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Meßgerät zum Prüfen der Flankenwinkel von Getriebeschnecken und Gewindespindeln
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Meßgerät, mittels dessen der Flankenwinkel und die
Symmetrie der auf Drehbänken hergestellten Schnecken und Gewindespindeln, ohne dieselben
abspannen zu müssen, geprüft werden können. Es handelt sich also um solche Schnecken,
welche mit in bezug auf die Schneckenachse radial angesetzten Werkzeugen gedreht
werden und mitVolltrapezprofil geschnitten sind, wobei die seitlichen Schneidkanten
des geradflankigen Werkzeuges entweder in einer durch die Schneckenachse gehende
Ebene oder zu dieser um einen vorberechneten Winkel geneigt liegen.
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Bei den bestehenden Prüfmaschinen kann die Prüfung erst nach dem
Fertigdrehen der Schnecke, also nach dem Abspannen von der Drehbank, durchgeführt
werden, so daß bei notwendigen Nacharbeiten, besonders wenn es sich um zwei- und
mehrfache Schnecken handelt, viel Zeit verloren geht. Außerdem stellen sich die
bestehenden Prüfmaschinen im Preis derart hoch, daß sich ihre Anschaffung nur bei
Großserienfertigung rentiert.
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Man muß aber auch bei Kleinserien und Einzelfertigungen in der Lage
sein, eine Schnecke auf der Drehbank prüfen zu können.
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Es ist ferner auch ein aus einem Anleglineal und einer damit zusammenwirkenden
Winkelmeßeinrichtung bestehendes Gerät bekanntgeworden, welches infolge seiner ganz
primitiven Bauart nur dann verwendbar ist, wenn an der Schnecke ein Ansatzzapfen
vorgesehen ist, der in Durchmesser und Oberfiächenheschaffenheit dem satt darauf
zur Anlage kommenden Gerätefuß angepaßt sein muß.
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Dieses bekannte Gerät kann daher nur als Meßlehre zum Feststellen
der Maßhaltigkeit, z. B. von Schneckenfräsern, dienen. Zum Messen herzustehender
Schnecken oder gar zum Feststellen der Größenwerte etwaiger Abweichungen ist dieses
Gerät völlig ungeeignet.
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Im Interesse einer geringen Ausschuß zahl und kurzen Arbeitszeit
und Erreichung einer hohen Genauigkeit soll man dem Dreher aber beim Drehen der
Schnecken auf der Drehbank ein handliches Schneckenflankenmeßgerät zur Verfügung
stellen, damit er den Drehstahl auf den vorgeschriebenen Flankenwinkel und die Symmetrie
der Schneckengänge richtig einstellen und seine Arbeit auch überprüfen kann.
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Das erfindungsgemäß hierzu geschaffene Meßgerät ist, neben einem
relativ zur Schnecke verstellbaren Anlegelineal und einer damit zusammenwirkenden
Winkelmeßeinrichtung, mit einem Aufsetzfuß aus paarweise angeordneten, parallelen,
zylindrischen Bolzen versehen, wobei die Bolzen eines Paares jeweils gleichen Durchmesser
besitzen und das Anlegelineal zwischen den Bolzen hindurchragt. Das Winkelmeßgerät
kann, je nachdem für welche Art von Schnecken es Verwendung finden soll, der Höhe
nach, ferner in Richtung der Bolzenachsen und quer dazu verstellbar und um eine
zu den Bolzenachsen senkrecht stehende Achse verdrehbar sein. Alle diese Verstellbewegungen
können mit Hilfe von Maßskalen und Nonien auf das genaueste eingestellt werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Meßgerätes dargestellt. Es zeigen Fig. 1 und 1 a eine einfache Ausführung in Vorderansicht
und Seitenansicht, Fig. Ib den Drehstahl, Fig. 2 bis II verschiedene Arten zu messender
Schnecken, die zugehörigen Werkzeugformen und theoretischen Details, deren Kenntnis
für das richtige Ansetzen der Geräte von Wichtigkeit ist, und Fig. 12 und I3 und
14 bis 17 je eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
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Das einfache Gerät gemäß den Fig. I und 1 a ist zum Messen von Schnecken
mit Trapezprofil bestimmt, bei welchem die Drehstahlschneiden 25 des Drehstahles
nach Fig. 1 b in einer durch die Schneckenachse gelegten Ebene liegen. Dieses Gerät
besteht aus den parallelen, zylindrischen Bolzen I gleichen Durchmessers, einer
Platte 2, an welcher die Bolzen montiert sind, und dem auf die Platte 2 aufgesetzten
Winkelmesser G mit dem haarlinealartig abgeschrägten Anlegkneal IC, dessen Meßkante
k genau in die Symmetrieebene zwischen den beiden Bolzen I zu liegen kommt, so daß
die Verlängerung der Meßkante die Schneckenachse schneidet.
