wird vorteilhaft ebenfalls mit einem Einumlaufschneidwerkzeug,
jedoch in einem Wälzvorgang, geschnitten.. Es kann dazu,ein Messerkopf benutzt werden,
der eine Anzahl von Schruppmessern aufweist, auf welche eine Anzahl von Schlichtmessern-folgt.
Die Messer sind auf einem Teil des Umfanges angeordnet, mit einem Zwischenraum zwischen
dem letzten Schlichtmesser und dem ersten Schruppmesser. Das Schneidwerkzeug läuft
um seine Achse, und Schneidwerkzeug und Werkstück werden zusammen gewälzt und erzeugen
dadurch die Zahnflächen des Ritzels. Befindet sich der Zwischenraum auf dem Werkzeug
am Werkstück, so wird dieses in der Teilung geschaltet, ohne; @daß es in bezug zum
Schneidwerkzeug zurückgezogen werden muß.
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Sowohl Rad wie Ritzel werden vorzugsweise so geschnitten, daß die
Zahnhöhe oder .die Zahnlückentiefe von außen nach innen abnimmt. Zweckmäßig werden
zwei Zahnseiten gleichzeitig geschnitten. Das zum Schneiden des Zahnrades benutzte
Werkzeug kann einander gegenüberliegende Schneidkanten von verschiedenen Flankenwinkeln
haben. Das zum Schneiden des Ritzels verwandte Werkzeug hat vorzugsweise zum mindesten
einander gegenüberliegende Schlichtschneidekanten von gleichen Flankenwinkeln. Vorzugsweise
ist der Flankenwinkel an gegenüberliegenden Seiten der Schneidkanten des Ritzelschneidwerkzeuges
größer als der Flankenwinkel der zuschneidenden Zahnflächen. Dabei werden Zahnflankenflächen
von dem gewünschten Flankenwinkel dadurch erzielt, daß das Ritzelwerkstück und das
Schneidwerkzeug so zusammen gewälzt werden, als ob das Ritzel mit einer außerhalb
seiner Teilfläche gelegenen Fläche auf der Teilfläche des Grundzahnrades, welches
durch das Schneidwerkzeug dargestellt wird, abwälzen würde. Dies vermindert den
für die Erzeugung der Ritzelzähne erforderlichen Wälzausschlag und ermöglicht des.
weiteren, gegenüberliegende Seiten der Ritzelzahnlücken gleichzeitig mit einer genauen
Verjüngung der Tiefe von einem Ende der Zahnlücken zum anderen zu schneiden. Das
Ritzelschneid'werkzeug wird vorteilhaft so ausgebildet, d@aß es Schruppschneidkanten
aufweist, welche an verschiedenen Stellen der Wälzbewegung über die Schlichtschneidkanten
hinausragen und an Punkten, die nicht vom Schlichten betroffen werden, Material
aus den Zahnlücken ausräumen. Dies setzt die Leistungsfähigkeit des Schneidwerkzeuges
herauf und ändert gleichzeitig nicht die durch die Schlichtkanten hervorgebrachte
Arbeit. Die Schlichtkanten werden auch derart verlängert, daß sie trotz ihrer großen
Flankenwinkel die herzustellenden Zahnflächen vollständig schlichten.
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Schneidwerkzeuge, die dem vorbeschriebenen Erfindungsgedanken entsprechen,
können verschiedene Formen haben. Bei einer Ausführungsform hat jedes Messer eine
geradlinige Schlichtkante für einen Teil seiner Höhe und für den restlichen Teil
eine vorstehende. Schruppkante. Die Schlichtkanten haben alle die gleiche Neigung
zur Achse des Schneidwerkzeuges. Die vorstehenden Schruppkanten weisen jedoch eine
veränderliche Neigung zur Achse des Schneidwerkzeuges auf, uind zwar ändert sich
die Neigung schrittweise von einem Schlichtmesser zum anderen. Die vorstehenden
Schruppkanten der Messer schneiden lediglich solche Teile. der Zahnlücken, an die
die Schlichtkanten nicht herankommen. Gemäß einer anderen Ausführungsform werden
besondere Schruppmesser und Schlichtmesser vorgesehen. Die Schruppmesser wechseln
mit den Schlichtmessern ab.
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In den, Zeichnungen stellt Fig. i im Bruchstück eine Draufsicht und
Fig. a eine Seitenansicht eines gemäß der Erfindung erzeugten Zahnradpaares dar;
Fig. 3 veranschaulicht schematisch das nicht genaue Ineimanderpias,scn der zusammen
arlbcite:ndlen Zahnflächen eines gemäß der Erfindung -erzeugten Zahnradpaares in
Längserstreckung; Fig. q. ist eine schematische Ansicht einer Zahnflankenfläche
eines Gliedes eines Zahnradpaares gemäß der Erfindung und zeigt die örtlich beschränkte
Zahnanlage der im Eingriff befindlichen Zahnräder; Fig.5 zeigt schematisch das gemäß
der Erfindung bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Ritzels; Fig. 6 veranschaulicht
schematisch die Änderung; welche das Ritzelzahnprofil durch dieses Hersteblungsverfahren.
erfälhirt; Fig.7 veranschaulicht bestimmte. Beziehungen zwischen den Gliedern eines
gemäß der Erfindung erzeugten Zahnradpaares; Fig. 8 zeigt die zum Schneiden des
Rades oder größeren Gliedes des Zahnradpaares bevorzugte Methode; Fig.9 zeigt, wie.
das Ritzel oder das kleinere Glied eines Zahnradpaares mit einem Werkzeug geschnitten
werden kann, das einen dem Flankenwinkel der zu erzeugenden Ritzelzähne gleichen
Flankenwinkel aufweist; Fig. i o, ii und 1a veranschaulichen verschiedene Verfahren
zum Schneiden des Ritzels mit einem Werkzeug, dessen Flankenwinkel größer als der
Flankenwinkel des zu schneidenden Ritzels ist;
Fig. 13 und 14 stellen
eine .Draufsicht und in Seitenansicht eine Abwicklung eines Schneidwerkzeuges nach
einer Ausführungsform gemäß der Erfindung dar, das zum Schneiden des Ritzels oder
des gewälzten Gliedes des Zahnradpaares dient; Fig. T5, 16 und 17 veranschaulichen
die Konstruktion dieses Schneidwerkzeuges und seine Arbeitsweise am einen Ende,
in der Mitte und am anderen Ende der Wälzbewegung; Fg. 18 veranschaulicht schematisch
ein Ritzel= schneidwerkzeug von abgewandelter Ausführungsform und zeigt verschiedene
übereinandergelegte Messer dieses Schneidwerkzeuges; Fig. i9 zeigt in einer schematischen
Ansicht, wie die Schruppmesser des in Fig. 18 veranschaulichten Schneidwerkzeuges
sich in ihrer Gestalt ändern, und: zwar entsprechend den Stellungen der Wälzbewegung,
bei denen diese Messer arbeiten; Fig. 2o zeigt eine Ausführungsform eines zum Schneiden
des größeren Gliedes eines Zahnradpaares gemäß der Erfindung dienenden Werkzeuges,
das im Hinblick auf Vermeidung eines Schieftragens ausgebildet ist; Fig.2i zeigt
das Profil der Schneidmesser des zum Schneiden des zugehörigen Ritzels zu benutzenden
Werkzeuges, und Fig.22 zeigt in schematischer Ansicht eine abgeänderte Ausführungsform
des Ritzelschneidwerkzeüges. .
