Zinkenfräsmaschine. Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Zinkenfräsmaschine, bei der mit einem Frä ser in zwei quer aneinandergestossenen, ruhen den Werkstücken aus- bzw. abgerundete, voll kommen ineinanderpassende Zinken eingefräst werden können. Die in dieser Weise arbeiten den, bisher bekanntgewordenen Maschinen be nötigen durchwegs eine die Zinke darstellende Schablone, nach welcher der in zwei zueinan der senkrechten Führungen gleitend gelagerte Fräser geführt wird. Es ist klar, dass man daher für jede gewünschte Teilung und Länge der Zinken eigene Schablonen vorrätig haben muss, was die Herstellungskosten und das Ar beiten mit solchen Maschinen sehr verteuert.
Es sind auch Zinkenfräsen mit einer Vielzahl von Fräsern bekanntgeworden, bei denen das Werkstück durch eine je mach der gewünschten Tiefe und Teilung der Zinken ausgebildete, auswechselbare, drehbare Kurventrommel die erforderliche periodische Quer- und Längs bewegung erhält. Auch hier handelt es sich um nichts anderes als ebenfalls um eine Scha blone, die je nach der Zinkenform ausgewech selt werden muss.
Es sind schliesslich bereits Zinkenfräs- maschinen bekanntgeworden, bei denen ohne Schablone gearbeitet wird, indem einerseits der Fräser eine periodische Auf- und Abbewe gung entsprechend der Zinkenlänge erhält und anderseits das Werkstück gleichzeitig um die Zinkenteilung automatisch geradlinig ver schoben wird, sowie solche, bei denen beide ge- nannten Bewegungen dem Werkstück oder auch beide dem Fräser aufgezwungen werden.
Dabei handelt es sich aber stets nur um ge radlinige Hin- und Herbewegungen und daher ist es nicht möglich, in einem Arbeitsgang zwei vollkommen ineinander passende Verzinkun- gen herzustellen, weil den durch den rotieren den Fräser entstehenden Abrundugen am in- nern Ende der Ausfräsungen zwischen den Zinken auch Abrundungen der Zinken des an dern Werkstückes am äussern Ende entspre chen müssen, was nur bei einer bogenförmigen Führung des Fräsers relativ zum Werkstück erreichbar ist.
Die Zinkenfräsmaschine nach der Erfin dung ermöglicht die Herstellung vollkommen ineinander passender Verzinkligen zweier Werkstücke, wobei dies durch blosse Summa tion geradliniger und kreisförmiger BewegLm- gen des Werkzeuges mittels den üblichen Ma schinenelementen, wie Kurbel, Zahnrad und Zahnstange erreicht sein kann.
Erfindiungis- gemäss ist der Fräser mit einer Zahnstange verbunden, die durch eine gleichförmig zu dre hende Kurbel quer zu ihrer Längsrichtung periodisch geradlinig hin- und herbewegt wer den kann, wobei sie vom Ende der rückläu figen bis zum Anfang der nächsten vorwärts gerichteten dieser geradlinigen Bewegungen je eine kreisbogenförmige Bewegung ausführt,
die durch die Kombination einer durch die Kurbel bewirkten weiteren Hin- und Herquer- bewegn ug und einer durch ein Zahnrad ge- steuerten Längsbewegung der Zahntange er zeugt ward, wobei diese Bewegungen an nähernd sinusförmigen Geschwindigkeitsver lauf aufweisen.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Aus führungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und an Hand der Zeichnung in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Fig.1 zeigt perspektivisch einen Fräser beim vertikal abwärts Verzinken zweier senk recht aneinandergestossenen Werkstücke und Fig. 2 veranschaulicht die Kinematik des da für erforderlichen Fräserweges, Fig.3 und 4 sind schematische Aufrisse von Teilen der Ma schine, Fig. 5, 6 und 7 zeigen die Steuervor richtung für die kreisbogenförmige Fräser bewegung in verschiedenen Arbeitsstellungen und in Fig. 8 und 9 sind in Auf- bzw. Grund russ die Getriebeelemente für die Fräserbewe gung in einer bestimmten relativen Lage zu einander dargestellt.
