DE931625C

DE931625C - Messerkopf und Fraesmaschine zum Herstellen von Zahnraedern

Info

Publication number: DE931625C
Application number: DEG1039D
Authority: DE
Inventors: Ernest Wildhaber
Original assignee: Gleason Works
Current assignee: Gleason Works
Priority date: 1937-09-17
Filing date: 1938-12-22
Publication date: 1955-08-11
Also published as: DE929588C

Description

Messerkopf und Fräsmaschine zum Herstellen von Zahnrädern Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung und «eitere Ausbildung der durch das Patent 929 588 geschützten Erfindung, welche sich auf ein Verfahren zum Schneiden von Zahnrädern, insbesondere Kegelrädern, bezieht. Bei diesem Verfahren wird ein scheibenartiges Werkzeug mit einer sich um einen Teil seines Umfanges erstreckenden Messerreihe verwendet. Die Messer sind radial zur Achse des Werkzeuges angeordnet; sie haben hohle Schneidkanten und drehen sich im Eingriff mit dem @@'erkstück um die Achse, während das Werkstück mit Bezug auf seine Achse feststeht. Dabei findet eine relative Vorschubbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück längs einer Zahnlücke des Werkstückes statt. Diese Vorschubbewegung wird in einer solchen zeitlichen Abstimmung zur Drehung der Messer herbeigeführt, daß verschiedene Messer an verschiedenen Stellen längs der Zahnlücke von ihrem einen zum anderen Ende zum Schnitt gelangen. Dabei läuft das Werkzeug als Fräser mit gleichbleibender Geschwindigkeit in derselben Richtung um, und das Werkstück erfährt bei jedem Umlauf des Fräsers eine Teilbewegung, wenn es sich in der Lücke zwischen dem ersten und letzten Messer der Messerreihe befindet.
Bei dem zur Ausführung dieses Verfahrens benutzten Fräswerkzeug sind die einander gegenüberliegenden hohlen seitlichen Schneidkanten der Messer symmetrisch zu einer senkrecht zur Umlaufachse verlaufenden Mittelebene des Messerkopfes gestaltet.
Die weitere Ausgestaltung dieses Messerkopfes nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die entsprechenden seitlichen Schneidkanten der Messer dieselbe hohle Profilkrümmung haben. Dadurch ergibt sich eine Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung. Die entsprechenden seitlichen Schneidkanten der einander folgenden Messer haben Profile, die sich ergeben, wenn ein und die-. selbe Kurve gegenüber der Fräserachse radial und seitlich parallel verschoben wird. Am besten wählt man für die Schneidkantenprofile der Messer einen Kreisbogen.
Bei dem in dem älteren Patent beschriebenen Ausführungsbeispiel des Fräswerkzeuges sind die Krümmungsradien der Schneidkanten der verschiedenen Messer verschieden bemessen. Demgegenüber bietet die Zusatzerfindung den Vorteil, daß sich die Messer wegen der übereinstimmenden Krümmung ihrer Schneidkanten leichter herstellen und hinterschleifen lassen.
In den Zeichnungen sind mehrere verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen schematischen Teilaufriß, Fig.2 einen schematischen Teilschnitt des Messerkopfes nach der vorliegenden Erfindung, Fig.3 den Messerkopf beim Fräsvorgang am weiteren Ende einer Zahnlücke eines Kegelrades, wobei die Profilierung des an diesem Ende der Zahnlücke zum Schnitt gelangenden Messers ersichtlich ist, Fig.4 eine entsprechende Darstellung beim Fräsen des verjüngten Endes der Zahnlücke, Fig. 5 den Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 6 in größerem Maßstab, Fig. 6 einen in der Achsenrichtung verlaufenden Schnitt durch ein Kegelritzel, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist nebst einer schematischen Darstellung der kinematischen Verhältnisse, Fig.7 das zur Fig.6 gehörige Tellerrad im Schnitt, Fig.8 und lo in Achsenrichtung verlaufende Teilschnitte durch zwei zusammengehörige geradeverzahnte Kegelräder, die nach einer abgeänderten Ausführungsform des Verfahrens hergestellt sind, Fig. 9 eine schematische Darstellung, bei der die verschiedenen, am verjüngten Ende in der Mitte und am weiteren Ende der Zahnlücke zum Schnitt gelangenden Messer aufeinandergelegt dargestellt sind, um die Unterschiede ihrer Schneidkantenprofile zu zeigen, Fig. i i einen in der Achsenrichtung verlaufenden Teilschnitt durch ein nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens hergestellten Kegelritzel, Fig. I2 bis 14 Diagramme zur Erläuterung der Erfindung, Fig. 15 eine schematische Ansicht eines Kegelritzels im Schnitt zur Veranschaulichung der beim Fräsvorgang auftretenden Bewegungsverhältnisse, Fig. 16 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 15 zur Veranschaulichung der Spanabnahme, die sich bei demFräsverfahren nach der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines über das Werkstück vorgeschobenen umlaufenden Messerkopfes ergibt, Fig. 17 einen Aufriß eines Messerkopfes nach.der vorliegenden Erfindung, Fig. 18 den Schnitt nach der Linie i8-i8 der Fig. 17, Fig. i9 ein Schruppmesser und ein Schlichtmesser übereinander gezeichnet, Fig.2o zwei Messerköpfe, von denen der eine zum Schruppen und der andere zum Schlichten dient und die gleichzeitig an einem Kegelradwerkstück zum Sohnitt -gelangen; Fig. 21 zeigt die Wirkung des in Fig. 2o gezeigten Schruppwerkzeuges an Hand einer schematischen Darstellung und Fig. 22 und 23 die zum Schruppen und Schlichten dienenden Messerköpfe in einer anderen Ausführung schematisch im Aufriß.
Bei Kegelrädern müssen die Zähne und Zahnlücken an Breite und Tiefe von dem äußeren nach dem inneren Ende des Rades hin abnehmen, so daß die Zähne über die ganze Länge hin eine etwa gleichförmige Widerstandsfähigkeit erhalten. Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhält man derartige Zähne.
In den Fig. 3 bis 6 ist mit 2o ein Kegelrad bezeichnet, das nach der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. Seine Achse ist bei 22 angegeben. Wie Fig. 6 zeigt, nehmen die Zähne 2i an Höhe von dem äußeren nach dem inneren Ende hin ab, wie ein Vergleich der Fig. 4 und 3 zeigt. Auch verringert sich die Breite der Zähne und der Zahnlücken von dem äußeren nach dem inneren Ende hin. Die Zahnflankenprofile unterliegen ebenfalls einer Änderung von dem einen zum anderen Ende, da an dem verjüngten Ende des Zahnes dessen Flanken stärker gekrümmt sind als an dem stärkeren Ende.
In den Fig. 5 und 6 bedeuten die Punkte P und P' etwa die Mitten der einander gegenüberliegenden Flanken einer Zahnlücke. Die Ebenen 24 und 2q.' verlaufen tangential zu diesen Flanken in den Punkten P und P'. Sie verlaufen bei der üblichen Geradverzahnung der Kegelräder durch die Kegelspitze 25 des Zahnrades und schneiden sich längs einer Linie 26, die ebenfalls durch -die Kegelspitze 25 verläuft, sofern die Zähne und Zahnlücken in Breite und Höhe von dem einen zum anderen Ende hin zunehmen, wie es hier der Fall ist.
Sieht man von der Lage des Zahngrundes 28 einmal ab, so erkennt man, daß sich die V-förmig profilierte, von den Tangentialebenen 24 und 24' eingeschlossene Lücke mit Hilfe eines Fräswerkzeuges von V-förmigen Schnittprofil herausfräsen ließe, indem man den Fräser in der Richtung der Linie 26 vorschiebt. Der Zahnlückengrund 28, der zu dieser Förderrichtung a6 geneigt verläuft, könnte dann dadurch hergestellt werden, daß man die Zähne des Fräsers, die an dem sich verjüngenden Ende der Zahnlücke zum Schnitt gelangen, entsprechend höher bemißt als die am erweiterten Ende der Zahnlücke schneidenden Zähne. Wird dann das Fräswerkzeug so hergestellt, daß es während jedes Vorschubhubes nur eine einzige Umdrehung ausführt und werden seine Schneidkanten entsprechend profiliert, so kann man die erforderliche Zahnlücke herausfräsen. Das würde bedeuten, daß die Schneiden an den Stirnkanten der Zähne längs einer Spirallinie angeordnet sind, die ziem geraden Zahngrund 28 der Zahnlücke zugeordnet ist. Diese Spirale wäre eine Evolvente, sofern das Fräswerkzeug mit gleichförmiger Geschwindigkeit vorgeschoben wird.