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In den Fig. i und 2 bezeichnen 3o und 31 die beiden Glieder eines
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gestalteten Kegelradpaares. Die, beiden
Räder haben längs gekrümmteZähne (Bogenzähne) 32 und 33, die angenähert in der Mitte
der Zahnradstirnfläche den Spiralwinkel Null aufweisen. So berührt, wie in Fig.
i gezeigt, die radial vom Kegelmittelpunkt38des Zahnrades ausgehende Linie 36 die
Mittellinie 34 eines Zahnes 32 des Zahnrades an einem Punkt, der angenähert in der
Mitte der verzahnten Fläche des Zahnrades liegt. In gleicher Weise. berührt die
Mittellinie. 35 eines Ritzelzahnes 33 eine radial von der Ritzelspitze 39 aus gezogene
Linie 37 an einem angenähert in der Mitte ,der Ritzelstirnfläche gelegenen Punkt.
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Die Zähne sowohl des- Rades als: auch des Ritzels sind nach sehr großen
Krümmungsradien gekrümmt. Diese betragen auf jeden Fall mehr als das Zweifache der
Stirnbreite W oder W' der Zähne des Rades oder Ritzels. Das Ergebnis davon ist,
wie es die Fig. i und 2 zeigen, daß die Zahnräder Zähne haben, die in ihrem Längsverlauf
geradlinigen Zähnen sehr nahekommen.
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Beide Glieder des Paares können gewälzt werden. Vorzugsweise wird
jedoch nur das Ritzel gewälzt, und das Rad oder größere Glied des Paares wird formgeschnitten,
d. h. nicht gewälzt. Vorzugsweise hat es Zähne, deren beide Flanken 4o und 42 geradlinig
sind, so daß die Flankenflächen kegelförmige Umdrehungsflächen bilden.
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Die Zähne sowohl des Rades als auch des Ritzels werden so ausgebildet,
daß sievon außen nach innen im Hinblick auf die Tiefe verjüngt verlaufen, wie es
aus den Fig. 4 und 7 hervorgeht. Dieses Merkmal wird noch im folgenden ausführlicher
besprochen werden.
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Um eine passende örtliche Beschränkung der Zahnanlage in der Längserstreckung
hervorzubringen, werden die' zusammenarbeitenden Zahnflächen der beiden Glieder
des Paares mit etwas voneinander verschiedenen Krümmungsradien gekrümmt gestaltet.
Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, die eine vergrößerte Ansicht eines im Eingriff mit
zwei Zähnen des Rades befindlichen Ritzelzahnes zu einem gewissen Grade schematisch
zeigt, haben die Seiten 4i der Ritzelzähne einen etwas größeren Krümmungsradius
als die zugehörigen Seiten42 der Radzähne, und die Seiten 43 der Ritzelzähne haben
einen etwas kleineren Krümmungsradius als die zugehörigen Seiten 4o der Radzähne.
Dies nicht genaueZusammenpassen in derZahnlängskrümmung bringt eine örtliche Beschränkung
der Zahnanlage in der Längserstreckung hervor, wie es die Fig. 4 bezüglich der Seite
40 eines Radzahnes veranschaulicht. Das Tragen, der Zähne oder die Berührung zwischen
einer Seite eines Zahnes- und der zugehörigen Zahnfläche des Ritzels erstreckt sich,
wie es -die schraffierte Fläche 45 erkennen läßt, nicht über die ganze Länge des
Zahnes, sondern nimmt nach den Zahnenden hin ab. Diese örtliche Beschränkung der
Zahnanlage in Längserstreckung führt dazu, daß die Räder sich leicht Belastungsänderungen
und Änderungen in der Lage, wie sie im Betriebe auftreten, anpassen können.
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Weiterhin werden die Ritzelzähne vorzugsweise nicht vollständig denen
des-Rades angepaßt, sondern sie sind an den Kopf- und Fußteilen der Zahnflanken
etwas zurückgenommen, so daß eine Beschränkung des Tragens auf dem Profil entsteht.
Dies geht aus der Fig. 6 hervor, in der ein Ritzelzahn 33 in stark vergrößertem
Maßstahe gezeigt ist: Die gestrichelte Linie 47 gibt dasjenige Ritz.elzahnprofil
an, welches vollständig ,den Radzähnen entspricht, während die ausgezogene Linie
49, das wirkliche Ritzelzahnprofil gemäß der bevorzugten Ausführung nach der Erfindung
zeugt. Das wirkliche Profil 49 weicht am Kopf und Fuß des Zahnes vom -theoretischen
Profil 47 ab. Das Ergebnis davon ist eine örtliche Beschränkung der Profilanlage,
wenn .das Ritzel im Eingriff mit dem zugehörigen Rad läuft, auf weniger als das
ganze Profil, entsprechend Fig.4. Das Tragen erstreckt sich nicht bis zum Kopf oder
zum Fuß der Zähne. Dadurch wird ein sehr ruhiges Arbeiten und eine Erhöhung der
den Zahnrädern mit längs gekrümmten Zähnen eigenen Vorteile erzielt. In der Fig.
6 bezeichnet die Linie 48 die Teillinie des Ritzelzahnes, d. h. eine angenähert
in der mittleren- Zahnhöhe verlaufende Linie.
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Zur Herstellung des Rades oder größeren Gliedes des Paares gemäß der
Erfindung können verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen. Wenn beide Glieder
des Paares gewälzt werden, kann das Paar nach irgendeinem zur Fertigung spiralverzahnter
Kegelräder bekannten Wälzverfahren hergestellt werden, wobei ein Schneidwerkzeug
von großem Durchmesser benutzt =wird. Wenn das Rad
geformte Zahnprofile
hat, kann es auch nach einem der unter -dem Namen `Formate bekannten Schneidverfahren
erzeugt werden, d. h. mit nicht gewälzten längs gekrümmtem: Zähnen, wobei ein Schneidwerkzeug
von großem Durchmesser zur Hervorbringung der erforderlichen Krümmung des Zahnes
in Längsrichtung verwendet wird.
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Die Radzähne können zuerst ausgeschruppt und dann in-, einem besonderen
Arbeitsgang geschlichtet werden. Vorzugsweise werden jedoch die Radzähne unmittelbar
in einem Arbeitsgang, vom Werkstückrohkörper ausgehend fertiggestellt. Bei einem
Verfahren wird hierzu ein Messerkopf von großem Durchmesser benutzt. Die beiden
Seiten einer Zahnlücke des Rades werden in einem einzigen Umlauf des Werkzeuges
geschruppt und geschlichtet. Das Werkzeug hat zwei Gruppen von Schneidmessern oder
Zähnen. Jede Gruppe von Messern umfaßt mehrere Schruppmesser und ein oder mehrere
Schlichtmesser. Die beiden Messergruppen sind so angeordnet, daß sie auf etwas verschiedenen
Radien schneiden. Eine Zahnlücke wird durch die erste, den Schlitz durchstreichende
Messergruppe ausgeschruppt und auf- der einen Seite geschlichtet. Dann wird das
Werkstück versetzt, d. h. etwas um seine Achse gedreht, und die gegenüberliegende
Seite der Zahnlücke wird geschruppt und geschlichtet mit dem Durchgang der zweiten
Messergruppe durch die Lücke. Die Messer des Werkzeuges sind nur auf einem Teil
des Umfanges angeordnet. Zwischen dem ersten und dem letzten Messer befindet sich
ein Zwischenraum. Wenn dieser Zwischenraum am Werkstück ankommt, wird :das Werkstück
in der Teilung geschaltet. Wenn dass Werkzeug so viele Umläufe gemacht hat, wie
am Zahnrad zu schneidende Zahnlücken vorhanden sind, ist das Rad fertiggestellt.
