Zahnrad mit pfeilartigen Zähnen. Die hervorragenden Eigenschaften der Pfeilverzahnung sind sowohl bei Stirn- wie bei Kegelrädern gleichermassen bekannt, sie kommen jedoch nur vollkommen zur Geltung, falls beide Schenkel des Pfeils in der Pfeil spitze unmittelbar ineinander übergehen, in dem sie ein ungeteiltes und in keiner Weise zerschnittenes Ganzes bilden. Die echte Pfeil form stellt eine schroffe Zusammenstellung zweier entgegengesetzt geneigter Schrägver zahnungen dar. Derartige echte Pfeilräder bieten der mechanischen Bearbeitung wegen der scharfen Kante beim Übergang von einem Schenkel des Pfeils zum andern grosse Schwierigkeiten.
Wird ein Pfeilrad unter Verzicht auf das Abwälzverfahren mit Anwendung von profi lierten Fingerfräsern hergestellt, so ergeben sich Zahnformen minderer Güte, bei welchen die beiden Pfeilschenkel nicht mehr scharf in der Pfeilspitze unter ihrem gegenseiti gen Steigungswinkel zusammentreffen. Der Durchmesser des Fingerfräsers bedingt eine entsprechende Abrundung der scharfen Ecke an der Konkavseite des Pfeils. Da. beim spä- teren Zusammenarbeiten diese abgerundete Ecke des einen Rades mit der scharfen Kante der Konvexseite des Pfeils des Gegenrades zusammenarbeiten muss, macht es sich er forderlich, alle scharfen Kanten in einem be sonderen Arbeitsgang um den gleichen Betrag abzurunden.
Da aber der profilierte Profil- frä.ser für diesen abgerundeten Teil der Pfeil spitze stets ein unkorrektes Profil liefert, kann dieser abgerundete Teil des Zahnes an der Kraftübertragung niemals teilnehmen, verringert also die nutzbare Radbreite. Durch Fingerfräsen hergestellte Pfeilräder bestehen daher stets aus zwei Schrägverzah nungen, die sich unter einem kleinen, dem Durchmesser des Fingerfräsers entsprechenden Kreisbogen zu einer abgerundeten Pfeilspitze vereinigen, ohne in diesem abgerundeten Teil korrektes, tragendes Profil zu besitzen.
Um allen diesen Übelständen aus dem Wege zu gehen, hat man versucht, Pfeilver zahnungen durch kreisbogenförmige Zahn flankenformen zu ersetzen. Ein in beiden Schenkeln symmetrisch zur Mitte' der Rad breite angeordneter kreisbogenförmiger Zahn besteht nicht mehr aus zwei organisch ge trennten und schwer zu vereinigenden Teilen, sondern kann als organisches Ganzes in einem Zuge durch mechanische Bearbeitung erzeugt werden.
Da es möglich ist, Schneid kanten entlang einem Kreisbogen zu bewegen, und dabei in bekannter Weise mit dem Rad körper zusammen abzuwälzen, bieten derar tige Zahnformen der Herstellung nach dem zeitgemässen Abwälzverfahren keine grossen Schwierigkeiten und gewähren überdies ein korrektes Tragen über die ganze Radbreite, unter Vermeidung von schwierigen Ecken oder Kanten. Ein kreisbogenförmiger Zahn sichert. eine allmähliche Kraftübertragung ohne jeden Achsialdruck, in ähnlicher Weise, wie der Pfeilzahn. Im Vergleich mit Letzte rem besitzt er jedoch den Nachteil einer wesentlich geringeren Überdeckung bei sonst gleichen Verhältnissen. Er besitzt in der Radmitte keinerlei Schräglage.
Seine Nei gung nimmt erst entsprechend dem Lauf des Kreisbogens nach den Rändern des Rades hin allmählich zu; infolge dieser, in der mittleren Partie des Rades sehr geringen Schräglage ergibt sich nur eine verhältnismässig geringe Überdeckung für den ganzen Zahn. Kreis bogenförmig verzahnte Radkörper müssen daher zur Erzielung einer genügenden Über deckung im allgemeinen breiter gehalten wer den, als Pfeilräder unter den gleichen Ver hältnissen.