Nunmehr sei die zur Erzielung der Zahnflankenkrümmung erforderliche Formgebung der Schneidkanten der Fräserzähne oder Fräsermesser untersucht. Es handelt sich darum, diese Schneidkanten derart hohl auszubilden, daß die gewölbten Zahnflanken 30 und 3o' herausgearbeitet werden. Hätten die Schneidkanten von der Fräserachse alle denselben Abstand wie bei gewöhnlichen Fräsern, dann würden sich Zahnflanken ergeben, deren Erzeugende parallel zur Vorschubrichtung 26 verlaufende Gerade wären. Erwünscht ist es nun aber bei der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung, die Zahnflanken so zu gestalten, daß ihre Erzeugenden 33 von Geraden gebildet werden, die im wesentlichen durch die Kegelspitze 25 des Kegelrades verlaufen. Dieses Ziel wird durch eine solche Ausgestaltung des Fräswerkzeuges erreicht, daß die Krümmungsmittelpunkte der Schneidkanten eines jeden Messers zu den entsprechenden Krümmungsmittelpunkten des folgenden Messers versetzt liegen, und zwar in der Richtung der Tangenten 24. und 24'.
Es ist dies in Fig. 2 gezeigt. Dort ist der Messerhopf 35 mit der Achse 36 so ausgebildet, daß er an dem Werkstück :2o Zahnlücken mit den erforderlichen Flanken herausfräst. Mit 37 ist der Mittelpunkt der kreisbogenförmigen Schneidkante desjenigen Messers bezeichnet, das an der mittleren Stelle P der Zahnflanke zum Schnitt gelangt. Die Mittelpunkte der Schneidkanten anderer Messer, die an dem stärkeren und an dem verjüngten Ende der Zähne zum Schnitt gelangen, sind bei 38 und 39 dargestellt und liegen gegenüber dem Punkt 37 versetzt, und zwar längs der Linie d.o versetzt, die parallel zur Tangentialebene 24 verläuft.
Sind die Profilmittelpunkte 38, 37 und 39 usw. gleichmäßig verteilt, so ergeben sich auf dem Werkstück Zahnflanken, die sich mit der Tangentialebene 24 längs einer geraden Linie berühren, welche zur Förderrichtung 26 geneigt verläuft. Durch geeignete Wahl des Maßes, um das die Profilmittelpunkte gegeneinander versetzt liegen, d. h. durch geeignete Wahl des Abstandes der Profilmittelpunkte der aufeinanderfolgenden Messer, läßt sich jede beliebige gerade Kontaktlinie zwischen dem Fräswerkzeug und den herausgefrästen Zahnflanken erreichen., z. B. der Linie 33.
Soweit das Verfahren bis hierher beschrieben ist, führt es indessen zu einer Verzahnung, bei der die Zahnflanken über ihre ganze Länge hin im wesentlichen dieselbe Profilform haben. Es ist daher noch nötig, eine Maßnahme zu treffen, um -zu erreichen, daß die Profilkrümmung der Zahnflanken von dem stärkeren nach dem verjüngten Ende eines jeden Zahnes hin zunimmt. Wie nachstehend gezeigt werden soll, läßt sich dies trotz Verwendung eines Fräswerkzeugs erreichen, dessen Schneidkanten ein und dieselbe Profilkrümmung haben. Wenn bei allen Schneidkanten der Krümmungsmittelpunkt 37 gegenüber der Messerkopfachse dieselbe Lage hat, also nicht längs der Linie 40 parallel zur Tangente 24 versetzt liegt, berührt die von sämtlichen Schneidkanten des Fräsers beschriebene Schnittfläche die herauszufräsende Zahnflanke längs des radialen Profils der beschriebenen Schnittfläche. In diesem Fall ist diese Schnittfläche eine zum Messerkopf gleichachsige Rotationsfläche. Das ändert sich aber, wenn die Krümmungsmittelpunkte der Messerprofile von 37 aus versetzt an die Punkte 38 und 39 zu liegen kommen. Dann beschreibt das Werkzeug bei seinem Umlauf um seine Achse 36 nicht mehr einen einfachen Rotationskörper, und die Berührung zwischen der beschriebenen Schnittfläche und der herzustellenden Zahnflanke erfolgt nicht mehr in einer Radialebene des Fräsers.
Wie schon erwähnt, beschreibt das Fräswerkzeug beim vorliegenden Verfahren während des Umlaufs um seine Achse gleichzeitig eine Vorschubbewegung längs der herauszufräsenden Zahnflanken. Die relative Schnittbewegung spielt sich dann so ab, als ob sich ein zur Fräserachse 36 konzentrischer Kreis .I3 (Fig. 6) auf einer zur Linie 26 parallelen Geraden 44 bewegt. Hierbei ist 45 das Momentanzentrum dieser Abwälzbewegung. Die Linie, längs deren sich jeweils die von einer Fräserschneidkante beschriebene Fläche mit der dadurch geschlichteten Zahnflanke berührt, ergibt sich aus der Projektion der Momentanzentren auf die beschriebene Fräsfläche und richtet sich nach den Erfordernissen des Zahneingriffs. Der Punkt P ist ein Fußpunkt einer solchen Projektion. Dabei ergibt es sich, daß die Berührungslinie geneigt zur Radialebene 47 der von der Schneidkante beschriebenen Fläche verläuft, wie bei 4.6 gezeigt.
Welche Richtung die Linie 46 im Punkt P hat, sei nunmehr näher untersucht.
Da sich die von der Schneidkante beschriebene Fläche, der Einfachheit halber »Schneidfläche« genannt, mit der herzustellenden Zahnflanke längs der geneigten Linie 4.6 berührt, müssen die Profile der Schneidfläche und der Zahnflanke in der Radialebene .47 notwendigerweise voneinander abweichen. Ein kreisbogenförmig profiliertes Hohlprofil 48 (Fig. 2) des Messers mit einem Radius 49 und einem Mittelpunkt 37 erzeugt daher ein Zahnprofil 5o, das stärker gekrümmt ist als ein Schneidkanten- Profil 48 mit einem Radius 5 r und einem Krümmungsmittelpunkt 52. Der Unterschied in der Krümmung, der zwischen der Schneidfläche und der Zahnflanke besteht, nimmt mit dem Durchmesser des Werkzeugs zu und steigt ferner mit zunehmendem Neigungswinkel des Elements 33 der Zahnflanke gegenüber der Förderrichtung 26.
Die vorstehenden Erwägungen führen zu dem Schluß, daß ein bestimmtes Schneidkantenprofil48 (Fig. 2) eine um so stärker gekrümmte Zahnflanke erzeugt, je mehr sein Mittelpunkt längs der Linie 4o parallel zur Tangentialebene 24 versetzt liegt und je größer der Neigungswinkel des Elements 33 der Zahnflanke zur Förderrichtung 26 ist. Diese kinematische Beziehung bildet die Grundlage des vorliegenden Verfahrens, durch das trotz übereinstimmender Profilkrümmung der Messerschneidkanten Zahnflanken mit nach dem verjüngten Zahnende zunehmender Krümmung erzeugt werden.
Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Krümmungsmittelpunkte der Messerschneidkanten längs der Linie 4o nicht gleichmäßig versetzt, sondern um ein veränderliches Maß versetzt. Der Schneidprofilmittelpunkt des am verjüngten Ende des Zahnes zum Schnitt gelangenden Messers ist von dem mittleren Mittelpunkt 37 längs der Linie 40 weiter versetzt als der Schneidkantenmittelpunkt des am stärkeren Zahnende zum Schnitt gelangenden Messers. Statt die Schneidkantenkrümmungsmittelpunkte 38 und 39 der an den Zahnenden zum Schnitt gelangenden Messer von dem mittleren Punkt 37 gleich weit entfernt anzuordnen, werden sie erfindungsgemäß verschieden weit angeordnet, wie dies z. B. bei 39' und 38' gezeigt ist.
In den Fig. 3 und 4 stellen 41 und 42 die Messer dar, die an den beiden Zahnenden zum Schnitt gelangen. Der Krümmungsradius 49 der seitlichen Schneidkante 53 (Fig. 3) des Messers 44 das an der einen Flanke der Zahnlücke zum Schnitt gelangt, ist ebenso groß wie die Krümmungsradien 49 der Schneidkanten 48 und 54 (Fig. 2 und 4), die auf derselben Flanke der Zahnlücke arbeiten, wobei indessen die Mittelpunkte 38', 37 und 39' dieser verschiedenen Schneidkanten in der Richtung der Tangente 24 verschieden weit voneinander entfernt sind.