Der Fräserweg, Fig. 2 (Gerade-Halb kreisbogen-Gerade) wird fortlaufend je durch zwei Horizontal- und eine Vertikalbewe gung erzeugt, wobei die gerade Fräserbahn von den Horizontalbewegungen allein, der Halbkreisbogen aber durch das Zusammenwir ken beider Bewegungen erzwungen wird, wo bei diese in strenger Abhängigkeit voneinander wirksam sind. Die Erzeugtmg dar Halbkreis bogenbewegung stützt sich auf das technische Grundgesetz: Bewegt sich ein Punkt mit gleichförmiger Geschwindigkeit v auf einer Kreisbahn, dann ist der Momentanwert c der Geschwindigkeitskomponente dieses Punktes bezogen auf eine in der Kreisebene liegende Gerade gegeben durch die Gleichung ei = v sin ss (Sinusversusbewegung).
Hierin bedeutet ss jenen Momentanwinkel, den die Polare des sich bewegenden Punktes mit der betreffenden Geraden einschliesst.
Weiter ist die Tatsache verwertet, dass zwei aufeinander senkrecht stehende, nach der Be ziehung c = v sin ss wirksame Bewegangen, wenn sie unter 90 phasenverschoben schwin gen, als resultierende Bewegung eine Kreis bewegung ergeben. Die geradlinige Bewegung des Pleuelauges eines Kurbeltriebes gilt praktisch als Sinus- versusbewegung, wenn, wie beim Ausfüh rungsbeispiel, das Verhältnis Kurbelradius zur Pleuellänge sehr klein ist. Damit ist eine an nähernd sinusförmige Horizontalbewegung eines die Zahnstange tragenden Horizontal schlittens gegeben.
Eine zu dieser Schwingung uun 90 phasenverschobene vertikale, aber intermittierend wirksame Sinusschwingung der Zahnstange wird durch einen Klinken- und Nockenmechanismus mit, wie nachstehend beschrieben, gestalteten Laufbahnen, über ein mit der Zahnstange kämmendes Zahnrad er zeugt. Der Fräserweg kommt nun auf fol gende Weise zustande. Bewegt sich die um eine Welle drehbare Kurbel 8 durch gleich förmiges Drehen von A3 nach A, dann zieht die i den Fräser F um die Strecke a von rechts nach links, der Fräser hat den geraden Fräserweg nach B zurückgelegt.
Ist die Kurbel im Punkt A angelangt, schaltet sich durch weiter umten erläuterte Mittel ein mit der mit dem Fräser sich bewegenden Zahnstange 2 kämmendes Zahnrad 10 ein (Fig.4, 8, 9), das bei der Weiterbewegung der Kurbel bis zum Punkt A1 sich mit an nähernd sinusförmig zunehmender Winkel- geschwindigkeit dreht und die sich dabei ab wärts bewegende Zahnstange mit synchron zu nehmender Geschwindigkeit abwärts steuert;
dabei wird die horizontale Geschwindigkeit des Fräsers und der Zahnstange annähernd sinusförmig kleiner und schliesslich im Punkt B1 wo die Kurbel den Punkt A, erreicht hat, Null, die der Vertikalbewegung aber ein Maxi- mum. Der Fräser hat dabei den Viertelkrcis- bogen B bis B, beschrieben. Bei der Weiter bewegung der Kurbel bis zum Punkt A.,
ist die Winkelgeschwindigkeit des Zahnrades 10 nach demselben Gesetz riickläufig und wird beirm. Erreichen des Punktes A., durch die Kurbel wieder Null, die Ilorizontalbewegung des Fräsens ist. entsprechend wieder zuneh mend.
Der Präser hat den Halbkreisbogen vollendet, der daran anschliessende gerade Fräserm-eg B_ bis<I>B.</I> wird allein durch die Kurbelwirkung längs dem Kurbelbogen<B><U>A.,</U></B> bis A3 hervorgerufen. Diese Beweglangen wie derholen sieh fortwährend, wodurch laufend Zinkenzapfen und Zinkennuten gefräst wer den können.
Der gesamte Horizontalweg des Fräsers ist a + b = dem doppelten Kurbelradius, und wenn die herzustellende Verzinkung bündig sein soll, ist a + b = 2 mal Brettstärke des stirnseitig zu verzinkenden Brettes W (vgl. Fig. 1). Weiteres isst c = 2b = Teilung T der Verzinkung.