Die Versetzung des Werkstückes während des Schneidens jeder einzelnen Zahnlücke
ist durch die Weite der zu schneidenden Zahnlücke bestimmt, und der Winkel, um den
das. Werkstück zur Erzielung dieser Versetzung gedreht wird, entspricht der Weite
der Zahnlücke in der Mitte der Zahnradstirnfläche. Um die Versetzung zu ermöglichen,
ist auf dem Umfang des Werkzeuges ein Zwischenraum zwischen der ersten und der zweiten
Reihe von Schneidmessern. oder Zähnen vorgesehen.
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Nacheiner anderen und gegenwärtig bevorzugten Methode zum Schneiden
des Rades werden beide Seiten jeder Zahnlücke des Rades gleichzeitig in einer Stellung
des Werkstückes geschnitten. Dies entspricht der gebräuchlichen Praxis bei der Herstellung
anderer längs. gekrümmter Zähne, und jeder Typ von Messerkopf mit Spreizmessern
kann bei passendem Durchmesser zur Fertigung des Rades benutzt werden. Vorzugsweise
wird jedoch, wie schon angeführt, ein Messerkopf des Einumlauftyps benutzt, der
eine Anzahl von Schruppmessern aufweist, auf welche ein oder mehrere Schlichtmesser
folgen und auf dem zwischen dem letzten Schlichtmesser und dein ersten Schruppmesser
ein Zwischenraum vorgesehen ist, der das Schalten des Werkstückes in der Teilung
ermöglicht, wenn dieser Zwischenraum beim Umlauf des Schneidwerkzeuges am Werkstück
angekommen ist.
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Beim Schneiden der Zähne sowohl des Rades als auch des, Ritzels ist
es erwünscht, die Zähne so zu gestalten, daß die Seiten- und Bodenflächen der Zahnlücken
so angenähert wie möglich auf dieRadod'er Ritzelspitze zu laufen. Diese Konstruktion
ergibt für jedes Kegelrad ein Größtmaß an Zahnfestigkeit an allen Punkten entlang,der
Zahnlänge.
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In der Fig. 8 ist ein Bruchstück des Rades 30 dargestellt. Die Ansicht
ist entlang eines Fußkegelelementes des Rades aufgenommen, und die Spitze 38 des,
Rades erscheint auf -der Bodenfläche der Zahnlücke, und zwar in einem kleinen Abstand
von den Seiten 40 und 42 der Zahnlücke. Dieser Abstand ist ein Maß für die Abweichung
der Verjüngung der Zahnlücke von der natürlichen Verjüngung, d. h. von derjenigen,
bei welcher die Bodenfläche 52 der Zahnlücke auf die Kegelspitze 38 zu läuft. Bei
dem dargestellten Rade schneiden sich die geraden Seiten 40 und q.2 einer Zahnlücke
bei Verlängerung in einem Punkt 5o, der nicht auf der Bodenfläche des Zahnes, sondern
unterhalb des Bodens liegt.
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Die natürliche Verjüngung in der Weite der Zahnlücken oder jegliche
andere Verjüngung kann durch eine leichte Änderung des Fußwinkels des Werkstückes,
wie bekannt, erreicht werden, Eine derartige Änderung ist am Ritzel in der Fig.7
durch die gestrichelte Linie 53 dargestellt, welche zeigt, wie die Zahnhöhe bzw.
Lückentiefe des Ritzels geändert werden kann., um die erwünschte Verjüngung zu erhalten.
Zur Erzielung der natürlichen Verjüngung der Breite der Radzähne ist die Schneidrichtung
in einem Punkt 54 in der Mitte der Fläche der Radzähne derart, daß die Tangente
an die Konvergenzlin.ie der Seiten der Radzähne, d. h. die Tangente im Punkt 5o
durch die Radspitze 38 hindurchläuft. In der Fig. 8 bezeichnet 6o die Achse eines
Einumlaufmesserkopfes 61, dessen Schneidmesser oder Zähne 62 seitliche Schneidkanten
63 und 64 von gleichem Flankenwinkel haben, d. h. von gleicher Neigung zur Achse
6o des Werkzeuges. Das Werkzeug ist so angeordnet, daß die Achse 6o rechtwinklig
zur Berührungsebene an der Fußfläche des Rades liegt, wie es in der Praxis des Zahnradschneidens
üblich ist. Das Schneidwerkzeug hat einen großen Durchmesser, um die gewünschte
Zahngestalt in der Längserstreckung an den Radzähnen hervorzubringen, und infolge
dieses großen Durchmessers, im Vergleich mit der Stirnbreite des Rades, wird ein
Zahn von einer leichten Längskrümmung, d. h. ein fast gerader Zahn erzeugt. Daher
würde man gewöhnlich kaum irgendeine örtliche Beschränkung der Zahnanlage in der
Längserstreckung erhalten.
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Um nun eine beschränkte Anlage des Zahnes in Längsrichtung von gewünschtem
Ausmaß zu erzielen, kann ein Schneidwerkzeug 7o mit Achse 65 benutzt werden. Diese
Achse schneidet die Senkrechte 66 zur inneren Werkzeugoberfläche in einem Punkt
67 und die Senkrechte 68 zur äußeren Werkzeugoberfläche in einem Punkt
69. Da der senkrechte Radius 7r-67 der inneren Schneidwerkzeugflache
kleiner
als der Radius 7z-73 des Schneidwerkzeuges 61 ist, schneidet das Werkzeug 70 die
Enden. der konvexen Zahnflächen 42 des Rades fort, und da der senkrechte Radius
75-69 der äußeren Fläche des, Schneidwerkzeuges 70 größer als der senkrechte
Radius 75-76 der äußeren Fläche des Werkzeuges 61 ist, schneidet das Werkzeug 7o
die Enden der konkaven Flächen 4o des Zahnrades fort. Auf diese Art werden Zahnräder
hergestellt, die eine erwünschte örtliche Beschränkung der Zahnanlage in der Längserstreckung
zeigen, wenn sie mit den zugehörigen Zahnflächen des Ritzels zusammenarbeiten.
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Das Schneidwerkzeug 7o hat einen größeren Messerwinkel an der Außenseite
und einen kleineren Messerwinkel an der Innenseite, d. h. die äußeren Schneidkanten
63 dieses Werkzeuges haben eine größere Neigung zur Achse 65 des Werkzeuges als
die inneren Schneidkanten 64. Dies steht im Gegensatz zu der gebräuchlichen Praxis
beim Schneiden von Kegelrädern, da gewöhnlich ein Schneidwerkzeug mit gleichen Flankenwinkeln
an den gegenüb-erliegenden Seiten benutzt wird. Es sind indessen keine zusätzlichen
maschinellen Einrichtungen erforderlich, um ein Schneidwerkzeug, wie es bei 70 für
die Herstellung für spiralverzahnte Kegelräder in einem Formvorgang also in einem
Nichtwälzvorgang, gezeigt ist, anzuwenden.
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Vorteilhaft wird das Schneidwerkzeug mit den verschiedenen Messerflankenwinkeln
mehr beim Schneiden des Rades als des Ritzels verwendet. Wenn ein Schneidwerkzeug
mit ungleichen Messerwinkeln beim Wälzen verwendet würde, so müßte eine zusätzliche
Kippbewegung oder Einstellung des Werkzeuges neben der Wälzbewegung vorgesehen werden.
Daher wird es vorgezogen, das Ritzelschneidwerkzeug mit Schneidkanten von gleichem
Flankenwinkel oder gleicher Neigung in bezug zur Achse des Werkzeuges an beiden
Seiten auszubilden.