Die Schneidkantenmittelpunkte der an anderen Stellen der Zahnlücke zum Schnitt gelangenden Messer sind zwischen den äußeren Stellungen 39' und 38' verteilt. Die Profilmittelpunkte einanderfolgender Messerkopfschneidkanten liegen also gewissermaßen auf einer kegeligen Spiralfläche, die gleichachsig zur Messerachse 36 verläuft. Die Steigung dieser Spirale wird zunehmend größer für die am verjüngten Zahnende zum Schnitt gelangenden Messer, so daß dort das Zahnflankenprofil viel stärker gewölbt ist als die das Profil herausarbeitenden Schneidkanten, im Gegensatz zum stärkeren Ende des Zahnes, bei welchem das Zahnflankenprofil sich viel weniger von dem Schneidkantenprofil der dort zum Schnitt gelangenden Messer unterscheidet. Die Lagen, welche die Profilmittelpunkte der aufeinanderfolgenden Messer längs der Linie 40 parallel zur Tangente 24 einnehmen, kommen also in der Gestalt des herausgefrästen Zahnprofils zum Ausdruck. Die Kontaktlinie 55-P-56 zwischen der Zahnflanke und der Tangentialebene 24 bei P ist nicht mehr eine gerade Linie, sondern eine Kurve, deren hohle Seite nach dem Zahngrund 28 hinweist. In den Zeichnungen ist diese Kurve übertrieben gekrümmt dargestellt.
Das Fräswerkzeug, das die Zahnflanke 3o herausfräst, erhält also Zähne oder Messer, deren Stirnschneidkanten auf einer die Fräserachse 36 umgebenden Spirale 57 (Fig. i) gelegen sind und deren seitliche S,chnei.dlcanten übereinstimmend kreisbogenförmige Krümmungen haben, wobei jedoch die Mittelpunkte dieser gekrümmten Schneidkanten der aufeinanderfolgenden Messer gegeneinander nach innen und seitlich längs einer Spirale von veränderlicher Steigung versetzt liegen, wie in Fig. 2 bei 39', 37 und 38' gezeigt.
Wird ein derartiges umlaufendes Fräswerkzeug in Eingriff mit dem Werkstück über dessen Fläche hinweg vorgeschoben, so fräst es Zähne heraus, deren Profilkrümmung sich in der gewünschten Weise vom stärkeren nach dem verjüngten Zahnende hin ändert, wobei gleichzeitig die Tiefe der Zahnlücke in der erforderlichen Weise vom größeren zum kleineren Zahnende hin abnimmt.
Was nach den vorstehenden Darlegungen für die eine Zahnflanke und die diese herausarbeitenden Schneidkanten gilt, hat natürlich ebenso für die andere Zahnflanke und die zu dieser gehörigen Schneidkanten Gültigkeit. Aus diesem Grunde kann ein nach der vorliegenden Erfindung hergestellter Messerkopf verwendet werden, um gleichzeitig in jeder Zahnlücke beide Flanken eines Kegelrades herauszufräsen, und zwar derart, daß die Zahnlücke sich nach der einen Richtung vertieft und erweitert. In Fig. 2 sind mit 37", 38" und 39" die Krümmungsmittelpunkte der Schneidkanten bezeichnet, -welche die andere Zahnflanke herausarbeiten. Hierbei,stellen 49" und 51" die Krümmungsradien der Schneidkanten 48" und 5o" dar. Es entsprechen diese Schneidkanten den an der anderen Flanke angreifenden Schneidkanten 48 und 5o mit den entsprechenden Radien 49 und 5 z.
Mit dem auf diese Weise gefrästen Zahnrad 2o soll das Gegenrad 6o (Fig. 7) kämmen. Es wird ebenso hergestellt. In Fig. 7 bedeutet 61 die Achse des Gegenrades, 62 die Kegelspitze und 63 die geradlinige Erzeugende, die sich in dem Teilkegel längs der Zahnflankenfläche erstreckt. Die Linie 65 bedeutet die Berührungslinie der Schneidfläche und der Zahnflanke 66, wobei, wie erinnerlich, die Schneidfläche die von der Schneidkante beschriebene Fläche ist. P stellt einen mittleren Punkt der Berührungslinie dar. Mit 67 schließlich ist eine Linie bezeichnet, längs welcher sich die Zahnflanke und eine im Punkt P angelegte Tangentialfläche berühren. Die Berührungslinie 67 ist wiederum gekrümmt, und ihre Wölbung ist vom Zahnlückengrund 68 abgewendet. Wenn die beiden Zahnräder 2o und 6o miteinander kämmen, liegen die Berührungsflächen der aufeinandertreffenden Zahnradflanken mit einer gemeinsamen Tangentialebene mit Bezug auf die Elemente 33 und 63 der Zahnflanken einander gegenüber. Dies hat zur Folge, daß die aufeinandertreffenden Zahnflanken sich nicht auf der ganzen Länge berühren, sondern sich ballig aneinanderlegen. Eine solche ballige Zahnauflage ist indessen erwünscht. Zuweilen will man die Zahnauflage noch balliger gestalten, als es mit dem erläuterten Verfahren möglich ist. Diesem Bedürfnis läßt sich durch Anwendung der Grundsätze genügen, die in der bereits erwähnten USA.-Patentschrift i 733 326 erläutert sind.
Die Fig. 8 und io zeigen ein Zahnradpaar, bei dessen Herstellung eine besonders stark ballige Zahnauflage angestrebt ist, und zwar unter Anwendung der in dieser Patentschrift beschriebenen Richtlinien. Die Achsen der beiden Zahnräder sind mit 72 und 73 und die Kegelspitzen bei 74 und 75 gezeigt. Die Linien 76 und 77 stellen Erzeugende der Zahnflanken dar, die in den Teilkegelflächen verlaufen. Mit 78 und 79 sind die Vorschubrichtungen der Messerköpfe bezeichnet. Die gebogene Linie 8o ist die Berührungslinie zwischen einer Zahnflanke 82 des Zahnrades 70 und einer an diese angelegten Tangentialebene, wobei diese Tangentialebene gleichzeitig an der Zahnflanke 83 des Gegenrades 71 anliegt, wenn die Zahnräder miteinander kämmen. Die gebogene Linie 81 ist die Berührungslinie der Zahnflanke 83 mit dieser gemeinsamen Tangentialebene. Die gebogenen Linien 8o und 81 haben Tangenten 84 und 85, die in den mittleren Punkten 86 und 87 der Zahnflanken anliegen. Die Neigungswinkel i und i dieser Tangenten lassen sich nach bekannten Richtlinien bestimmen. Die Neigungen der Tangentiallinien sind im wesentlichen den Krümmungsradien der Zahnflankenprofile der beiden Zahnräder proportional.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind die Tangenten 8.4 und 85 zu der Vorschubrichtung 78 und 79 weniger stark geneigt als die Elemente 76 und 77. Das ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Fig. i i veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Tangente go zur Berührungslinie gi entgegengesetzt geneigt ist wie das Element 92 der Zahnflanke 93, so daß sich seine Neigung zur Vorschubrichtung 94 des Fräsers erhöht. Die Berührungslinie gi zwischen der Zahnflanke 93 des Zahnrades (hier mit 95 bezeichnet) und der Tangentialebene im mittleren Punkt ist wiederum eine Kurve, deren hohle Seite dem Zahngrund 97 zugewendet ist und die sich etwa in derselben allgemeinen Richtung erstreckt wie ihre Tangente go. Die Achse des Zahnrades ist 98, die Kegelspitze liegt bei 9g, und der Neigungswinkel der Tangente go zu dem Element 92 ist bei C.
In a11 diesen Fällen ist die Linie der augenblicklichen Berührung zwischen der Schneidfläche des Fräsers und den geschlichteten Zahnflanken zur Radialebene des Fräsers geneigt. Diese Neigung beläuft sich gewöhnlich auf einen größeren Winkel als 30° und erstreckt sich auf beiden Zahnflanken in derselben Richtung. Das bedeutet, daß sich die Berührungslinien auf beiden Zahnflanken vom Zahnlückengrund des verjüngten Zahnendes in Richtung auf den Zahnkopf am stärkeren Zahnende erstrecken. Wenn es sich um Zahnräder von normalen Abmessungen handelt, ist die Neigung dieser Linien der jeweiligen Berührung zur Radialebene des Fräsers besonders ausgesprochen bei dem Ritzel, und zwar wegen des hohen Zahnkopfes, der bei Kegelritzeln gewöhnlich vorgesehen wird. Bei dem Tellerrad hingegen, bei welchem die Tangenten an gegenüberliegenden Flanken einer Zahnlücke gewöhnlich einen kleineren Winkel miteinander einschließen als bei dem Ritzel, ist die Linie der jeweiligen Berührung häufig so stark zu einer Radialebene des Messerkopfes geneigt, daß sie von der Längsrichtung der Zahnflanken nur wenig abweicht. .