Eine grössere Zinkenlänge bei grösserer Brettstärke erfordert einen grösseren Kurbel radius infolge eines grösseren Fräserweges B, B1, B2, R3, eine grössere Zinkenteilung ein grösseres b, was durch ein entsprechend grö sseres in die Zahnstange eingreifendes Zahn rad erreicht wird. Es lassen sich somit ver schieden grosse Fräserwege erzeugen, wenn dass Zahnrad entsprechend gewählt und die Kurbellänge entsprechend verändert. werden Um restlos ineinander passende, ab- bzw. ausgerundete Zinken zu erzeugen, wird ein konischer Fräser F verwendet, dessen Zu stellung bezüglich des an der Seite mit den Zinkennuten zu versehenden Brettes W' (Fig.l) so gewählt ist, dass die Profile von Zinkenzapfen und Zinkennuten - es sind gleichschenklige Trapeze - zügig passen.
Man kann durch Wahl eines Fräsers mit entspre chend längerem Fräserkegel statt der gezeig ten verdeckten auch offene Verzinkung her stellen. Die beiden Werkstücke werden mittels nicht gezeichneter Mittel so in die Maschine eingespannt, dass die Stirnfläche des Brettes W, (las die stirnseitigen Zapfen erhält, mit der dem Fräser zugekehrten Seite des anderm Brettes W', in das die seitliehen Nuten ge fräst werden, bündig ist. Man kann Verzin- kungen für rechtwinklige Bretterverbindun gen, wie gezeichnet, und auch für vom rechten Winkel abweichende Holzverbindungen frä sen; die entsprechend: Formgebung der Stirn seiten der Bretter und ihre Einspannung, so dass sie unter dem betreffenden Winkel an einanderstossen, ist jedoch Bedingung.
,Das Triebwerk der Maschine für die Frä- erbewegung längs dem beschriebenen Fräs- weg besteht aus Elementen, die am Maschinen sländer 5 gelagert sind und solchen, die an einem horizontal verschiebbaren Schlitten 3 vier Maschine sitzen.
Fig. 3 zeigt die Triebwerkelemente ein Ständer der Maschine schematisch, Fig. 4 in gleicher Weise die Elemente am Horizontal schlitten 3.
Die Zahnstange 2 (Fig. 4) ist mit ihrem untern Ende auf einem vertikal verschieb baren Schlitten 1 angeordnet, der den Fräs- kopf mit dem Fräser F trägt. Der in der Zeich nung nicht ersichtlich gemachte Antrieb des Fräsers erfolgt durch einen hochtourigen Mo tor, der auf einer am Fuss des Maschinenstän ders 5 gelagerten Wippe ruht. Sein Dreh moment wird durch Riemenzug auf die Frä serwelle übertragen, die durch die Steuerung erzwungene Fräserbewegung wird dadurch nicht beeinflusst.
Der Schlitten 7 ist im Schlitten 3 vertikal geführt, der selbst wieder durch die Führun gen 4 horizontal gleitbar iin ;Maschinenständer 5 gelagert ist. Am Schlitten 3 ,sitzt das Zahn radgetriebe, das über das Zahnrad 10 mit. der Zahnstange 2 gekuppelt ist und dessen Auf gabe es ist, der Zahnstange die gesetzmässige periodische Vertikalbewegung zu erteilen. Die Steuerung der Zahnräder erfolgt durch den drehbar gelagerten Balken 22, der die beiden diametral bezüglich seiner Drehachse gelege nen Steuerrollen 23, 23' trägt.
Der Balken 22 sitzt mit dem Zahnrad 20 auf gleicher Welle, das Zwischenzahnrad 19 reift in (las Zahn rad 20 und das Zahnrad' 1R ein, mit diesem auf gleicher Welle sitzt Zahnrad 10, das mit der Zahnstange 2 kämmt. Die Vertikalbewe gung der Zahnstange 2 wird durch Drehung des Balkens 22 ermöglicht, ihre Horizontal- bewegung erfolgt, wie oben erläutert, mit dein Horizontalschub des Schlittens 3 durch die Pleuelstange 7.
Unter dem Einfluss der Schwerkraft des Vertikalschlittens 1 samt Zahnstange 2 erhält der Balken 22 ein Dreh moment, das in Fig. 4 positiv dreht.
Wie oben erläutert, lässt sich durch Ände rung der Grösse des in die Zahnstange eingrei fenden Zahnrades die Zinkenteilung verän- lern. Aus praktischen Gründen ist aber nicht das Zahnrad 10, sondern Zahnrad 20 das Wechselrad.