Vorliegende Erfindung betrifft nun eine zwischen beiden liegende, neuartige Zahn form, welche alle hervorragenden Eigenschaf ten des kreisbogenförmigen Zahnes beibehält, und trotzdem seine Nachteile, die zu geringe Überdeckung, wesentlich verbessert. Der ge schlossene Kurvenzug, nach welchem ein kreisbogenförmiger Zahn als organisches Ganzes geformt erscheint, wird im Prinzip beibehalten. Die Kurve selber, der einfache Kreisbogen von überall gleichmässiger Krüm mung, wird durch eine sich der Pfeilform an nähernde, und daher in höherem Grade ge eignete Kurve ersetzt. Durch Hinzufügung einer geeigneten Zusatzbewegung lässt sieh eine Bewegung entlang einer Kreisbahn zu einer Bewegung entlang einer Polygonkurve mit abgerundeten Ecken verzerren.
Bewegt man die Schneidkanten des Werkzeuges einer Abwälzmaschine entlang einer solchen Polygonkurve, so lässt sich ein Stück von die ser Kurve, nämlich eine abgerundete, para belähnliche Ecke des Polygons, ohne Schwie rigkeiten an Stelle des einfachen Kreis bogens zum Erzeugen entsprechender Zahn formen verwenden. Der organische Zusam menhang der ganzen Zahnform als einheit liche Kurve bleibt also gewahrt, während die erzielte Überdeckung gegenüber dem Kreis bogen wesentlich vergrössert erscheint.
Um einen Vergleich zwischen den be kannten und der neuen Zahnform zu ermög lichen, sind sämtliche besprochenen Zahnfor men in den Abbildungen 1 bis 4 einander gegenüber gestellt. Der Einfachheit wegen stellen sämtliche Abbildungen in üblicher Weise Schnitte durch die Zahnform in der Abwicklung auf eine Ebene dar. Da beim Abwälzverfahren die Schneidkante in dieser selben Ebene bewegt werden muss, um beim Abrollen des zu verzahnenden Radkörpers in dieser Ebene die gewünschte Zahnform ein zuschneiden, so stellen die in den Abbildun gen- gezeigten Begrenzungslinien der Zahn flanken in dieser ebenen Form gleichzeitig den Weg der Schneidkante bei Herstellung durch Abwälzen dar.
Sämtliche gezeigten Zahnformen besitzen zum leichteren Ver gleich gleiche Teilung und Zahnbreite; die grösste zugelassene Schräglage des Profils auf dem Radkörper beträgt in allen Fäl len 45 .
Abb. 1 zeigt einen echten Pfeilzahn mit scharfer Ecke, Abb. ? einen durch Fingerfräsen herge stellten Pfeilzahn, Abb. 3 einen symmetrisch kreisbogenför migen Zahn, und Abb. .1 einen Zahn gemäss einem Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Zwischen den Zähnen nach Abb. 1 und 3 besteht weder der äusseren Form, noch der erzielten Merdeckung S1 resp. 82 nach ein wesentlicher Unterschied. Abb. 3 zeigt da- gegen deutlich die vollständige Vermeidung, der unangenehmen Ecke durch die organisch zusammenhängende Zahnflankenform, nach einem einfachen Kreisbogen von überall glei chem Krümmungsradius verlaufend, aber auch die verhältnismässig sehr schlechte und unzu reichende Überdeckung S3.
Demgegenüber zeigt Abb. 4 an einem Beispiel der Erfindung die grundsätzlichen Eigenschaften der neuen Zahnform, eine vollständige Vermeidung der Ecke durch einen organisch zusammenhän genden Kurvenzug, welcher aus einer ein fachen Kreisbewegung unter Zuhilfenahme einer Zusatzbewegung als Polygonkurve mit abgerundeten Ecken entsteht und infolge seiner Annäherung an die Form einer Parabel der Linienführung der echten Pfeilform ver hältnismässig nahekommt und eine dement sprechend günstige Überdeckeung S4 ergibt.
Bei Kegelrädern liegen die Verhältnisse genau wie bei Stirnrädern.
Abb. 5 zeigt ein Beispiel der neuen Zahn form für Kegelräder in der Abwicklung auf die Ebene, oder als Zahn eines ebenen Plan kegelrades. Die allgemeinen Merkmale der artiger Kegelradzahnformen sind genau die gleichen, wie vorstehend bei Stirnrädern aus geführt; Abb. 6 zeigt das Beispiel eines Stirn räderpaares mit pfeilartigen Zähnen gemäss vorliegender Erfindung in perspektivischer Ansicht; Abb. 7 zeigt das gleiche in der Anwen dung für Kegelräder.