Der von jeder einzelnen Schneid-k ante eines Messerkopfes ausgeführte Schnitt fällt annähernd mit der Linie der vorübergehenden Berührung zusammen, insbesondere wenn eine große Anzahl von Schneidkanten vorgesehen ist. Jedenfalls gelten die festgestellten Kennzeichen für den Verlauf der Linien der vorübergehenden Berührung ebenfalls für die von den einzelnen Schneidkanten ausgeführten Schnitte. Es läßt sich daher feststellen, daß die Zahnflanken bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung Flächen sind, die :durch eine entsprechende Anzahl konkaver Schneidflächen eingehüllt sind, wobei sich diese Schneidflächen im wesentlichen diagonal erstrecken, nämlich vom Zahnlückengrund an dem verjüngten Ende des Zahnes aufwärts und rückwärts in Richtung auf den Zahnkopf am stärkeren Ende des Zahnes. Es gilt dies für beide Zahnflanken der Lücke. Die Schnitte verlaufen geneigt zu den Linien der je- weiligen Eingriffsberührung, so daß sich beim Kämmen zweier auf diese Weise hergestellter Räder ein weicher Zahneingriff ergibt, wenn auch eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Schneidkanten zur Verwendung gelangt und ,die auf diese We:se herausgefrästen Zahnflanken daher deutlich ausgeprägte Fräsmarkierungen zeigen.
*Fig. g veranschaulicht schematisch die Ausführung des Messerkopfes, -der zum Fräsen des in Fig. 8 gezeigten Ritzels zur Verwendung gelangt. Die Schneiidfläch:e des Messerkopfes enthält einen V-förmigen, durch die Tangenten T und T' gebildeten Grundriß. Die seitlichen Schneidkanten haben ein Kreisprofil von konstantem Radius. Die einander gegenüberliegenden Schneidkanten, die an der mittleren Stelle des Zahnes in dessen, Längsrichtung gesehen in Tätigkeit kommen, sind bei ioo und ioö wiedergegeben. In derselben .Zeichenebene dargestellt sind auch die Schneidkanten ioi und ioi' und io2 und 102' derjenigen Messer, die an dem weiteren und an dem verjüngten Ende der Zahnlücke zum Schnitt gelangen. Der Krümmungsmittelpunkt des Profils ioo ist bei 103 eingezeich- j net, und der Radius ist io4. genannt. In Fig. 8 ist eine Berührungslinie 8o gezeigt, längs welcher sich .die Zahnflanke 82 mit einer Ebene berührt, die im mittleren Punkt 86 tangential angelegt ist. Die Punkte 105 und roh auf dieser Linie 8o sind vom mittleren Punkt 86 gleich weit entfernt, gemessen in der Voxschubrichtung 78 des Fräsers. Sie entsprechen gleichen Drehwinkeln des Fräsers. Die Punkte 105 und io6 sind auch in Fig. 9 angegeben, und zwar als Punkte des GrundprOfils T-78-T' des Fräswerkzeuges, Wie ersichtlich, ist der Abstand 86 bis io5 größer als der Abstand 86 bis io6. Aus diesem Grunde nimmt die Steigung des Grundprofils ioo zu von dem stärkeren nach dem verjüngten Ende des Zahnes 82 hin. Bei dieser Steigung beschreibt der Profilmittelpunkt 103 eine Linie 107, die parallel zur Tangente T verläuft. Das Schnittprofil, d. h.,das Profil einanderfolgender Messer in einer Radialebene der Fräserachse gesehen, ändert isich allmählich von. dem Profil ioi bis, zum Profil io2, wobei das Messer mit dem Profil ioi am stärkeren Ende des Zahnes im Punkt io6 zum Schnitt gelangt, während das Profil 102 am verjüngten Ende des Zahnes im Punkt io5 schneidet. Dazwischen, liegt das Profil ioo, das an der mittleren Stelle 86 zum Schnitt kommt.
Die Krümmungsradien.io4 der Schneidkanten ioi, ioo und io2 sind also alle dieselben. Nur die Krümmungsmittelpunkte io8, 103 und iog dieser Schneidkanten sind gegeneinander in der Richtung der Linie 107 versetzt. Wie ersichtlich, ändert sich auch die Länge der Messer. Dies ist nötig, damit die Tiefe der Zahnlücke von dem .einen Ende des Zahnes zum anderen entsprechend zunimmt. So ist die Stirnkante des am weiteren Ende der Zahnlücke zum Schnitt gelangenden Messers. bei iio gezeigt, die Stirnkante des an der mittleren Stelle 86 schneidenden Messers bei i i i und schließlich .die Stirnkante des am verjüngten Ende der Zahnlücke schneidenden Messers bei 112.Wie ersichtlich, ist also das am verjüngten Ende der Zahnlücke zum Schnitt gelangende Messer das, längste. Die Stirnkanten der Messer liegen auf einer Spirallinie, die dem herausfräsenden Zahngrund zugeordnet ist.
Es wurde schon oben betont, daß die Linie 46 der vorübergehenden Berührung (Fig. i und 6) zwischen dem Fräser und ,der Zahnflanke geneigt verläuft, da diese Linie die Normalprojektion des Momentanzentrums 45 auf die Schneidfläche ist. Das ergibt sich nach bekannten Verfahren der darstellenden Geometrie. Doch sei nachstehend eine mathematische Untersuchung gegeben, die unmittelbar zu diesem Ergebnis führt.
Die Fig. 12 bis 14 einschließlich zeigen .in einem sehr stark vergrößerten Maßstab die Tangentialebene 24, die im mittleren Punkt P an die Zahnflanke 2i des Zahnrades 2o angelegt ist. Die durch die Punkte P und 1.14 verlaufende Linie i 13 ist die in der Schneidfläche des Werkzeuges liegende Linie, die der Linie P-55 der Zahnflanke (Fig. 6) entspricht. Die Linie 113 erscheint in der gezeigten Vergrößerung als gerade Linie. Sie verläuft im Steigungswinkel 8' zur Umfangsrichtung, d. h. zu einer Linie, welche senkrecht zum Fräserradius in der Kegelfläche des Grundprofils 24 des Fräswerkzeuges liegt (Fig. 5). Der Steigungswinkel 8' hängt ab von der Neigung ö der Linie 115 (Fig. 6 und 13) im Punkt P gegenüber der Linie 116, welche auch die Vorschubrichtung angibt. 8 wind gemessen in der Tangentialebene.
Ist r gleich dem radialen Abstand 36-P (Fig. i) und c ,der Abstand 36-q.5, so erhält man in bekannter Weise Die Schneidfläche in der unmittelbaren Nachbarschaft des. Punktes P entsteht dadurch, daß man das radiale Schneidprofil des Fräsers als Ganzes längs der Linie 113 bewegt und es gleichzeitig etwas längs 24 (Fig. 5) verschiebt, so daß der Profilpunkt bei der Linie 113 ständig in Berührung mit der kegelförmigen Schneidfläche bleibt, die von der Profiltangente beschrieben wird. In anderen Worten ausgedrückt, läßt sich die Ordinate z jedes beliebigen Punktes der Schneidfläche über der Tangentialebene als aus zwei Ordinaten zusammengesetzt betrachten, nämlich aus, der Ordinate der Zylinderfläche, die das radiale Schneidprofil bei seiner Bewegung längs der Tangente 113 beschreibt und aus der Ordinate .der Kegelfläche, die die um .die Fräserachse rotierende Profiltangente 24 beschreibt. Die sich ergebende Ordinate stellt die Differenz zwischen den beiden Einzelordinaten dar.
Bei - der hier" untersuchten Annäherung zweiten Grades- weicht die Kegelfläche der Tangente 24 von der Tangentialebene im Punkt P ebenso ab wie eine Zylinderfläche, welche im Punkt P dieselbe gerade Erzeugende und denselben =normalen Radius r' hat (Fig. 2). Der normale Radius r' ist der Abstand P-117 (Fig. 2) des-Punktes P von der Fräserachse, gemessen längs der Normalen auf der Schneirdfläche. 117 ist der Schnittpunkt der Normalen mit der Fräserachse 36.
Was für die Ordinaten z gilt, gilt auch für die davon abgeleiteten Größen, d. h. für die Neigung der Normalen zur Schneidfläche. Diese Normalen auf der Schneidfläche lassen sich als Vektoren auftragen und geometrisch als Vektoren addieren.
Betrachtet man einen Punkt i2o (Fig. 12) mit einem Abstand x von der Linie 121 und einem Abstand y' von der Linie 113, so findet man folgendes: Dis Normale, die im Punkt i2o auf der Kegel- oder Zylinderfläche errichtet wird und sich längs der Linie 121 erstreckt, ist in einem Winkel geneigt, dessen tg sich beläuft auf und erstreckt sich in einer Richtung parallel zur Linie 116 und senkrecht zur Linie 121.
Mit C sei der Radius des Schneidflächenprofils, in einer Radialebene des Fräsers bezeichnet, also im wesentlichen der Radius der seitlichen Schneidkanten des Fräsers, d. h. der Abstand 49 (Fig. 2). R soll der Krümmungsradius der erzeugten Zahnflanke sein in einem normalen Schnitt, der durch den mittleren Punkt P und die Lotrechte auf der Berührungsliniie 115 mit der Tangentialebene im Punkt P verläuft.