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Damit man mit demselben Gerät auch Schnecken kleineren Durchmessers
messen und prüfen kann, sind an dem gleichen Gerät noch zwei weitere Bolzen 3 von
gleichen Abmessungen wie die außenliegenden Bolzen I in gleichen Abständen von der
Gerätemittelebene angebracht. Im Interesse einer billigen Herstellung kann an Stelle
der beiden Bolzenpaare I bzw. 3 auch ein einziges Bolzenpaar angeordnet sein, das
dann je nach Bedarf in die inneren Rasten 23 oder in die äußeren Rasten 24 eingelegt
und mittels Kordelschrauben 22 festgeschraubt werden kann.
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Bei den anderen, komplizierter hergestellten Schneckenarten kommt
man mit diesem einfachen Gerät nicht gut aus. An Hand der Fig. 2 bis II werden die
drei der verbreitesten Schneckenarten, deren Herstellungsbedingungen und die demnach
beim Messen zu beachtenden Einstellungen erläutert, während die Fig. II bis I7 zur
genauen Messung solcher Schnecken geeignete Geräte zeigen.
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In Fig. 2 ist eine Schnecke dargestellt, bei deren Herstellung die
Schneiden El und Er des Drehstahles a in eine um den Steigungswinkel fl gegen die
Schneckenachse geneigte Ebene gebracht werden, so daß der Flankenwinkel an in der
Normalebene von dem in die durch die SchneckenachseA-A gelegte Ebene projizierten
Flankenwinkel a verschieden ist. In den Fig. 3 und 4 sind die Werkzeugprofile für
den Axial- und Normalschnitt dargestellt und damit auch die Flankenwinkel und der
Flankenverlauf, wie sie in beiden Fällen sich darbieten und zu messen sind, veranschaulicht.
Die Schneidkanten E1 und Er liegen somit in einem gedachten Meßkegel M, wie in Fig.
3 für Normalprofil und in Fig. 4 für das in die Achsebene projizierte Profil dargestellt
ist. Bei der Kontrolle der Schneckenfianken ist somit die Anleglinealkante k des
Meßgerätes in die den Schneidkanten er und E, des Schneidwerkzeuges entsprechende
Lage einzustellen. Die Einstellung hat hierbei auf Grund nachfolgender Überlegung
und geometrischer Beziehungen zu erfolgen: Die Lage des einzustellenden Anleglineales
Kr ist, wie aus Fig. 12 und 13 genauer ersichtlich ist, vom Außendurchmesser das
dem Teilkreisdurchmesser dt, der Steigung h der Schnecke (vgl. Fig. 2) und dem Eingriffswinkel
an im Normalprofil und dem Steigungswinkel B abhängig. Letzterer errechnet sich
hierbei aus der Formel g.m -tg'8 dt oder h in Zoll 25,4 tgß dt oder h in mm = tg
ß, dt## worin g die Schneckengangzahl, ms den Modul bedeuten dt ist immer in mm
einzusetzen.
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Wie aus Fig. 13 ersichtlich, wäre die Meßschiene K, welche auf den
Eingriffswinkel a eingestellt ist, mit dem Gradmesser G bis in die strichpunktierte
Stellung K' zu heben, bis die Meßkante k in die Schneckenflankenlinie Er zu liegen
kommt und durch die Meßkegelspitze S geht.
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Bei allen Schneckenfiankenmessungen ist somit die Höhe E eines gedachten
Kegels (Fig. I3) zu ermitteln. Dieses Einstellmaß E ist die Entfernung von der Bolzenmittelebene
I6 bis zur Meßkegelspitze S und ist nach Fig. I3 im Stirnprofil also in der Schneckenacllsenebene
E = b + e.