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Das Ritzel 31 kann passend zu dem Rade 3o dadurch erzeugt werden,
daß das Ritzelwerkstück in bezug zu einem Schneidwerkzeug, welches einen Zahn des-
Rades darstellt, gewälzt wird, als ob die Teilfläche 8o des Ritzels auf der kegelförmigen
Teilfläche 81 des Rades, wie in Eig. 9 dargestellt, abrollen würde. In dieser Figur
bezeichnet 83 die Achse des Ritzels und 84 die Achse des Rades. Die gegenüberliegenden
seitlichen Schneidkanten eines Werkzeuges 88, welches einen Zahn des Zahnrades darstellt,
sind mit 85 und 86 bezeichnet, und die Zähne, die auf dem Ritzel erzeugt werden,
wenn das Schneidwerkzeug mit dem Ritzelwerkstück gewälzt wird, tragen dieBezeichnung87.
DieFlankenwinkel der Schneidkanten 85 und 86 entsprechen den Flankenwinkeln der
Zahnflächen der zu erzeugenden Ritzelzähne.
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Es wird indessen vorgezogen, beim Schneiden des Zahnrades ein Werkzeug
zu benutzen, das einen größeren Flankenwinkel aufweist, so daß die beiden Seiten.
einer Zahnlücke des Ritzels gleichzeitig genau hergestellt werden können, ohne daß
es nötig wäre, die Verjüngung der Ritzelzähne von einem Ende bis zum anderen wesentlich
zu ändern. Bei Verwendung eines Schneidwerkzeuges, dessen seitliche Schneidkanten
einen größeren Flankenwinkel haben als die auf dem Ritzel zu erzeugenden Zähne,
kann die erwünschte Verjüngung der Zahnhöhe der Ritzelzähne erzielt werden, und
dabei können beide Seiten einer Zahnlücke des Ritzels zu gleicher Zeit geschnitten
werden.
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Die Fig. io veranschaulicht ein Verfahren zum Schneiden der Ritzelzähne
mittels eines Werkzeuges mit vergrößertem Flankenwinkel. Das Werkzeug ist mit 9o
bezeichnet. Die Flankenwinkel der seitlichen Schneidkanten 9i und 92 sind größer
als die Flankenwinkel der auf dem Ritzel zu erzeugenden Zähne. Die Senkrechten 93
und 94 in den Berührungspunkten zwischen den Ritzelzahnprofilen 95 und 96 und den
geradlinigen Schneidkanten 9i und 92 des Werkzeuges schneiden sich im Punkt 98,
der außerhalb des Ritzelteilkreises 8o liegt. Dieser Schnittpunkt bestimmt die Lage
der momentanen Achse für die Wälzbewegung. Das Wälzen besteht bei Benutzung des
Schneidwerkzeuges go in einem Rollen des Ritzelwerkstückes mit dem Werkzeug', während
dieses um seine Achse umläuft, und zwar derart, als ob das Ritzelwerkstück reit
einer kegelförmigen Fläche 99, die außerhalb seiner Teilfläche liegt und durch den
Punkt 98 hindurchgeht, auf einer Kegelfläche ioo eines Grundzahnrades rollen würde,
welches dem zugehörigen Zahnrad ähnlich ist, mit Ausnahme der Flankenwinkel der
Zahnflächen.
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Wenn das zugehörige Zahnrad statt formgeschnittener Zahnflächen gewälzte
Zahnflächen hat, dann werden die Ritzelzähne durch ein Wälzen des Ritzelwerkstückes
auf der Teilfläche io2 eines wirklichen oder eines nominellen Kronrades erzeugt.
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Das in der Fig. io dargestellte Werkzeug schneidet die beiden Seilten
einer Zahnlücke zu gleicher Zeit und mit einer besseren Annäherung an die genaue
Verjüngung der Zahnlückentiefe als das in der Fig. 9 dargestellte Werkzeug 88, da
die Seiten 9i und 92 des Werkzeuges 9o nach einem Punkt hin konvergieren, der näher
bei der Fußfläche des Ritzels liegt als der Konvergenzpunkt der Seiten 85 und 86
des Werkzeuges 88.
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Die Fig. i i veranschaulicht die Benutzung eines Werkzeuges io5, welches
geeignet ist, die beiden Seiten einer Zahnlücke des Ritzels zu gleicher Zeit zu
schneiden und dabei die natürliche Verjüngung der Tiefe der Zahnlücke von einem
Ende zum anderen, ohne Änderung der Fußtlinvie des. Ritzens, hervorzubringen. Das
Werkzeug io5 hat seitliche Schneidkanten io6 und 107, die zu einem Punkt iii hin
konvergieren, der auf der Fußfläche des Ritzels liegt. Die Senkrechte zur Seitenfläche
io6 des Schneidwerkzeuges ist mit io8 bezeichnet. Zahnflächen iog und iio vom gewünschten
Flankenwinkel werden auf dem Ritzel dadurch erzeugt, daß das Ritzel mit dem Werkzeug
gewälzt wird, als ob das Ritzel mit einer Fläche 112; die außerhalb der Teilfläche
8o gelegen ist, auf der Teilfläche 1-113 eines, duirch das Werkzeug,dlarrgestellten
Grundraides rollen würde.
Die Fig. 12 zeigt ein Werkzeug z 15 zum
gleichzeitigen Schneiden der beiden Seiten einer Zahnlücke, -die in der Breite von
einem Ende zum anderen sich stärker verjüngt, als es der natürlichen Verjüngung
entspricht. Hier hat das Werkzeug 115 seitliche Schneidkanten 116 und 117 mit einem
viel größeren Flankenwinkel, d. h. einer viel größeren Neigung zu der Achse des
Werkzeuges, als sie die auf dem Ritzel zu schneidenden Zahnflächen 118 und 1i9 aufweisen.
Die Seiten 116 und 117 des Werkzeuges konvergieren in der Tat auf einen Punkt i2o
hin, der außerhalb der projizierten Ritzelspitze i i i liegt. Wieder werden die
Zahnflächen mit dem erforderlichen Flankenwinkel auf dem Ritzel dadurch erzeugt,
daß das Ritzel mit dem Werkzeug so gewälzt wird als ob das Ritzel mit einer Fläche,
die außerhalb der Teilfläche liegt, auf der Teilfläche eines durch das Werkzeug
dargestellten Grundrades rollen würde.
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Wenn ein Werkzeug mit vergrößertem Flankenwinkel benutzt wird, kann
sowohl das förmgeschniittene Raid als auch dais Rituell mit Spreiizmesserwerkzeugen
geschnitten werden, so daß also zwei seitliche Zahnflächen zugleich hergestellt
werden, ohne daß eine Änderung der Fußlinien des Paares nötig ist. Die Zahnseiten
des Rades (Fig. 8) werden dann mit einer geringeren als der natürlichen Verjüngung
von einem Ende bis zum anderen geschnitten, und die fehlende Verjüngung wird auf
dem Ritzel ausgeglichen. Die Spiralwinkel der Zahnflächen des Paares, d. h. der
Zahnrichtungen, passen genau zusammen, wenn der senkrechte Abstand der projizierten
Ritzelspitze i i i von den geradlinigen Schneidkanten 116 und 117 der gleiche ist
wie der senkrechte Abstand von den geradlinigen Zahnprofilen 40 und 42 -des zugehörigen
Rades (F.ig. 8).