Dann ist der Radius der Zylinderfläche längs der Linie 113 C Cos2 Öl.
Die Normale im Punkt 12o ist senkrecht zur Linie 113 in einem Winkel geneigt, dessen tg sich beläuft auf Ferner ist y' = (y-x tg 8') cos b'. Hierin bedeutet y die Ordinate im Punkt 120 mit Bezug auf die Linie 116, und x bedeutet die Abszisse.
Durch Umstellung der Gleichung ergibt sich Hierdurch erhält man ,die Vektorordinate. Die Vektorabszisse entspricht Wenn man die Vektorkomponenten geometrisch addiert, erhält man eine Resultierende I' (Fig. 12), welche die Richtung und Neigung der im Punkt 12o auf der Fläche errichteten Normalen ergibt.
An der Be-rührungslini@e 46. (Fig. --, 6 und 13) fallen die Normalen auf der Schneidfläche und auf der erzeugten Zahnflanke zusammen. Dementsprechend müssen Richtung und Neigung dieser Normalen auf beiden Flächen gleich groß sein.
Infolgedessen beläuft sich das Verhältnis der Vektorabszisse zur Vektorordinate auf und auf tg b Hierin bedeutet w den Winkel zwischen der Berührungslinie .1 .6 und der Förderrichtung I 16. Die Vektorordinate oder Ordinatenkomponente der Neigung der Normalen der erzeugten Zahnflanke beläuft sich auf Sie entspricht der oben. angegebenen Ordinatenkomponente, beläuft sich also auf Aus der Gleichung (2) ergibt sich Hiernach ergibt sich R -cos2 C - y, (tg b - tg ö')2, b (3) 2 C09 b C y, tgl b (= y) ° (3 a) 2 cos b C yl tg2 bl C c I) (3 b) ist hier der Krümmungsradius des Zahnfla-nkenprofils in einem Schnitt senkrecht zur Förderrichtung, d. h. im selben Schnitt, in welchem der Radius. C gleich 49 auf Fig. 2 gemessen ist.
Es ist bekannt, wie der Radius .der Profilkrümmung sich längs des Zahnes eines Kegelrades ändern soll. Dementsprechend bestimmt man zunächst den Normalradius 7' und die Geschwindigkeit des Fräsvorschubes längs des Zahnes nach normalen Erfordernissen. Alsdann ändert man tgb längs des Zahnes gerade so viel, daß sich die gewünschte Änderung des Profilradius an den verschiedenen Stellen längs des. Zahnes ergibt. Die obige Formel (3) bietet .daher die Möglichkeit, das Maß zu ermitteln, um welches sich tg 8 ändern muß. Man erhält damit die gewünschte Krümmung der Linie 115. Im mittleren Punkt P (Fig. 1q.) erhält man eine Neigung 8, die sich aus den Erfordernissen hinsichtlich der Gestalt und der balligen Auflage der Zähne miteinander kämmender Räder ergibt. In dem dichter am stärkeren Zahnende liegenden Punkt 56 (Fig. 6 und 1.4) wird eine kleinere Neigung der Tangente i25 gewählt, so ,daß die Zahnprofilkrümmung von derjenigen der sie erzeugenden Schneidkante des Fräsers weniger stark abweicht. An dem dichter am verjüngten Ende des Zahnes befindlichen Punkt 55 wird die Neigung,der Tangente 126 größer als: diejenige der mittleren Tangente 113 gewählt, so daß das, erzeugte Zahnflankenprofil viel stärker gewölbt ist als die .die Zahnflanke herausfräsende Schneü.dkante.
Bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 ist ein Zahnflankenprofil erwünscht, .dessen Radius unmittelbar verhältnisgleich zum gewünschten Kegelabstand ist. Ist A cos ö gleich dem Abstand 29-25, gemessen längs der Verschubrxchtung 26 (Fig. 6), so beläuft sich der gewünschte Abstand des die Abszisse x aufweisenden Punktes 12o' (Fig.13) vom mittleren Punkt P auf wobei ö die Neigung an dem mittleren Punkt P ist. Nach der Formel (3 a) beläuft sich die Änderung von auf Daraus folgt Der Krümmung,sradius der Linie 115 läßt sich aus dem obigen Begriff leicht ermitteln. Er ist gewöhnlich so groß, daß man die Krümmung mit bloßem Auge gar nicht sieht.
Die vorstehende Untersuchung beruht auf der Annahme, daß die Vorschubrichtung so erfolgt, als ob der kreis 43 (Fig. 6) sich auf einer geraden Linie 44 abwälzt. Das bedeutet, daß das Werkstück für den Schlichtvorgang vorgeschoben wird. Indessen ist es auch möglich, den Vorschub in der entgegengesetzten Richtung für das Schlichten erfolgen zu lassen. Die relative Bewegung ist dann diejenige, als ob der Kreis 43' sich auf der geraden Linie 44' abwälzte. In diesem Falle geht der Radius 36-13o des Rollkreises q:3' als eine negative Größe in die obigen Formeln ein. In beiden Fällen ist der durch die sich abwälzenden Kreise 43 und 43' dargestellte Vorschub gleichförmig, also unmittelbar verhältnisgleich zum Fräserumlauf. Indessen erstreckt sich die Erfindung auch -auf eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei der ein ungleichförmiger Vorschub erfolgt. In diesem Falle kann die Steigung der kreisbogenförmigen Schneidkantenprofile längs .der Tangente 24 gleichförmig ausgestaltet `werden. Das bedeutet also, daß die Mittelpunkte 38, 37 und 39, .die den gleichen Drehwinkeln .des Fräsers entsprechen, gleich weit voneinander entfernt sind. Man erreicht dann dasselbe Ergebnis. Dieses, läßt sich also ebenso gut bei veränderlichem Vorschub mit einem Fräser erzielen, bei welchem die Krümmungsmittelpunkte der aufeinanderfolgenden Schneidkanten einen gleichbleibenden Abstand haben, wie bei gleichförmigen Vorschub unter Verwendung eines Fräsers, dessen Schneidkantenkrümmungsmittelpunkte einen ungleichförmigen Abstand besitzen. Dies erklärt sich, aus der Formel (3 b). Sind die Krümmungsmittelpunkte der aufeinanderfolgenden Srhnei,dkanten um denselben Abstand gegeneinander versetzt, dann ist tg ö konstant, aber c ist veränderlich. c läßt sich daher für verschiedene Stellen längs des Zahnes so wählen, daß sich der gewünschte Profilradius, ergibt. Die Vorschubgeschwindigkeit ändert :sich ebenso wie c längs des Zahnes., was ohne nähere Erläuterung verständlich sehn dürfte.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung liegt in, einer Vereinigung der beiden erläuterten Verfahren. Hierbei sind sowohl die Krümmungsmittelpunkte der aufeinanderfolgenden Fräserschneidkanten um unterschiedliche Beträge gegeneinander versetzt als auch die Vorschubverhältnisse so gewählt, daß sich beim relativen Vorschub zwischen Werkzeug und Werkstück längs des Zahnes eine ungleichförmige Geschwindigkeit ergibt. Dies bietet den Vorteil, .daß man ein und denselben Fräser durch entsprechende Wahl der Vorschubgeschwindigkeiten für die Herstellung eines viel weiteren Bereiches voneinander verschiedener Zahnräder verwenden kann. Infolgedessen sind auch die beiden erstbeschriebenen Ausführungsformen je für einen recht beträchtlichen Bereich verschiedener Zahnräder verwendbar, da ein und dasselbe Fräswerkzeug Zahnräder von verschiedener Zahngestalt einfach dadurch erzeugen kann, daß die Vorschubgeschwindigkeit längs des Zahnes verändert wird.
Die Möglichkeit, ,die Vorschubgeschwindigkeit während des Fräsvorganges zu verändern, hat auch bei der Herstellung von Stirnrädern mit Geradverzahnung oder Schrägverzahnung wesentliche Vorteile, denn auf diese Weise läßt sich bei Verwendung des Werkzeuges und,des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung jeder gewünschte Grad balliger Zahnauflage bei derartigen Zahnrädern erzielen.
Das für Stirnräder verwendete Fräswerkzeug zeichnet sich dadurch aus, daß die Krümmungsmittelpunkte .der Schneidkanten der aufeinanderfolgenden Messer auf einer Spirale von gleichförmiger Steigung liegen. Ein derartiges Fräswerkzeug beschreibt mit seinen Schnevdkanten eine Zylinderfläche, die geneigt zur Teilfläche des zu fräsenden Stirnrades liegt. Unter Anwendung des Verfahrens nach Patent 929 588 lassen sich dann zwei Stirnräder fräsen, die mit balliger Zahnauflage kämmen.