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Das Maß e berechnet sich nach Fig. I2 aus dem Schneckenaußendurchmesser
da und Schneckenteilkreisdurchmesser dt sowie aus der Bolzenentfernung m + m nach
folgenden Formeln: 2m sin # = da + d hieraus wird nun der Winkel J berechnet.
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Weiter ist tg # = m/f somit m f = tg # und e=f- dt 2 Das Maß b ist
die Kegelhöhe von einem Kegel mit der halben Teilung tS/2 als Grundflächendurchmesser
und ist abhängig vom Flankenwinkel a und errechnet sich aus tga = 4 Sb, somit
Das Einstellmaß En im Normalprofil errechnet sich somit nach der Formel
Der Winkelmesser G mit dem Anleglineal K muß bei Messung in der Normalebene um den
Steigungswinkel ß der Schnecke verdreht werden.
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Die Ermittlung der Werte E und E, lassen eine Kontrolle sowohl des
Normalprofils als auch des Axialprofils mit nur einem verschwenkbaren Meßlineal
zu. Darüber hinaus kann nach Festlegung der Werte E und E, und deren Einstellung
am Gerät die Tiefe des Schneckengrundes bzw. die richtige Flankenhöhe überprüft
werden, ohne daß ein anderes Gerät erforderlich wäre oder daß das Gerät mehrmals
abgenommen und wieder aufgesetzt werden müßte.
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In Fig. 6 ist eine andere Schnecke dargestellt, welche mit umfassenden
Drehstählen nach Fig. 8 geschnitten wird. Beim Einstellen der Meßwerte am Schneckenflankenprüfgerät
ist bei dieser Schneckengattung das Gerät beim Kontrollieren der linken Flanke F1
um das Maß v in Richtung R1 normal zur Schneckenachse zu verstellen, damit die Meßkante
in genau die gleiche Lage kommt, die die Werkzeugschneide beim Bearbeiten der Schnecke
eingenommen hat. Der Vorgang ist hierbei der, daß, nachdem das Gerät auf die Schnecke
aufgesetzt worden ist, erst der Flankenwinkel, dann das Maß der Höhenverstellung
des Winkelmeßgerätes En und hernach das Maß v durch Querverschieben eingestellt
wird und die Übereinstimmung dieser Einstellung mit der tatsächlichen Flanke bzw.
eventuelle Abweichungen festgestellt und gemessen werden. Das Kontrollieren der
rechten Flan; wird bei gleicher Einstellung durch Wenden des Gerätes um I800 durchgeführt.
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Das Maß v errechnet sich nach den aus den Fig. 6, 7 und 8 ableitbaren
Formeln: v = sin ß # tn/2 und @n = ts # cos ß.
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In Fig. 9, 10 und 11 ist eine weitere Schnecke dargestellt, welche
mit Halbstählen geschnitten wird, die senkrecht zur Schneckenflanke auf den Teilkreis
Tk eingestellt werden.
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Die Einstellung des Schneckenfiankenprüfgerätes erfolgt bei dieser
Schneckengattung durch Verschieben des Gerätes um das Maß v'. Das Maß v' errechnet
sich nach der Formel = = sin .
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4 Auch hier dient die Bestimmung des Maßes v' dazu, die Meßkante
des Gerätes in Übereinstimmung mit der ursprünglichen Lage der Werkzeugschneiden
zu bringen. Die Durchführung der Messung erfolgt in gleicher Weise und Reihenfolge,
wie zu Fig. 6 beschrieben. Die Profile der Werkzeuge bzw. die Lage der Meßkanten
sind in den Fig. 7 und 10 deutlicher dargestellt, wobei die in Frage kommenden Kanten
auf einem Kegelmantel M liegend gedacht sind, welcher Kegel von der Meßkante des
Gerätes, dann wenn beide Flanken gemessen werden, zumindest zur Hälfte tatsächlich
bestrichen wird. Unter Berücksichtigung dieser Einstellerfordernisse ist der Winkelmesser
G bei den Geräten nach den Fig. I2 bis 17
höhenverstellbar, wobei
das jeweils errechnete Maß E an einer Skala 7 mit Hilfe eines Nonius 8 (Fig. I4)
einstellbar ist. Zur Berücksichtigung des Steigungswinkels B bei Messungen in der
Normalebene ist die den Winkelmesser tragende Säule ii mit ihrer Konsole 20, wie
besonders aus den Fig. 14 und I6 ersichtlich ist, verdrehbar und an Hand einer Winkelskala
21 genau einstellbar. Der Einstellung des Maßes v bzw. z/, um das das Meßgerät bei
den Herstellungsarten nach den Fig. 6 bis 11 quer zur Schnecke verschoben werden
muß, dient die Lagerung der den Winkelmesser G tragenden Säule auf einer Schieberplatte4,
die auf der Platte 2 geführt ist. Die Einstellung erfolgt auch hier mittels einer
Skala 5 und einem Nonius 6.