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Vorzugsweise wird ein Werkzeug mit seitlichen Schneid'kanten benutzt,
die auf einen Punkt hin konvergieren, der mit der projizierten Ritzelspitze zusammenfällt,
wie es in der Fig. 11 gezeigt ist, und wenn das Rad mit einer geringeren
als der natürlichen Verjüngung geschnitten wird, so wird der Ausgleich durch Verlegung
der Fußlinie des Ritzels geschaffen, wie es bei 53 in der Fig. 7 dargestellt ist,
so daß die Ritzelzahnlücken an ihren äußeren Enden tiefer als üblich geschnitten
werden. Die Werkzeuge zum Schneiden des Ritzels gemäß den in den Fig. i i und 12
dargelegten Methoden können so gestaltet werden, daß sie tief genug in die Zahnlücken
des Ritzelwerkstückes hineinreichen und dieses vollständig- schneiden, wie es aus
den nachstehenden Beschreibungen ersichtlich wird.
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Wenn bei den beiden Gliedern eines Zahnradpaares Werkzeuge von verschiedenem
Flankenwinkel (der zwischen den einander gegenüberliegenden Schneidkanten eingeschlossene
Winkel geteilt durch 2) benutzt werden, so müssen die Durchmesser der Schneidwerkzeuge
zum Schneiden der beiden Glieder des Paares dem Kosinus der Flankenwinkel der beiden
Schneidwerkzeuge proportional sein.
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Um die erwünschte örtliche Beschränkung im Tragen oder in der Anlage
des Zahnprofiles zwischen den beiden Gliedern eines Paares zu erzielen, wie es mit
Bezug auf die Fig.6 beschrieben wurde, wird das Ritzel vorzugsweise zu einem Grundrande
passend gewälzt, dessen Achse um einen Winkel zu der Achse des Ritzelwerkzeuges
geneigt ist, der von dem Winkel zwischen den Achsen des Ritzels und des zugehörigen
Zahnrades wenn beide miteinander arbeiten, etwas verschieden ist. Dieses Verfahren
zur Erzeugung des Ritzels ist schematisch in der Fig. 5 veranschaulicht. Das zu
schneidende Ritzelwerkstück ist mit 125 bezeichnet. Seine Achse ist 126. Das Schneidwerkzeug
zum Schneiden der Ritzelzähne ist mit 127 bezeichnet, seine Achse ist 128. Dieses
Schneidwerkzeug ist in bezug zum Ritzelwerkstück so angeordnet, daß es ein konisches
Rad 13o darstellt, dessen Achse 131 zu der Achse 126 das Ritzelwerkgtückes um einen.
Winkel C geneigt ist, der kleiner als der Winkel D zwischen den Achsen des Ritzels
und der Achse 132 des zugehörigen Rades beim Zusammenarbeiten beider ist.
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Der Winkel d, der die Differenz zwischen den beiden Winkeln darstellt,
ist gewöhnlich geringer als der Fußwinkel des Paares. Die Zahnflächen des Ritzels
werden durch Drehung des Werkzeuges um seine Achse 128 hergestellt, wobei gleichzeitig
eine relative Wälzbewegung zwischen dem Ritzelwerkstück und dem. Werkzeug so stattfindet,
als ob das Ritzelwerkstück auf dem durch das Werkzeug dargestellten Rade 13o rollt.
Wenn das Ritzel auf .diese Weise erzeugt wird, kommen Zahnflächen am Ritzel zustande;
die an den Köpfen und Füßen der Zahnprofile zurückversetzt sind, wie es die Fig.
6 zeigt.
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Das beim Wälzen bevorzugte Verfahren gemäß dieser Erfindung zum Schneiden
der Zahnräder und die bevorzugte Ausführungsform des Schneidwerkzeugeis, das dabei
benutzt wird, werden im folgenden beschrieben. Die Grundsätze werden im Hinblick
auf die Verwendung von Messerkopfschneidwerkzeugen des Einumlauftyps auseinandergesetzt
und gelten für die Erzeugung von. Ritzeln, die mit entweder gewälzten oder nichtgewälzten
Rädern zusammenarbeiten sollen und für die Herstellung von Rädern, die gewälzte
Zahnoberflächen haben sollen und mit gewälzten Ritzeln zusammenarbeiten sollen.
Der Einfachheit halber wird das bevorzugte Verfahren und die bevorzugte Ausführungsform
des Schneidwerkzeuges im Zusammenhang mit der Herstellung des Ritzels beschrieben.
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Aus der Fig.9 ist zu entnehmen, daß der Eingriff der Ritzelzähne mit
den Zähnen des zugehörigen Rades im Punkte 135 endigt, der in der üblichen Weise
dadurch bestimmt werden kann, daß man die äußere oder Kopffläche 136 des Rades zeichnet
und mit der Eingriffslinie 89 zwischen Rad und Ritzel zum Schnitt bringt. In der
Fig. 16 entspricht der Punkt 135 dem Punkt 135 in der Fig. 9. Aus der Fig. 16 ist
zu sehen, daß das Ritzelprofil wenigstens bis zum Punkte 135' erzeugt werden muß,
welcher auf dem Ritzelzahnprofil im gleichen radialen Abstand von der Ritzel-achse
83 liegt wie der Punkt 135.
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Wenn die Zahnflächen des Ritzels mit einem Werkzeug hergestellt werden,
dessen Schneidkan.ten einen größeren Flankenwinkel haben als die auf dein
Ritzel
zu schneidenden Zahnflächen, dann findet der Eingriff und der Endschnitt zwischen
dem Werkzeug unfd dem Riitzel entrlanig einer EingriffisEnie 137
statt., welche
steiler als die Linie 89 ist. In der Fig. 16 sind zwei Ritzelzahnstellungengezeigt;
die in ausgezogenen Linien gezeigte Stellung, welche mit 87 bezeichnet ist, ist
die Stellung des. Zahnes annähernd in der Mitte,des Walzens, und die in gestrichelten
Linien bei 87' gezeigte Stellung ist diejenige des Zahnes nahe am einen Ende des
Walzens.
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Wenn ein Schneidwerkzeug 140 mit geraden seitlichen Schneidkanten
141 und 142, deren Flankenwinke'1 größer als die Flankenwinkel der auf dem Ritzel
zu erzeugenden Zahnflächen sind, verwendet wird, dann erkennt man, daß ein Punkt
135" am einen Ende der Eingriffslinie 137 zwischen dem Werkzeug und Ritzel, welcher
sich im gleichen radialen -Abstand von der Ritzelachse 83 wie der Punkt r35' befindet,
mindestens am Ende des Wälzens außerhalb, der Reichweite der geraden Schneidkanten
des Werkzeuges ist, wenn der Werkzeugflankenwinkel viel größer als der laufende
Flankenwinkel des Zahnradpaares ist. Wenn ein Werkzeug 140 mit geraden Schneidkanten
verwendet wird, so wird das -Zahnprofil des Ritzels nicht bis zur gewünschten Tiefe
hergestellt.
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Es wurde nun gefunden, daß dieser Mißstand bei Einumlaufverfahren
behoben werden kann, bei denen das -Schnedwerkzeug bei einem vollständigen Arbeitsgang
eine Umdrehung macht, d. h. das Ritzelwerkstück die vollständige Wälzbewegung während
eines Umlaufs des Schneidwerkzeuges, ausführt. Alles,- was dazu nötig ist, besteht
in der Hinzufügung- solcher Teile an den Schneidprofilen des Schneidwerkzeuges,
die den Wälzschnitt nicht stören. Auf diese Weise kann das Material vollständig
aus den Zahnlücken des. Werkstückes entfernt wenden, trotz der Tatsache, daß ein
Schneidwerkzeug verwendet wird, dessen Schneidmesser einen größeren Flankenwinkel
haben als die, zu schneidenden Zahnflächen.