Die Strecke des. längs der Zähne von Kegelrädern während des Schlichtens erfolgenden Vorschubes übersteigt wesentlich die Breite der zu verzahnenden Werkstückfläche. Dies beruht auf den langen glatten Schlichtschnitten, die das Werkzeug beim Umlauf um seine Achse und gleichzeitigem Vorschub des Zahnes ausführt. Diese Schnitte sind schematisch in Fig. 8 durch,die gestrichelten Linien 135 wiedergegeben, welche erkennen lassen, daß sie geneigt zur Radialebene 136 des Fräsers verlaufen. Auf beiden einander gegenüberliegenden Flanken der herausgeifrästen Zahnlücke verlaufen sie in der gleichen Richtung.
Die Länge des Vorschubes beim Schlichten überschreitet die Breite der Werkstückfläche um mindestens 5o%. Die Länge des Schlichtschnittes bietet den Vorteil, -daß während ,der verschiedenen Abschnitte ein und desselben Schnittes die Spannungen ausgeglichen werden und sichdaher höhere Genauigkeit und eine bessere Oberflächenbeschaffenheit ergibt.
Nunmehr sei eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens näher erläutert, bei welcher zunächst geschruppt und .dann geschlichtet wird. Dieses Verfahren läßt sich mit jedem scheibenförmigen Fräser ausführen, der bei jedem Vorschubarbeitsspiel einen vollen Umlauf vollführt. Das Verfahren ist also auch ausführbar mit dem in dem oben erwähnten Patent beschriebenen Fräser.
In Fig. 15 ist 14o ein zu fräsendes Kegelrad oder Kegelritzel und 141 die Achse des hierbei zu verwendenden Fräsers. in derjenigen Stellung, bei welcher der Fräser an einem mittleren Punkt des Zahnes 142 zum Schnitt gelangt. Die gestrichelte Linie 143 ist die Spiralfläche, auf welcher hierbei die Messerstirnflächen liegen. Die ständige Umlaufrichtung des Fräswerkzeuges ist durch den Pfeil 145 angegeben. Beim Schlichten erfolgt der Vorschub so, als ob sich der Kreis 147, der die Fräserachse 1q.1 umgibt, auf einer Linie 148 abwälzt, die parallel zur Vorschubrichtung 1q.9 leicht geneigt zum Zahnlückengrund 150 verläuft. Unter »Vorschub« ist hierbei nur die Relativbewegung von Werkstück und Werkzeug zu verstehen, gleichgültig, ob diese durch Vorschub des Werkzeuges oder durch ''orschub des Werkstückes oder durch Bewegung beider ausgeführt wird. Während des Fräsvorgangzs wird das Werkstück 14o gegenüber der Vorschubrichtung 149 in einem Winkel eingestellt, der kleiner ist als sein Zahnfußwinkel.
152 ist die Linie der momentanen Berührung zwischen der Schneidfäche und der geschlichteten Zahnflanke in der mittleren Lage. Um die Zahnflanke vollständig zu schlichten, beginnt man mit dem Fräsvorgang bei einer -solchen Lage des Werkzeuges, daß dessen Mittelpunkt bei 141' liegt. Von dieser Stellung ausgehend wird der Vorschub quer über die Fläche des Werkstückes beim Umlauf des Werkzeuges um seine Achse herbeigeführt, bis die Stellung 141" erreicht ist. Die Berührungslinien 152' und I52", die den Stellungen 141' und 141" des Werkzeuges entsprechen, erreichen dann gerade die Zahnflanke 142 an diagonal gegenüberliegenden Endpunkten. Praktisch wird man natürlich den Vorschub an beiden Enden weit genug bemessen, daß eine stoßfreie Umkehrung der Vorschubbewegung ermöglicht ist. Zu diesem Zweck können die Umkehrpunkte der Fräserachse etwa bei. 141" und 144 liegen. Hierbei erstreckt sich der eigentliche Schlichtvorgang, der bei gleichförmiger Vorschubbewegung erfolgt, auf :die Strecke zwischen den Punkten 141' und 1q.1".
Das Werkzeug kann Tour zum Schlichten bestimmt sein:. Im diesem Falle erhält es keine Schruppmesser. Der Rückzug aus der Lage 141v in die Anfangslage 141" erfolgt dann sehr schnell, und zwar gleichzeitig mit der Teilbewegung des Werkstückes, während dieses in der Lücke zwischen den Mesisern, des Fräswerkzeu ges liegt. Vorzugsweise erhält das Werkzeug indessen sowohl Schnipp- als Schllichtme.sser, so daß es, eine jede Zahnilücke zuerst ausschruppt und, dann schlidhtet, und zwar bei einem und demnseIben Umlauf. Der Schr.uppvorgan:g erfolgt danin ganz oder teilweise währenddes Vorschubes von der Stelle 144 zur Stelle 141", während das Schlichten während des Rückzuges: von der Stelle 141" zur Stelle 141v stattfindet. Die Teilbewegung des Werkstückes findet statt wie zuvor, wenn das Werkstück in der Lücke zwischen den Messern, liegt. In jedem Falle ist das Werkstück fertig, wenn das Werkzeug so viel Umkäufe, wie Zahnlücken im Werkstück herauszufräsen sind, vollendet :hat.
In: den Fig. 17 und 18 isst eine bevorzugte Ausführungsform des Werkzeuge inadh der vorliegenden Erfindung ver,ansichaud-dht. D,ieseis. Werkzeug dient zum Sehruppen und Schlichten einer jeden Zahnlücke bei einem einzigen Umlauf. Es ist als Mes!serlwpf 18o mit b6 183 angeschraubten Messersegmenten 182 ausgebildet. Zum Ausrichten der Mesisersegmente in der Umfangsrichtung dienen Keile 184, die in Nuten 185 des Kopfes eingesetzt sind, und sich gegen die Rückseiten der Segmente legen. Die Nuten. 185 sind in gleichmäßigen Ab- ständen in der Umfangsflüche des: Kopfes vorgesehen. Beim vorliegenden bestei:.t jedes Segment mit :seinen vier Zähnen. oder Messern aus einem Stück. Diese Messer sind an den Seiten- und Stirnflächen, hinterschliffen, Sie können so angeschärft werden, daß sich. Schneidkanten an beiden Seiten ergeben oder auch so, d-aß die Sch:neidkanten :der Messer immer abwechselnd rechts und links: liegen, d:aß jedes Messer also nur eine Schneid-kante !hat.
Das erste Segment ist mit 182" und das letzte mit 182, bezeichnet, und zwischen beiden liegt eine Lücke 186, die so lang bemessen ist, d aß, wenn sich das Werkstück in ihr befindet, dieses genügend Zeit für eine Teilbewegung findet, ohne daßhierzu; der Umlauf des Werkzeuges: unterbrochen werden müßte. Die Segmente 182" bis 182v sind mit S;chruippmessern oder Schruppzähnen versehen, während die Segmente 182d biss 182, zum Schlichten dienern. Die° Sehlichtrriesiger häben seitliche Schmeidkanten, von konstanter Profilkrümmung rnaxh den oben erläuterten. Grundsätzen, wobei die -Krümrnungsmittelpunkte -bei aufeinanderfolgen;den Messern fortschreitend unterschiedlich gegenüber der Fräserachse versetzt liegen. Die Schlichtmesser sind auch fortschreitend höher, und' ihre Stirnschnittkanten liegen dementsprechend auf einer Spirale 187. ' Die Schruppmesser sind vorzugsweise nach Art eines umlaufenden Räumwerkzeuges. ausgebildet. Ihre Höhe nimmt also fortschreitend zu bis zu, der durch die Tiefe der herawszufräsenden Zahnlücke gesetzten- Grenze. Die Schruppmesser haben. vorzugsweise ebenfalflis seitliche Schneidkantenprofile von kreisbogenförmiger Krümmung, deren Mittelpunkte fortschreitend gegeneinander ähnlich versetzt liegen, wie dies für die Schlichtmesser bereits erläutert wunde. Auf diese Weise wird erreicht, daß man die Sehruppmesser und Schlüchtmes,ser in einem einzigen ununterbrochenen Vorgang hinterschleifen, kann. Indessen werden die Schruppmeseer je schwächer ausgeführt als :ie Schlichtmesser, :die an den entsprechenden, Stellen längs des Zahnes zum Schnitt gelangen, damit nach dem Schruppen genügend Werkstoff auf den Zahnflanken stehenbleibt, um das Schlichten zu ermöglichen. In Fyg. 1g Ist das dadurch angedeutet, da.ß ein Schruppmesiser r82,. und -das ari derselben Stelle der Zahnlücke zum Schnitt gelangende Schlichtmesser r821 übereinandergezeichnet sind. Wie man sieht, ist das Schruppmesser schmaler als das Schlichtmesser.