Jede Kurve, welche infolge einer belie bigen Zusatzbewegung zur einfachen Kreis bewegung gewissermassen als Verzerrung der Kreiskurve zur Polygonkurve entsteht und entsprechend vergrösserte Überdeckung ergibt, ist zu verwenden.
Wenn die Vorteile derartig geformter Pfeilzähne auch bereits bei roh gegossenen oder geschmiedeten Zahnrädern hervortreten, so erhalten sie doch ihre grösste Bedeutung erst für hochwertige, geschnittene Verzah nungen. Praktisch wird man daher solche Kurven für die Zahnformung bevorzugen, die der mechanischen Bearbeitung nach dem modernen Abwälzverfahren die geringsten Schwierigkeiten bereiten. Die meisten be kannten Abwälzmaschinen enthalten einen Werkzeugträger, welcher eine oder mehrere schrägliegende Schneidkanten an der Flan kenfläche des gedachten Zahnes einer Zahn stange, oder bei Kegelrädern an der Flanken fläche des gedachten Zahnes eines Plan kegelrades entlang bewegt. Bei geradliniger Bewegung der Schneidkanten werden auf diese Weise gerade Zahnstangen- (Plankegel rad) Zahnflanken, bei rotierender Bewegung der.
Schneidkante kreisbogenförmige Zahn stangen- (Plankegelrad) Zahnflanken um hüllt, welche Schneidkanten bei Einleitung der bekannten Abwälzbewegung zwischen diesem Werkzeugträger und dem zu verzah- nenden Radkörper entsprechende Zahnfor men in letzterem entwickeln. Ausschlaggebend für die entstehende Zahnform ist bei derar tigen Maschinen also die Form der durch die Bewegung der Schneidkante umhüllten Zahn stangen- (Plankegelrad) Zahnflanke.
Um ein Beispiel für die leichte Bearbei tungsmöglichkeit der neuen Zahnform nach dem Abwälzverfahren zu geben, genügt da her hier die Angabe eines Beispiels eines Werkzeugträgers, der im Stande ist, eine oder mehrere schrägliegende Schneidkanten derart zu bewegen, @ dass sie eine Kurve der erwähnten Art beschreiben.
Die erforderliche Schnittbewegung kann aus der einfachen Kreisbewegung durch eine Zusatzbewegung verschiedenster Art abgelei tet werden. Die Zusatzbewegung kann bei spielsweise in einer hin- und herpendelnden Bewegung bestehen, die mit entsprechender Frequenz während der kreisenden Hauptbe wegung auf einer geraden Linie oder auf einem Kreisbogen erfolgt. Sie kann ebenso gut durch Kurven beliebiger Art, wie auch bei Zwischenschaltung entsprechender Kur beltriebe von einer zweiten Kreisbewegung aus gesteuert werden.
Ebensogut kann auch eine zweite, mit der ersten zwangsläufig ver bundene, einfache Kreisbewegung unmittelbar als Zusatzbewegung benutzt werden, in wel chem Falle zwei einfache Drehbewegungen zu der rotierenden Schnittbewegung entlang der gewünschten Polygonkurve zusammenge fasst werden.
Durch derartiges Zusammenwirken meh rerer einzelner Bewegungen wird der Zweck, das Beschreiben einer Kurve der be schriebenen Art durch die Werkzeug schneide gegenüber dem Radkörper auch dann erreicht, wenn Radkörper und Werk zeug je eine der Bewegungen ausführen, da es für die relative Bewegung zwischen Rad körper und Werkzeugschneide gleichgültig ist, ob letztere beide Bewegungen gegenüber einem stillstehenden Radkörper oder ob beide je eine der Bewegungen ausführen. Die hier möglichen Konstruktionen stellen jedoch nicht den Gegenstand vorliegender Erfindung dar, deshalb möge hier die Angabe einer einzigen, beispielsweisen Ausführung eines Werkzeug- träurers genügen.