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So kann das Schneidmesser 145 des Werkzeuges 140, welches in der Mitte
der Wälzbewegung schneidet, mit Schneideprofilen ausgestattet sein, die am Kopf
nach außen gekrümmt sind; wie es in der Fig. 16 gezeigt ist, und Zahnschneidproile
141" und 142" bilden. Auf diese Weise kann mehr Material aus dem Fußteil der Zahnlücke
des Ritzel.werkstückes in der Mittelstellung des Walzens herausgeholt werden, als
es mit einem Messer mit einfachen geraden Profilen 141 und 142 möglich wäre. Diese
zusätzlichen Teile des Messers 145 beeinflussen keinesfalls den Schlichtschnitt,
da in der Mittelstellung des Walzens der Schlichtschnitt durch die Schneidlzante,r,q:1
am Punkte 146 der Eingriffslinie 137 und durch einen entsprechenden Punkt auf der
Schneidkante 1q.2 ausgeführt wird und da diese Teile der abgeänderten Schneidprofile
des Messers gerade bleiben.
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Das. Schneidmesser oder der Schneidzahn 15o, welcher an einem Ende
des Walzens arbeitet, kann ein abgeändertes Profil haben, so daß an Stelle des Messers
mit den geraden Schnedkanten 151 und 152, welche sich im Punkte 153 schneiden, eine
Form entsprechend den ausgezogenen Linien vorgesehen wird; bei der eine seitliche
Schneidkante des Messers, wie bei 154 gezeigt, gekrümmt ist und nahe -dem Krümmungsprofl
des Ritzelzahnes an diesem Punkt des Walzens folgt. Die andere seit-1 iche Schneidkante
151 kann his zum Punkte z53' verlängert werden, so. daß das Schneidmesser oder der
Schneidzahn bis zur größten Tiefe schneidet. Es ist zu bemerken, daß. die eine Schneidkante
151 des Messers 150 gerade erhalten bleibt und einfach verlängert ist; das
geschieht, um am Profil 146 des Ritzelzahnes in dieser Wälzstellung im Punkte
153'
durch das Schneidmesser einen Schnitt ausführen zu lassen.
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In gleicher Weise kann an das Schneidmesser 155
des Werkzeuges
ein zusätzlicher schneidender Teil. .angefügt werden. -Dieses Schneidmesser dient
zuan Schneiden am gegenüberliegenden Ende des Walzens (Fig. 17). Hier wird an Stelle
eines. Schneidmessers mit zwei geraden seitlichen Schneidkanten 156 und 157, welche
sich in einem Punkte 158 schneiden, ein Schneidmesser oder Schneidzahn mit einer
gekrümmten Schneidkante 159 und mit einer Schneidkaiite 157 vorgesehen, welche bis
zum Punkt 16o verlängert ist, wo sie einen Endschlichtschnitt am Profil 147 des
Ritzelzahnes vornimmt. Dieses S,chmei,dimesser 15,5,, welches am einem Ende des
Walzens schneidet, ist, wie aus der Zeichnung zu erkennen, zu dein Sohneitdrnessie@r
150, wed@ches am anderen Ende des Walzens arbeitet, symmetrisch.
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In den Fig. 15,, 16 und 17 sind lediglich drei Schneidmesser oder
-zähne des Werkzeuges gezeigt. Andere dazwischenstehende Messer des Werkzeuges haben
zusätzliche schneidende Teile, die in der Gestalt allmählich geändert sind, und
zwar ändert sich die Profilgestalt der Messer stufenweise von einem zum anderen
Messer. Auf diese Weise wird eine übermäßige Schneidbeanspruchung und eine ungleichmäßige
Messerabnutzung verhindert. Die bei den verschiedenen Messern hinzugefügten schneidenden
Teile verstärken die Messer an ihren Köpfen und ermöglichen es, daß die Messer den
Grund der Zahnlücken des Ritzels sauber herstellen.
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Angesichts des großen Flankenwinkels der Schlichtteileder Messer oderZähne
des Schneidwerkzeuges genügt ein. Brustwinkel der Stirnfläche von z. B. 2o°, um
scharfe seitliche Schneidkanten an beiden Seiten der Messer zu erhalten, und es
ist nicht erforderlich, ,die Stirnflächen der Messer seitlich zu unterschleifen.
Alle Messer können daher einfach mit eütem Brustwinkel .an. der Stnrn baschliffen
und so hergelstellt wenden, @daß sie auf beiden Seiten ,gleichzeitig schneiden.
Dadurch wird nicht nur die Produktion vergrößert, sondern auch die Arbeit des Zuschärfens
vereinfacht.
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Ein Einumrlaufschneidwerkzeug gemäß der Erfindung ist in den Fig.
13 -und 14 dargestellt. Iri das Werkzeug ist eine größere Anzahl von Schneidmressern
17o eingefügt, und zwar in. Schlitze am Umfang des umlaufenden Kopfes 171. Die Stirnflächen
der Messer sitzen auf einer Platte oder
einem Ring 172, der in
geeigneter Weise ans der Rückenfläche des Kopfes befestigt ist. Die Messer sind
mittels Klammern oder Spannbügel 174 in ihren Schlitzen .befestigt. Jeder Spannbügel
vermag zwei Messer zu fassen und zu halten und wird durch einen Balzen 175 in Spannstellung
gehalten. Dieses Verfahren zum Festspannen der Messer im, Messerkopf ist bekannt
und -bedarf keiner weiteren Beschreibung.
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Die Messer sind nur auf einem Teil des Umfanges des, Kopfes angeordnet,
und zwischen dem letzten Messer 155 und dem ersten Messer I:79 des Werkzeuges
ist ein Zwischenraum 178 vorgesehen. Das Schneidwerkzeug kann in bezug zu dem zu
schneidenden Werkstück s0 angeordnet werden, daß es die Zahnlücken des Werkstückes
schneidet, ohne daß irgendeine relative Vorschubbewegung in Tiefenrichtung zwischen
dem Werkzeug und dem Werkstück nötig ist; und das Werkstück wird in der Teilung
geschaltet, wenn der Zwischenraum, bei der Drehung des Schneidwerkzeuges am Werkstück
ist. Es ist unnötig, das Werkzeug relativ zum Werkstück zwecks Schaltens zurückzuziehen.
Der relative Vorschub des Werkzeuges in Tiefenrichtung kann durch eine relative
Wälzbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück hervorgebracht werden, und die Wälzbewegung
kann benutzt werden, um die Zahnflächen des Werkstückes in einem Eingriff mit dem
Werkzeug in voller Tiefe hineinzurollen und sie dann wieder aus dem Eingriff herauszurollen,
wie Ballgemein bekannt. Vorzugsweise wird jedoch das Schneidwerkzeug mit einer Anzahl
von Schruppmessern versehen, welche den Schlichtmessern vorhergehen und welche eine
kleinere Höhe haben im Vergleich zu der Höhe der Schlichtmesser. Die Schruppmesser
nehmen schrittweise bis zur vollen Höhe der Schlichtmesser zu. Dieser Typ eines
Schneidwerkzeuges ist in der Zeichnung veranschaulicht. Bei diesem Typ von Schneidwerkzeugen
kann das Werkstück ortsfest gehalten werden, während die aufeinanderfolgenden Schruppmesser
sich durch die Zahnlücke hindurchbewegen, und die Wälzbewegung kann beginnen, nachdem
die Zahnlücke bis zur vollen Tiefe ausgeschruppt; ist.
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In der Zeichnung sind die Schruppmesser mit 179 bis 20o einschließlich
bezeichnet. Diese Messer nehmen schrittweise in der Höhe zu, wie es aus der Fig.l¢
hervorgeht, bis sie die volle Höhe der fertigen Zahnflächen des Ritzels am Ende
erreichen.