Um die Segmente 182 auf dem Messerkopf genau auszurichten, erhält dieser vorzugsweise eine kegelförmige Schulter 188 mit einer anschließenden zylindrischen Sitzfläche 189, die in einem spitzen Winkel geneigt zueinander verlaufen. Die inneren Stiruflä.,chen 191 der Segmente sind dann zylindrisch gestaltet und auf die Fläche 189 aufgepaßt, während die Flächen 192 der Segmente kegelförmig verlaufen und auf die Kegelfläche 188 Beis Messerkopfes passen. Beim Anziehen der Schrauben 183 werden daher die Segmente in. denn von den. Sitzflächen 188 und 189 gebildeten Winkel eingekeif und dadurch zuverlässig genau und starr in ihrer Lage gesichert.
Die Keile 184 sind .den Nuten 185 des Kopfes entsprechend gestaltet. Die eine Flanke :der Nut verläuft radial in Richtung auf die Achse 194 des Messerkopfes, und die Keile legen sich mit entsprechenden Seitenflädhen 193 an diese Flanke an. Die Segmente haben ebene Stirnflächen 195, die sich gegen die vorstehenden Flächen 193 .der Keile legen. Die Löcher im Messerkopf, durch die die Schrauben 183 hindurchgehen, .sind im Durchmesser etwas weiter als die Schrauben bemessen, damit sich die Segmente in. der Umfangsrichtung etwas verschieben: und sich ,daher mit ihren Stirnflächen 195 .satt an die Keile anlegen können. Auf diese Weise dienen die Keile zur genauen Ausrichtung der Segmente in der Umfangsrichtung des Messerkopfes. -Diese'genaue Ausrichtung durch die Keile bietet Gewähr dafür, daß die Segmente alle denselben Abstand voneinander haben und daher die Messer nach .dem Schleifen über den Umfang des Messerkopfes um vexihältnisgleiche Beträge vorstehen, so daß das Fräswerkzeug bis zum nächsten Schleifen seine Genauigkeit beibehält.
Zum Herausfräsen einer Zahnlücke aus dem Werkstück stellt man das Werkzeug derart gegenüber dem Werkstück ein:, daß es .dieses bis zur vollen Tiefe der Zahnlücke ei ;fräsen kann, ohne daß hierzu eine Anstellung in der Richtung der Zahnlü:dcentiefe nötig wäre. Das Schruppen beginnt, wenn die Fräserachse auf 141b eingestellt wird.' Zunächst ,gelangen hierbei. nur einige wenige S:chruppmesser zum Schnitt, ohne .daß hierzu ein Vorschub in der Längsrichtung nötig wäre. Die Linie 16o (Fig. 16) zeigt die Bahn der ersten Schruppmesser. Nachdem jedoch die folgenden fortschreitend länger werdenden Schruppmesser den Punkt 161 des Zahnes an dessen verjüngtem Ende erreicht haben, kann. die Vorschubbewegung beginnen. Wenn: -dann die längsten Schruppmesser zum Schnitt gelangen., ist der Vorschub bis zur Stelle 141 fortgeschritten oder wenigstens bis zu einer Stehle, die zwischen 141 und 141b liegt.
z62 ist die Bahn des Schruppmessers, das zum Schnitt gelangt, wenn die Zahnlücke ihrer ganzen Tiefe nach ausgesch.ruppt ist. Die Fräserachse befindet sieh dann bei 141. Von diesem Punkt an beschränkt sich der Schruppvorgang auf die unteren Hälften :der Zahnflanken am erweiterten Ende der Zahnlücke. Hierbei sind nur noch geringe Werks:toffrnengen fortzunehmen, weshalb die Vo.rschubgeschwind.igkeit auf den restlichen Vorschub bis zum Punkt 141, entsprechend erhöht werden kann, unter Umständen bis auf einen Betrag, der die Vorschubgeschwindigkeit beim Schlichten überschreitet. Der Schlichtvorgang findet, wie schon beschrieben, beim Rücklauf .statt, während die Fräserachse von, 141" nach 141b zurückkehrt. Dann wird das Material, abgenommen, das unten an den Zahnflanken am verjüngten Ende der Zahnlücke stehengeblieben und in Fig. 16 durch die gestrichelte Fläche 163 angedeutet ist. Diese Schlichtarbeit hat den Vorteil, daß sie die Schnittbelastung der letzten Schlichtmesser ausgleicht.
Mit dem beschriebenen Werkzeug und dem erläuterten Verfahren erfolgen sämtliche Schruppschnitte zwischen den Linien. 16o und 162, die vom engeren zum weiteren Ende der Zahnlücke hin auseinanderlau,fen. Die einzelnen aufeinanderfollgenden Sch:ruppschnitte laufen ebenfalls von. dem engeren zum weiteren Ende der Zahnlücke hin auseinander, so daß die ihierbei abgenommenen Späne an Stärke .nach dem ,stärkeren. Zahnende 'hin zunehmen. Da der Fräseramdauf in Richtung des Pfeiles 145 erfolgt, beginnen die Schruppschnitte an dem verjüngten Zahnende mit verhältnismäßig schwachen Spänen. Dies bietet den Vorteil einer wesentlichen Schonung der Schruppmesser, denn deren Lebensdanerhängt wesentlich davon ab, wie stark der Span ist, der bei Beginn. des Schnittes abgenommen wird. Die Erfindung zeichnet sich aliso dadurch ,aus, daß das Schnuppen des Kegelrades durch einen Räumvorgang erfolgt, bei welchem der Werkstoff in kegelförmig gestalteten Spänen herausgearbeitet wird. Die Zunahme der Spa#nstä..rke von dem verjüngten zum stärkeren Zahnende beläuft sidh gewöhnlich auf 40 bis 70'/o der anfänglichen Spanstänke, wobei sich jeder Span praktisch über die ganze Länge des Zahnes erstreckt. Abgewickelt haben die Späne Trapezgestalt, wobei an der kürzeren Seite des Trapezes der Schnitt beginnt. Das: entspricht aber vollkommen den an die Spanabnahme zustellenden, Forderungen. Denn ,die so entstehenden. Schnittverhältnisse sind noch günstiger, als wenn sich die Spanstärke an der Stehle .des beginnenden Schnittes auf Null belaufen würde. Es ergibt sich also ein ScJhruppverfahren von sehr hohem Wirkungsgrad, bei welchem sehr lange Späne von zunehmender Stärke abgenommen werden.
Gewünschtenfalls kann der Schruppvorgang mit der Einstellung des Fräsers auf die Stellung 141, beginnen (Fig.16). Dann beschreibt das erste Schruppbilatt die Bahn 16o'. Hierbei ergibt sich eine noch geringere Gesamtspanstärke am verjüngten Zahnende, also an dem Ende, an welchem die Spanabnahme beginnt. Diese Ausführung des Verfahrens, bei welcher unter Umständen die Fräserachise sogar noch links von 141, liegen kann, empfiehlt sich besonders dann, wenn der Fräsen nur Schr_uppmesser brat. In diesem Falle hat der Schruppvorgang die größte Zahnlückentiefe erreicht, wenn sich die Achse noch links vom Punkt 141 befindet, bevor also die Stellung 141 erreicht wird.
Fräswerkzeuge zum Verzahnen von Kegelrädern nach der Erfindung haben Schneidkanten von Übereinstimmendem Kreisbogenprofil, dessen Mittelpunkte jedoch gegenüber der Fräserachse versetzt liegen. Sie liegen also .in Stellungen, die eine unveränderliche Kurve durchläuft, wenn man diese ohne Drehung parallel zu sich selbst gegenüber dem Fräsen seitlich und radial verschiebt. Insbesondere liegen beim Umlauf des Fräsers die Mittelpunkte der übereinstimmend etwa kreisbogenförmig profilierten Schneidkanten auf einer im wesentlichen geraden Linie, die zur Umlaufebene des Fräsers geneigt 'liegt, da die Mittelpunkte der aufeinanderfolgenden Schneidkanten entsprechend zueinander versetzt sind. Die Verlagerung der Mittelpunkte auf dieser Linie erfoilgt mit einer Geschwindigkeit, die sich bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Verhältnis zum Fräserumlauf ändert, und' zwar zunimmt mit zunehmender Verlagerung der Krümm.ungsmittelpunkte von der Fräserachse fort.
In bekannter Weise verlaufen :die Schlichtschnitte in der bevorzugten Vor.schubrichtung längs Linien, die vom Zahnkopf am stärkeren Zahnende nach dem Zahngrund am sc'hwäc'heren Zahnende hin ve@rlaufen. Diese langen Schlichtschnitte ergeben eine glatte und ,genaue Bearbeitung der Zahnflanken. Diese selben geneigten Schlichtschnitte ergeben sich auch beim Fräsen von doch verlaufen bei diesen Rädern die Schlichtschnitte. auf den beiden Flanken eines jeden Zahnes in entgegengesetzten. Richtungen geneigt.