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Wie bereits beschrieben, kann es vorteilhaft sein, zum Messen von
Schnecken mit kleinem Durchmesser ein zweites Bolzenpaar 3 vorzusehen, deren Achsen
den verringerten Abstand n + n von der Gerätemittelebene haben. Bei Auflage dieser
innenliegenden Bolzen 3 auf der Schnecke vergrößert sich das Einstellmaß E auf E'
um den Betrag z'h=f'-f (vgl. Fig. 12).
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Damit bei der Höheneinstellung des Gerätes, falls die inneren Bolzen
3 zur Auflage kommen, die bereits vorhandene Skala 7 und der Nonius 8 Verwendung
finden können, muß die Skala 7 um das Maß vh korrigiert bzw. verschoben werden.
Wie Fig. I7 zeigt, besitzt die Skala 7 an der Rückseite zwei um as Maß vh voneinander
entfernte Vertiefungen 12 und I3 urd die sie tragende Säule II in einer Bohrung
einen durch eine Federg belasteten Stift I0, der wahlweise in eine der beiden Ausuehmungen
12, I3 einrasten kann. Die Strichmarke 14 läßt erkennen, in welcher Einstellung
die Skala 7 sich befindet.
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Wie die Fig. 14 und I5 zeigen, kann dem Gerät noch eine weitere Einstellmöglichkeit
gegeben werden. In diesem Falle wird der Winkelmesser G nicht auf der Säule 11 direkt
gelagert, sondern ist unter Vermittlung eines vertikal verschiebbaren Säulenschiebers
15, welcher die Platte 17 mit Schwalbenschwanzführung i8 trägt, mit Schwalbenschwanznuten
I8 parallel zur Schneckenachse verschiebbar. Die Anordnung ist dabei so getroffen,
daß bei Einstellung auf den häufigsten Flankenwinkel, z. B. o = I50 und in der höchsten
Stellung, bei der E = o ist, der Schnittpunkt der verlängerten Meßkante K mit der
Mittellinie Mt in der Verbindungsebene der Bolzenachsen I6, also in der Spitze So
des Meßkegels M liegt (Fig. 13). Durch die seitliche Verschiebbarkeit des Winkelmessers
ist erreichbar, daß diese Nullstellung nicht nur bei z. B. 15°, sondern bei allen
vorkommenden Flankenwinkeln stimmt. Die jeweilige Verstellung des Winkelmessers
ist wiederum an Hand einer Skala 19 durchzuführen, deren Maß einteilung Grade des
Flankenwinkels angibt.
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Für die Eichung dieser Skala ist das Maß der notwendigen Entfernung
des Winkelmesserdrehpunktes c von der SäulenmittellinieMi maßgebend, welches sich
aus den in Fig. I3 eingezeichneten Relationen wie folgt berechnet: F αx =
X αx - Y αx, worin X αx = B # tg αx und Y αx = cos
a, somit ist F az = B tg a, - cos a, Mit einem Gerät, das, wie es in den Fig. 14
bis I7 dargestellt ist, alle vorerwähnten Einstellmöglichkeiten besitzt, ist man
in der Lage, sämtliche Arten Schnecken mit Trapezgewinden auf das genaueste nachzumessen.
Für viele Zwecke genügen aber auch einfachere Geräte wie etwa das nach den Fig.
12 und I3 oder das nach den Fig. I und 1 a.