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Die Schruppmesser können in verschiedener Weise gestaltet sein, so
können die ersten Schruppmesser an den gegenüberliegenden Seiten gleichen Flankenwinkel
haben und einfach stufenweise in der Höhe zunehmen, wie es die Schruppmesser 179.
bis 186 einschließlich in der Fig. 13 zeigen.
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Die dann folgenden Schruppmesser können. mit stufenweise wachsendem
Flankenwinkel an der Außenseite und stufenweise abnehmendem Flankenwinkel an der
Innenseite, wie ebenfalls in der Figur dargestellt, ausgeführt sein, so daß sie
vor dem ersten Schlichtmesser i5o, welches in der Fig. 15 in voll ausgezogenen Linien
gezeigt ist, den Zaihnschlitz genau ausschruppen. Die Schruppmesser können auch
so ausgebildet sein;, daß sie nicht nur in der Höhe verändert sind, sondern sich
auch nahe an die Endform der zu schneidenden Zahnlücken anpassen. So, kann das Endschruppmesser,
wie in der Fig. 15 gezeigt, an der einen Seite eine Form haben, wie sie durch die
gestrichelte Linie 2o2 dargestellt ist, so, daß die Zahnlücke in noch besserer Annäherung
an die endgültige Gestalt ausgeschruppt wird.
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Wenn ein Schneidwerkzeug des in der Fig. 13 und 1q. gezeigten Typs
verwendet wird, wird das Werkstück während des durch die Messer -i,79 und 189 erfolgenden
Schruppens ortsfest gehalten. Dann wird das Schneidwerkzeug und das Werkstück in
bezug zueinander in einer Richtung gewälzt, während die Schruppmesser 19o bis 200
schneiden. Darauf wird die Wälzbewegung umgekehrt, und während des Rückwärtswälzens
führen die Schlichtmesser 15o bis 155 ihre Schnitte aus. Die inneren Schneidkanten
der Schlichtmesser sind radial nach innen versetzt und die äußeren Schneidkanten
radial in bezug zu den: entsprechenden Schneidkanten der Schruppmesser nach außen,
so daß Schlichtschnitte zustande kommen können.
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Die Schlichtmesser 15o bis 155 haben, wie schon beschrieben, geradlinige
Schneidkanten auf demjenigen Teil ihrer Höhe, der die Schlichtschnitte ausführt,
und haben vorspringende Teile, welche sich über die den Schlichtschnitt ausführenden
Kanten hinaus bis zu denjenigen Punkten. erstrecken, die von den Schlichtschneiden
bei der Wälzbewegung nicht erreicht werden. Auf diese Art wird das, Material aus
-den Zahnlücken -entfernt, und es werden sauber gerundete Bodenflächen geschnitten.
Die Form der Schlichtmesser ändert sich angesichts der Änderung in der Form dieser
vorspringenden Teile bei den aufeinanderfolgenden Messern. Es findet eine allmähliche
Änderung in der Gestalt auf der einen Seite der Messer vom ersten Messer 150 bis
zum Messer 45, welches in der Mitte der Wälzbewegung schneidet, statt, und eine
allmähliche Änderung der Gestalt der anderen Seite der Messer findet von dem Messer
145 bis. zum Messer 155, welches am gegenüberliegenden. Ende der Wälzbewegung
schneidet, statt. Die zwischen dem ersten Schlichtmesser 15o und dem mittleren Schlichtmesser
145 gelegenen Messer sind: mit 2o5 bis 212 einschließlich bezeichnet und die zwischen
dem mittleren Messer 145 und dem Endschlichtmesser 155 gelegenen Messer mit 213
bis 221 einschließlich.
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Anstatt die Schlichtmesser mit gekrümmten vorspringenden Teilen zu
versehen, wie es in den Fig.15 bis 17 gezeigt wurde, können auch alle Messer mit
geradlinigem Profil ausgeführt werden, und abwechselnd können die Messer solche
geradlinigen Profile haben, deren Neigung zu der Achse des Schneidwer'kzeuges sich
gleichförmig ändert. Auf diese Weise wird :das gleiche Ziel erreicht wie mit dem
in den Fig. 15 bis 17 dargestellten Schneidwerkzeug. Die Zwischenmesser können zum
Fertigschneiden der Zahnflächen gleichmäßigen Flankenwinkel haben.
.Eine
derartige Anordnung von Messern ist mehi oder weniger schematisch in den Fig. i8
und i9 gezeigt. 225 bezeichnet ein Messer zum Schlichten zweier gegenüberliegender
Seiten der Zahnlücke in der Mitte der Wälzbewegung. Dieses Schneidrnesser hat einander
gegenüberliegende seitliche Schneidekanten 2'a6 und 227 von gleichem Flankenwinkel.
Der Flankenwinkel ist erheblich größer a:ls derjenige der Zahnflächen des zu schneidenden
Ritzels,, Die seitlichen Schneidkanten 226 und 227 führen die gleiche Arbeit aus
wie die geraden Teile der seitlichen Schneidkanten 141 und 1i42 des Messers 145
in der Fig. 16. Das Messer 22i5 hat als Vorgänger oder Nachfolger ein Messer 23o,
dessen seitliche Schneidkanten 2,31 und 232 einen erheblich kleinerem, F1lankenwinkelawfweiisein
als, die Geitlichen Schneidkanten 226 und 227 des Messers 22t5. Das Messer 230 ist
indessen so ausgeführt, daß es über das Messer 22-5 in Richtung der Zahntiefe hinausragt.
Die äußersten Teile der seitlichen Schneidkanten 231 und 2.32 erledigen, ;daher
im wesentlichen die gleiche Funktion wie die gekrümmten Teile 14I" und 1q.2" des
Messers 145 der Fig. 16. Sie entfernen das Material in der Mittelstellung des Wälzers
aus den Zahnlücken an einend Punkt, der von den Seitenschneiidkanten 226 und 227
des Messers 22,5 nicht erreicht wird.
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An einem Ende des Wälzers. wird da's Schneiden von einem Paar von
Messern 235 und 24o besorgt. Das Messer 235 hat zwei Schneidkanten 236 und 237,
deren Flankenwinkel dem der Schneidkanten 226 und 227 des Messers 225 gleich ist.
Das Messer 24o hat Schneid'kanten 241 und 242', deren Flankenwinkel von den Flankenwinkeln
der seitlichen Schneidkanten der Messer 225, 23o oder 235 verschieden ist. Die seitlichen
Schneidkanten des Messers 24o ragen über das Messer 235 in Richtung der Zahntiefe
hinaus und erledigen kn wesentlichen die gleiche Funktion wie die vorragenden Teile
des Messers r55 (Fig. I7), welches dazu bestimmt ist, am gleichen Ende des Wälzers
zu schneiden.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, hat das in der Fig. ig veranschaulichte
Schneidwerkzeug ab,-wechselnd Messer, =deren seitliche Schneidkan.ten gleiche Flankenwinkel
haben, die größer sind als die Flankenwinkel der auf dem Ritzet zu erzeugenden Zahnfläche,
und welche den heschrie°ibenen Messern 22'5 und 235 gleichen. Die zwischen
diesen Messern vom gleichen Flankenwinkel gelegenen Mesiser haben veränderte Stellungen,
um vor den Schlichtmessern das Material zu entfernen. Die Stellung jedes dieser
Zwischenmesser ist durch die Stellung des Werkstückes beim Wälzen, bei der jedes,
dieser Messer seinen Schnitt ausführt, bestimmt.