In den Fig. 2o bis 23 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die zur Verwendung gelangt, wenn man einen weicheren oder einen schnelleren Schruppschnitt erhalten will. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich für alle Arten von Zahnrädern, ist hier aber in Anwendung auf Kegelräder gezeigt. Es werden hierbei zwei Fräswerkzeuge verwendet, von denen das eine ein reiner Schruppfräser ist, der lediglich den Werkstoff herausarbeiten soll. Der andere Fräsen schruppt und schlichtet, und zwar nach dem Verfahren, das im vorhergehenden erläutert ist. Hierbei werden die zuvor von dem anderen. Fräsen ausgesch ruppten Zahnlücken fertig bearbeitet.
Auf die Bauart des Schruppfräsers Zoo kommt es dm einzelnen nicht an. Bei der gezeigten Ausführungsform ist er als Schlitzfräsen mit einer Reiche von Messern ausgebildet, die sich um einen Teil des Umfangs 'herum erstrecken und vorzugsweise eine fortschreitend zunehmende Höhe haben, so daß sie tiefer und tiefer in das Werkstück einschneiden bis zur vollen Tiefe der Zahnlücke.
Die Schlitzmesser können, wie dargestellt, an ihren Enden die :größte Breite haben, so, d'aß ihre Flanken, von dem Ende aus gemessen, nach innen aufeinander zulaufen und sich daher von den Seitenflächen des ausgefrästen Schlitzes freischneiden. Eins der Messer ist in Fig. 1g im Schnitt gezeigt und mit toi bezeichnet. Fig.22 ist eine schematische Seitenansicht, welche zeigt, wie die Messer fortschreitend um den Umfang des Fräsers herum an Höhe zunehmen. 2o2 zeigt hierbei den mit Messern besetzten Teil' des Umfanges an. Man sieht also, :d:aß die Messerenden auf einer Spirallinie 2o4 biegen und daß zwischen dem letzten und dem ersten Messer eine Lücke 203 gelassen ist.
Der zum Schlichten dienende Fräsen 21o hat die bereits früher erläuterte Bauart. Er enthält also Schrupp- und. Schlichtmesser, die sich indessen nur um einen Teil des Umfanges herum erstrecken und ebenfalls fortschreitend an Höhe zunehmen. In Fig. 23 ist eine schematische Darstellung dieses Werkzeuges gegeben, wobei der mit Messern besetzte Teil des Umfanges mit 212 bezeichnet ist. 214 ist die Schraubenlinie, auf der die Endren der Schrupp- und Schlichtmesser liegen. Die zwischen dem letzten Schlicht- und dem ersten Schruppmesser vorhandene Lücke 213 gestattet die Teilbewegung des Werkstückes während des Fräserumlaufes. Die Messer dieses Werkzeuges haben gekrümmte Sc'hneidkanten, die nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung gestaltet sind. In Fig. 20 ist bei 211 eins dieser Messer im Schnitt gezeigt.
Ein Vergleich mit den Fig. 22 und 23 läßt erkennen, daß der Abschnitt 202 des Schruppfräsers Zoo einen kleineren Zentriwinkel hat als der Abstand 212 des Fräswerkz-euges 21o. Der Grund hierfür liegt darin, daß der Schl'itzfräser Zoo am besten so gestaltet ist, daß er nicht zum Schnitt gelangt, während .die Schlichtmesser des Fräsers 2Io arbeiten. Denn dadurch wird sichergestellt, daß die Genauigkeit und Glätte der geschlichteten Flanken lediglich von den Schlichtmessern des Werkzeuges 21o abhängt und in keiner Weise durch den Schruppfräser Zoo beeinflußt wird.
Die beiden Werkzeuge Zoo und 21o sind bei ihrem Umlauf um die gemeinsame Achse 215 starr in einem solchen Abstand miteinander verbunden, d:aß sie gleichzeitig in benachbarten Zahnteislungen des Werkstückes 217 zum Schnitt kommen. Der Fräser 2io ist hierbei genau radial zur Werkstückachse 218 gestellt. Die umlaufenden Fräser werden hierbei in Eingriff mit dem stillstehenden Werkstück zunächst in der einen und dann .in der anderen Richtung über dessen Fläche hinweggeführt. Beim Vorschub in der einen Richtung fräst das Werkzeug Zoo einen Schlitz :in das Werkstück ein, während das Werkzeug 2io dien zuvor auf diese Weise gefrästen Schlitz zu einer Zahnlücke ausschruppt. Hierbei gelangen alle Messer des Schllitzfräsers und alle S-chruppmesser d es Messerkopfes 21'o zum Schnitt. Bei Umkehrung der Vorschubrchtung schiebt sich die Lücke 203 über das Werkstück, und es kommen dann lediglich die Schlichtmesser des Werkzeuges 210 zum Schnitt, wobei die zuvor von den Schruppmessern dieses Werkzeuges bearbeitete Zahnlücke geschlichtet wird. Die Teilbewegung des Werkstückes erfolgt; wenn dieses in der Lücke 213 steht. Die Lücke 203 des Werkzeuges 200 ist so. lang, daß sie auch mit der Lücke 213 zusammenfällt. Die Teilbewegung erfolgt in der Richtung des Pfeiles 219 (Fig. 19).
Die Wirkungsweise des Schlitzwerkzeuges ist in Fi,g.2i deutlich ersichtlich. Dort sind mehrere Schruppmesser2oia, 20,b, 2oi,und 20,d veranschaulicht, von denen das Messer 2oia als erstes zum Schnitt kommt, das Messer 2aId hingegen als letztes. Wie man sieht, nimmt die Länge der Messer gleichförmig zu, wie bei 204, 20I, und 201d ersichtlich ist. Nur die Endkanten der Messer gelangen zum Schnitt, Die Messer und Flanken hingegen sind gegenüber den Seitenflächen des eingefrästen Schlitzes geneigt, so däß sie frei liegen. Sie brauchen daher nicht hinterschliffen zu werden. Das Schruppwerkzeug ist daher sehr billig und erhöht die Gesamtkosten des Werkzeuges nur unwesentlich. Die .gesamte Arbeitszeit für die Bearbeitung des Werkstückes kann jedoch durch die Verwendung der :beiden Werkzeuge wesentlich herabgesetzt bzw. eine feinere Sehlichtung und eine längere Lebensdauer des Messerkopfes erzielt werden.
In Fig. 2o ist die Bearbeitung eines Kegelrades veranschaulicht. Zum Fräsen eines Stirnrades . gelangt dasselbe Prinzip zur Verwendung, doch greift der Schlitzfräser tiefer in die Zahnteilungen des Werkstückes ein und .nimmt mehr Werkstoff fort. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Zahnteilungen eines Stirnrades eine gleichbleibende Breite haben und ihre Seiten nicht aufeinander zulaufen, wie es bei Kegelrädern der Fald ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Messerkopf zur Ausführung des Verfahrens nach Patent 929 588, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden seitlichen Schneidkanten (48, So, 53, 54, 100, 101, 102) der Messer dieselbe hohle Profilkrümmung haben.
2. Messerkopf nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden seitlichen Schneidkanten der einander folgenden Messer Profile haben, die sich ergeben, wenn ein und dieselbe Kurve (z. B. ioo) gegenüber der Fräserachse radial und seitl'ic'h parallel verschoben wird.
3. Messerkopf nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkantenprofile der Messer kreisbogenförmig sind.
4. Messerkopf, :dessen radial angeordnete Messer gruppenweise von abnehmbaren Ringstücken getragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen, vorzugsweise-Keile (184), vorgesehen sind, um die Ringstücke (182) in der Umfangsrichtung des Messerkopfes auszurichten.
5. Messerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, d.aß jedes Ringstück (182) eine kegelförmige Seitenfläche (192) und eine im spitzen Winkel zu dieser verlaufende zylindrische Grundfläche (189) hat, die auf entsprechende Flächen des Zylinderkopfes (i8o) aufgepaßt sind.
6. Fräsmaschine zum Herstellen von Zahnrädern ,mit Hilfe eines Messerkopfes nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die längs der Zahnlücke erfolgende Vorschubbewegung während des Schneidens der Schruppmesser (182,) in der einen Richtung und während des Schneidens der Schlichtmesser (i82f) in der entgegengesetzten Richtung mit veränderl'ic'her oder gleichförmiger Geschwindigkeit erfolgt.
7. Fräsmaschine zum Herstellen von Zahnrädern mit Hilfe eines Messerkopfes nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub des Werkzeuges in einer zum Zahnlückengrund geneigten Richtung erfolgt. B. Fräsmaschine zum Herstellen von Zahnrädern mit Hilfe eines Messerkopfes nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß gleichachsig neben dem Messerkopf (2io), der mit Schrupp- und Schlichtmessern (I82,., 182f) ausgerüstet ist, ein zweiter, d!ie Zahnlücke vorräumender Messerkopf (200) angeordnet ist, der nur gleichzeitig mit den Schruppmessern des anderen Messerkopfes (21o) arbeitet. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 1 733 326.