In der Wand 14, die am Maschinenständer z. B. angeschraubt ist, sind das Kurbelzahnrad 11 mit Kurbel 8 mit veränderlichem Kurbel radius und das gleich grosse Steuerzahnrad 15 drehbar gelagert und stehen miteinander in Eingriff. Das Kurbelzahnrad 11 kann mittels der Handkurbel 13 über das mit ihm käm mende Zahnrad 12 angetrieben werden. Die Pleuelstange 7 stellt die Verbindung der Kur bel 8 mit dem Schlitten 3 her, und zwar ist das Verbindungsglied zwischen Pleuelstange 7 und Schlitten 3 eine kleine Kulisse mit hori zontal verstellbarer Bahn für das Pleuelstan genende (Fig.8 und 9).
An der Maschinenwand 14 (Fig.3) sind innen die in den Fig.5 bis 7 dargestellten Steuerungselemente angebracht, die dazu die nen, den Balken 22 zu steuern und damit über das Zahnrad 10 der Abwärtsbewegung der Zahnstange 2 mit dem Fräser F den erwähn ten Geschwindigkeitsverlauf in vertikaler Richtung zu erteilen. Auf der Innenseite der Maschinenwand 14 sitzen die Nocken 24 und 25 von diese Abwärtsbewegung bewirkender Form auf den Wellen der Zahnräder 11 bzw. 15, die mit den Klinken 26 und 27 zusammen arbeiten.
Ferner ist eine feste Parallelführung 28 für die Rollen 23 Lind 23' an der Innenseite der Wand 14 vorgesehen, weiter die Bohran gen 29 und 30 in der Wand 14 (Fug. 8 und 9), die Bohrung 32 im Steuerrad 15 und die Boh rung 33 im Zentrum der Balkenwelle.
Die Wirkungsweise der Steuermittel ist folgende Das Gewicht des Vertikalschlittens samt Zahnstange erzeugt über die Zahnräder 10, 18, 19 und 20 am Balken 22, wie erwähnt, ein Drehmoment im Sinne des Uhrzeiger in Fig.4, im Gegensinne in den Ansichten von innen darstellenden Fig. 5 bis 7. Beim gleich förmigen Drehender Handkurbel wird durch die Wirkung der Kurbel 8 vorerst der Schlit ten 3 horizontal hin und her bewegt, wobei der Fräser eine Seite einer Zinke im Brett W und eine Nut im Brett W' fräst. Während dieser reinen Querbewegungen der Zahnstange läuft die Rolle 23 in der Geradführung 28 und sperrt eine Drehung des Balkens 22 (Stellung der Nocken 24, 25, der Klinken 26, 27 und des Balkens 22 in Fig. 5).
Ist am Ende des gera den Rücklaufweges die Kurbel 8 im Punkt A (Fug. 2) angelangt, so setzt das Wechselzahn rad 20 und mit ihm das mit der Zahnstange 2 kämmende Zahnrad 10 mit annähernd sinus- förmig anwachsender Drehgeschwindigkeit ein, da nun die Ralle 23 aus der Führung 28 auf die Klinke 27 gelangt ist; der Balken 22 macht eine durch die Nocke 25 und Klinke 27 ge steuerte Drehbewegung und das Rad 10 er reicht die grösste Winkelgeschwindigkeit bei der linken Totlage der Kurbel im Punkt Al. Hat die Kurbel damit den Winkel a durcheilt (Fug. 2), so hat sich das Zahnrad 20 um 90 gedreht. Die Stellung der Klinken 26, 27, der Nocken 24, 25 und des Balkens 22 zu diesem Zeitpunkt ist aus der Fig.6 ersichtlich.
Bei der Weiterbewegung der Kurbel um einen weiteren Winkel a bis Punkt A2 (Fug. 2) dreht sich das Zahnrad um weitere 90 , aber diesmal mit entsprechend abnehmender Drehgeschwin digkeit. Die Stellung der Klinken 26, 27, der Nocken 24, 25 und des Balkens 22 bei Errei chen des Punktes A2 zeigt Fig. 7. Die Bewe gung der Kurbel und die Drehung des Zahn rades sind ständig in mechanischer Abhängig keit.
Die Zahnstange bewegt sieh dabei mit bis zu null ab- und dann wieder anschwellender Geschwindigkeit um die Strecke b horizontal zurück und vorwärts und mit von N1-11 an und dann wieder abschwellender GescUwindig- keit um die Strecke 2b abwärts.