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In -der Fig. 18 sind die Messer eines gemäß der Erfindung ausgeführten
Schneidwerkzeuges übereinandergelegt dargestellt. Der Einfachheit halber sind die
Messer in der Reihenfolge ihrer Anordnung auf dem Werkzeugkopf mit I bis 17 einschließlich
bezeichnet. Die geradzahligen Messer 2, 4, 6 usw. gleichen den Messern225 und 2135,
sie sind alle ,gleich gestaltet und haben an beiden Seiten gleiche Flankenwinkel.
Die ungeradzahligen Messer wechsein mit den geradzahligen ab und haben seitliche
Schneidkanten, deren Stellungen und Flankenwinkel entlang dem Werkzeugumfange, wie
beschrieben, sich ändern. Die Messer i, 3 und 5 halben an beiden Seiten verschiedene
Flankenwinkel, aber die gleichen Flankenwinkel an entsprechenden Seiten. Ihre Schneidkanten
sind an der einen Seite radial von der Werkzeugmitte aus gesehen in bezug zueinander
versetzt. Die Messer 7, 9 und i i halben auf beiden Seiten. gleiche Flankenwinkel
und sind in bezug zueinander radial versetzt. Die Messer 13, I56 17 sind zu -den
Messern I, 3 und 5 symmetrisch.
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Wenn Schneidwerkzeuge mit geradlinigen ;Schlichtschneid-kanten, wie
in -den Fig. 13 bis IK) gezeigt, zum Schneiden vom. Rädern odeir Ritzeln nach dem
Verfahren gemäß .der Erfindung im Wälzvorgang verwendet werden, so, entsteht an
den Zähnen der zusammenarbeitenden Räder ein Schieftragen, wenn nicht irgendeins
der bekannten Verfahren zur Verhinderung des Schieftragens. während der -Herstellung
.des Rades oder des Ritzels verwendet wird. Es ist indessen möglich., das Schieftragen
durch Verwendung von Schneidwerkzeugen zu verhindern, welche gekrümmte Schlichtschneidkanten
an Stelle -der geradlinigen haben. Schneidwerkzeuge dieses abgeänderten Typs sind
in den Fig. 2o bis 22 einschließlich dargestellt.
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Im der Fig. 2o ist ein Sohneidwerkzeub 305 gezeigt, welches zur Herstellung
des Zahnrades:306 oder des. größeren Gliedes eines Paares von Zahnrädern gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet werden. kann. Das, Schneidwerkzeug 305 besitzt
konkav gekrümmte Schneidkanten 3o7 und 3o8. Diese Schneidkanten sind im wesentlichen
nach Kreisbögen gekrümmt. Die inneren Schneidkanten 3o8 des Werkzeuges sind von
-den. äußeren Schneidkanten 307 verschieden gekrümmt, und zwar nach einem
etwas kleineren Radius. Die Krümmung der $chneidprofrle kann von einer Durchschnittskrümmung
ausgehend bestimmt werden. Die Krümmung der inneren Schneidprofile ist gleich der
Durchschnittskrümmung, vermehrt um die Krümmung eines kugelförmigen Schneidwerkzeuges
des gleichen -senkrechten. Radius. Die Krümmung der äußeren Schneidprofile ist gleich
der Differenz zwischen der besagten mittleren Krümmung und der Krümmung des besagten
kugelförmigen Schneidwerakzeuges. Das Zahuradschneidwerkzeug kann so angeordnet
werden, daß seine Achse 309 senkrecht zur Fußfläche des Zahnrades steht.
Die Achse des Radschneidweii<zeuges kann auch entsprechend der Neigung der Achse
des Schneidwerkzeuges 7o in der Fig. & zu -der Fußfläche geneigt sein.
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Die Zahnprofile 3I0 und 311 der auf dem Rade geschnittenen Zähne entsprechen
'bei Verwendung eines bei 305 gezeigten Schneidwerkzeuges in großer Annäherung
Evolventenzahnprofilen, obwohl das Rad ohne Wälzbewegung geschnitten wird.
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Beim Schneiden des Ritzels, welches mit dem Rade 3o6 zusammenarbeiten
soll, wird ein Schneidwer'kzeug 3I5 mit Sühneidmessern verwendet, deren Schneidkanten
317 und 318.'l#:onvex gekxümmt sind. Die äußere Schneidkante 318 des Ritzelschneid-
"verlezeuges
ist nach einem Radius 320 gekrümmt, welcher :dem Krümmungsradiu:s 322 der inneren
Schneidkante 3o8 des Radschneidwerkzeu:ges entspricht, und die innere Schneidkante
317 des: Ritzelschnei:dwerkzeuges ist nach einem Radius 3.23 gekrümmt, welcher
dem Krümrnungsradius 325 der äußeren Schneidkante des Radschneidwerkzeuges gleich
ist.
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Bei der Erzeugung der Ritzelzähne wird das Werkzeuxg 3i5 um seine
Achse 326 gedreht, während Werkzeug und Ritzelwerkstück in bezug zueinander eine
Wälzbewegung ausführen. Beim Wälzvorgang ist das Werkzeug so angeordnet, daß es
ein Rad darstellt, dessen Achse vorzugsweise zu der Achse des Ritzelwerkstückes
um einen Winkel .geneigt ist, der etwas, von dem Winkel zwischen der Kitzelachse
und der Achse des zugehörigen Rades, wenn. beide im Eingriff sind, entsprechend
dem zuvor in 'bezug zur Fig. 5 'beschriebenen: Grundsatz verschieden ist. Auf' diese
Weise werden, auf dem Kitzel Zahnflächen erzeugt, die auf weniger als dein ganzen
Profil tragen, wenn sie im Eingriff mit den Zähnen des zugehörigen Rades laufen.
-
Das Kitzelwerkzeug 315 hat seitliche Schneidkanten 317 und 318, :.die
die gleichen Flankenwinkel wie die auf dem Kitzel zu erzeugenden Zahnflächen besitzen.
Indessen kann auch zur Erzeugung der Ritz-elzähne ein Schneidwerkzeug verwendet
werden mit Schneidkanten von größerem Flankenwinkel, als ihn die Seitenflächen.
der auf dem Kitzel zu schneidenden Zähne aufweisen. Ein: derartiges Schneidwerkzeug
ist bei 330 in. der Fig.22 veranschaulicht. Dieses Schneidwerkzeug hat seitliche
Schneid'kanten 331 und 332, deren Flankenwinkel oder Neigung zu der Achse 334 des
Werkzeuges größer als die Flankenwinkel der auf dem Kitzel herzustellenden Zahnflächen
sind. Der Radius 333 des inneren Schneidprofiles 331 des Ritzel:schneidwerkzeuges
entspricht indessen dem Radius, 325 der äußeren Schneidkante 307 des Radschneidwericzeugesy
und der Radius 334 der äußeren Schneidkante 332 .des Ritzelschneidwer'kzeuges entspricht
dem Radius 32'2 der inneren: Schneidkante 2o8 des Ra.dsc'hneifdwe'rlezeuges. Wenn
ein Werkzeug, wie -es in der Fig.22 veranschaulicht ist, verwendet wird;, können
-die Schneidprofile 331 und 332 weiterhin in Anpassung an die in den F'ig. 15 bis
17 dargestellten Grunidtsätze abboeälndert ;sein. Mit anderen Worten, die Ritzelschneidmesser
können verschiedene Teile haben, die über die Schlichtschneidkanten in Anpassung
an die verschiedenen Phasen des Wälzens, bei denen die verschiedenen Messer zum
Schneiden kommen, hinausragen.