Eine verhältnismässig einfache Lösung ergibt ein Zusammensetzen der Schnittbewe gung aus zwei gleichzeitig wirkenden ein fachen Drehbewegungen. Erteilt man dem Verkzeugträger mit den Schneidstählen gleichzeitig zwei Drehbewegungen um ver schiedene Achsen, so führt er eine Planeten bewegung aus. Einen derartigen Werkzeug träger mit. Planetenbewegung an Stelle der einfachen, geradlinigen oder rotierenden Be wegung, und seine Stellung zu dem zu ver- zahnenden Radkörper, zeigen in schemati scher Weise die Abb. 8 (im Schnitt) und die Abb. 9 (in Draufsicht).
Die Hauptwelle 1 trägt an einem Ende die Antriebsriemenscheibe 2, am andern den Kurbelzapfen 3 und ist im Gestell 4 gelagert. Auf dem Kurbelzapfen 3 ist ein Werkzeug träger 5 mit einem Zahnkranz 6 drehbar ge lagert. Das Gestell 4 ist an seinem Ende zu einem Gehäuse mit dem fest stehenden Innenzahnkranz 7 ausgebildet, mit welchem der Zahnkranz 6 des Werkzeug trägers im Eingriff steht. Werkzeugträger 5 trägt an vier gegenüberliegenden Punkten im gleichen Abstand von seiner Drehachse vier geradflankige Schneidstähle 8, 9, 10, 11 mit dem Profil des halben Zahnes einer Zahn stange.
Bei Antrieb der Hauptwelle 1 durch Rie menscheibe 2 wird die Achse des Kurbel zapfens 3 einen kleinen Kreis a vom Ra dius ihrer Exzentrizität beschreiben. Der auf den Zapfen 3 drehbar gelagerte Werk zeugträger 5 wird diese Bewegung um die Hauptwelle 1 mitmachen, dabei jedoch in folge Abrollens seines Zahnkranzes 6 auf dem feststehenden Innenzahnkranz 7 gleich zeitig in entgegengesetztem Sinne auf dem Kurbelzapfen 3 umlaufen. Das Ergebnis ist also eine Planetenbewegung des Werkzeug trägers 5.
Die Entwicklung der hierbei von der Schneidkante beschriebenen Kurve zeigt die Abb. 10. Die beiden ineinander abwälzenden Verzahnungen 6 und 7 der Abb. 8 und 9 entsprechen den Rollkreisen K1 und Ki, der Abb. 10. Der von der Schneidkante beschrie- beneWeg gleicht denjenigen eines zum Roll- kreise K, gehörigen Punktes P1 im Abstande R1 von der Mitte von K'. Gemäss der Abb. 8 rollt: der Rollkreis K, im relativ feststehenden Kreise K, ohne zu gleiten. Dabei wird der Mittelpunkt 31, des Rollkrei- ses K, um den Mittelpunkt M1. des festste henden Kreisfis Ki.. einen Kreis vom Radius P, beschreiben. I her Punkt P, beschreibt eine verlängerte Hypocykloide.
Wenn sich die Durchmesser von K1 und K, wie 4:5 verhalten, so wird die von Punkt: P, durch Abrollen der Kreise K, und K, in einander beschriebene punktiert gezeichnete Hypocykloide die Form eines abgerundeten Fünfeckes besitzen. Das < ausgezogen gezeich nete Stück düeses Fünfeckes besitzt die ange strebte parabel- oder pfeilartige Form, und kann in ähnlicher Weise wie ein Kreisbogen ohne weiteres als auf die Ebene abgewälzte Grundform für die neue, pfeilähnliche Zahn form gemäss vorliegender Erfindung benutzt werden. Statt einer Hypocykloide könnte auch eine Epitrochoide gewählt werden.
Die genaue Form der entstehenden, ver längerten Hypocykloide wird durch entspre- chende Wahl des Grössenverhältnisses zwi schen R1, K1 und K2 bestimmt.
Für die Wirkung derartiger Werkzeug halter ist es gleichgültig, ob die einzelnen Bewegungen fortlaufend im gleichen Dreh sinne ausgeführt werden, oder ob nur ein für die Zahnentwicklung genügender Teil der Kurve beschrieben wird und hierauf eine Umkehr der Bewegungsrichtung erfolgt, wo bei die Werkzeugschneide dann also wie bei einer Hobelmaschine entlang der Zahnkurve hin- und herpendelnde Bewegungen ausfüh ren würde.
Ähnliche Resultate, das heisst Schnittbe wegungen entlang parabelähnlichen Kurven lassen sich jedoch auch durch anders durch konstruierte Werkzeugträger erreichen.