Der Fräser legt demgemäss den Kreisbogenweg von B über B1 nach B_ zurück, wobei der Durehmesser 2b des Kreisbogens der gewünschten Zinkentei- lung entspricht. Bei der Weiterdrehung der Kurbel 8 bis zuni Punkt. A, bzw.
A ist nun die Rolle 23' in der Führung 28 geführt und wird der Schlitten 3 zuerst um die Streeke a hori zontal nach rechts und anschliessend wieder im gleichen Ausmasse zurückgeführt, was dem zweimaligen. durchlaufen der Strecke B2 bis B3 durch den Fräser hin und zurück ent spricht. Die Strecke a + b entspricht der Ge samtlänge der Zinke und der Zinkennut. Vom Punkt A bzw.
B2 an wiederholt sieh der ge schilderte Vorgang von neuem.
Bei Teilungen verschiedener Grösse weisen die Fräserkreisbahnen aus geometrischen Gründen den Teilungen entsprechende Durch messer auf. Bei verschiedenen Teilungen ist der relative Weg der Steuerrollen 23, 23' am Schlitten 3 immer gleich, es ist immer derselbe Kreisbogen. Der absolute Weg der Rollen än dert sieh jedoch mit der Änderung der Tei lung, und zwar entsprechend der Schwin gungsweite b = T/2 am Ende bzw. vor Beginn der geraden Wegstrecke (Fug. 2 und 6, 7). Steht der Fräser bei Teilungen verschiedener Grösse auf seinem Kreisbogenweg unter dem gleiehen Zentrierwinkel zur horizontalen Sym metrieebene, dann liegen die Steuerrollen 23 uncl 23' auf den gleichen horizontalen Gera den. Daher sind die Klinken 26, 27 mit hori zontaler Steuerrollen-Führungsfläehe ausge führt, deren Steuerbewegung in vertikaler Richtung, parallel zu sieh selbst, erfolgt.
Aus diesem Grunde eignet sich diese Steuerung für alle praktischen Teillungen, von der kleinsten bis zur grössten. Durch blossen Austausch des Wechselrades 20 und bei anderer Stärke des Brettes W entsprechender Einstellung der Kurbellänge kann eine andere Teilung und Zinkenlänge gefräst werden. Klinkenkonstruk tionen mit parallel geführter Führungsfläche sind kostspielig, daher ist nur Klinke 26 par allel geführt, weil sie die Rollen 23, 23' stoss frei in die Geradführung 28 überleiten muss. Klinke 27 ist schwingend angeordnet, und ihr Drehpunkt so gewählt, dar die Führungs fläche für die Steuerrollen nur ganz leicht konvex wird und in der Steuerwirkung daher einer parallel geführten Klinke gleichkommt.
Die Nocken 24, 25 sind so gestaltet, dass sie dem Balken 22 die sich annähernd sinusför- mig ändernde Winkelgeschwindigkeit erteilen.
Bei allen Teilungen beginnt die Schwin gung der Rollen bei der gleichen Stellung des Balkens 22, nämlich dann, wenn die Rolle 23 bzw. 23' auf die Klinke 27 übertritt (Fug. 5). Dabei steht die Kurbel immer unter dem Win kel a (Fug. 2). Diese Stellung der Steuerungs elemente zueinander ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Um diese Stellung rasch und ein deutig herstellen zu können, werden die oben erwähnten Bohrungen 32 und 33 mit den Bohrungen 30 bzw. 29 im Sinne der Fig. 8 und 9 in Korrespondenz gebracht und in die Bohrungen Einstellstifte 34, 35 eingeführt. Man erhält dadurch eine Stellung der Steue rungselemente, die als einzige Stellung bei allen Teilungsgrössen und Zinkenlängen iden tisch ist und daher eignet sich diese Stellung vorzüglich für die Umstellung auf eine andere Teilung und Zinkenlänge.
Man braucht dann nur die Mutter des Pleuelbolzens, der in der Kulisse 31 geführt ist, Fig. 8 und 9, zu lösen und den Kurbelradius auf die geänderte Brett stärke einzustellen; dabei verschiebt sich der Pneu elbolzen in der Kulisse 31 bis er in die richtige Lage kommt. Nach Festschrauben desselben, Herausziehen der Einstellstifte und Einbau des der gewünschten Teilung entspre chenden Wechselrades ist die Maschine mit geänderter Einstellung fräsbereit.