Wälzverfahren und Werkzeug zum Verzahnen von Kegelrädern mit Bogenzähnen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wälzverfahren zum Verzahnen von Kegel rädern mit Bogenzähnen, bei dem die hohlen und erhabenen Zahnflanken in dem gleichen Arbeitsgang geschnitten werden, und zwar mit einem Werkzeug, dessen Schneidkanten sich auf zykloidenförmigen, z. B. epizykloidenför- migen Bahnen, in der Ebene des Werkzeug planrades bewegen.
Gemäss dem erfindungsgemässen Wälzver- fahren wird während des Verzahnens die Achse des Werkstückes aus ihrer durch die Grösse des Teilkegelwinkels gegebenen Nei gung zum Werkzeugplanrad so verschwenkt gehalten, dass sich die Weiten der in das Werkstück geschnittenen Lücken, in der Um fangsrichtung des Werkstückes gemessen, am grossen und am kleinen Durchmesser der zu erzeugenden Verzahnung proportional ihren Abständen von der Kegelspitze verhalten.
Für die Ausführung dieses Verfahrens ist ein ebenfalls Erfindungsgegenstand bildendes Werkzeug mit Messern vorgesehen, bei wel chem die Symmetrielinie zweier gerader Li nien, welche eine gerade Schneidkante der Messer für die hohlen und eine gerade Schneidkante der Messer für die erhabenen Zahnflanken enthalten, geneigt zu der Achse des Werkzeuges verläuft, wobei der Neigungs winkel so gross ist, dass das Tragbild auf der hohlen und der erhabenen Zahnflanke beim Abrollen mit dem Gegenrad in der Mitte des Zahnes mindestens angenähert gleich weit von der Zahnkopfkante und der Zahnfusskante entfernt ist.
Man könnte die Messer in ihrem Messer kopf so einstellbar lagern, dass bei einer Neu bestückung etwaige kleine Winkelunterschiede in der Neigung ihrer Symmetrielinie auszu gleichen wären. Man kann solchen, die Gleich mässigkeit der Erzeugnisse gefährdenden Nei gungsunterschieden zwischen verbrauchten und Ersatzmessern aber auch dadurch begeg nen, dass man die Lebensdauer der Messer möglichst gross macht, also die Zahl der Neu bestückungen herabsetzt. Diese Aufgabe kann dadurch gelöst werden, dass die Messer nach Art von Gewindestrehlern die Form runder Scheiben erhalten.
Solche Messer halten we sentlich länger als die bisher üblichen, stab förmigen Messer. - ' Das erfindungsgemässe Verfahren und das zu seiner Durchführung vorgeschlagene Werk zeug zeichnen sich durch besondere Einfach heit aus. Dank dieser Einfachheit sind sie vor' allem geeignet, feinzahnige Kegelräder mit hoher Genauigkeit wirtschaftlich herzustellen.
Die beiliegende Zeichnung bezieht sich auf ein Beispiel des erfindungsgemässen Verfah rens und auf beispielsweise Ausführungsfor men des Werkzeuges.
Fig. 1 zeigt ein. zu verzahnendes- Kegelrad im Eingriff in das Werkzeugplanrad.
Fig. 2 zeigt das Werkzeugplanrad nach Fig.1 von oben gesehen. Fig. 3 bis 5 zeigen einen das Werkzeug bil denden Messerkopf mit Messern zur Ausübung des Verfahrensbeispiels, und zwar in verschie denen Ansichten.
Fig. ö zeigt eine von den Fig. 3 bis 5 ab -weichende Ausführungsform der Messer. Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform. des Messerkopfes.
Fig. 8 ist eine Teilansicht zu Fig. 7.
Die Herstellung von Spiralkegelrädern in der Weise, dass die Schneidkanten des Werk- zeuges auf zykloidenförmigen Bahnen in der feststehenden Ebene des Werkzeugplanrades bewegt werden, gehört zum bekannten Stand der Technik und bedarf deshalb hier keiner ausführlichen Beschreibung.
Die Messer, deren Schneidkanten nach die sem Verfahren zur Ausarbeitung der Zahn lücken in dem Werkstück dienen, sind in dem Messerkopf Fig. 3 und 4 gelagert, der in Fig. 1 -und 2 schematisch durch einen Hebelarm b angedeutet und mit der-Achse c drehbar in der Planscheibe der Verzahnmaschine gelagert ist. Planscheibenachse -und Messerkopfachse verlaufen parallel zueinander. Ihr gegenseiti ger Abstand ist je nach der Grösse des zu ver- zahnenden Rades einzustellen. Während des Verzahnens führt der Messerkopf eine Pla netenbewegung um die Planscheibenachse aus.
Da der Aufbau einer solchen Maschine grundsätzlich bekannt ist, sei lediglich noch bemerkt, dass das zu verzahnende Rad g so der Planscheibe gegenüber angeordnet ist, dass seine Achse die Achse der Planscheibe schnei det, wobei der Neigungswinkel zwischen Rad achse und Planscheibenachse in Abhängigkeit .von dem Kegelwinkel des herzustellenden Ra des einstellbar ist.
Während des Verzahnens rotiert die Plan scheibe. Ausserdem drehen sich Messerkopf und zu verzahnendes Rad nach einem einge stellten Übersetzungsverhältnis. Dabei be schreiben die Schneidkanten der Messer in der feststehenden Ebene E des Werkzeugplan rades Epizykloiden, im Rad erzeugen sie Ke gelzykloiden, wie es allgemein bekannt ist.
Es ist üblich, bei der Betrachtung dieser Vorgänge nicht unmittelbar . die Entstehung der zykloidenförmigen Bahnen zu betrachten, sondern anzunehmen, dass diese zykloidenför- migen Bahnen, soweit sie das zu schneidende Rad durchdringen, Teile eines gedachten, ebe nen Rades, des Werkzeugplanrades, sind. Die Zähne des Werkzeugplanrades sind verkör pert durch die Bahnen der Messerschneiden.
Das zu verzahnende Rad und das Werkzeug planrad drehen sich in einem eingestellten Übersetzungsverhältnis. Ein solches Überset- zungsverhältnis kann man, wie ebenfalls all gemein bekannt, zeichnerisch anschaulich ma chen durch zwei Kreise, von denen einer um die Planscheibenachse und ein zweiter um die Messerkopfachse geschlagen wird, deren Durchmesser sich wie das Übersetzungsver hältnis vom Messerkopf zum Rad verhalten, und die so gross gewählt sind, dass sich die Kreise berühren. Diese Kreise sind die bekann ten Rollkreise der zykloidenförmigen Kurven.
In Fig.1 ist -der besseren Anschaulichkeit halber mir ein Messer a des Messerkopfes ge zeichnet, der Messerkopf ist schematisch als llebelarm durch die Linie b angedeutet. c ist die Achse des Messerkopfes, e und f sind die oben erwähnten Rollkreise, die; wie dargelegt, nur gedachte Grössen sind; die Antriebsräder für den Messerkopf und die Planscheibe liegen im Innern der Maschine, sie sind hier nicht gezeichnet. Man. hat sich vorzustellen, dass der <I>Arm b</I> drehfest mit dem gedachten Rollkreis c verbunden ist.
-Die Aufgabe, die sich die vorliegende Er findung gestellt hat, besteht darin, in das Werkstück Lücken zu schneiden, deren Wei ten sich, in der Umfangsrichtung des Werk stückes gemessen, am grossen und am kleinen Durchmesser der zu erzeugenden Verzahnung proportional zu ihren Abständen von der Ke gelspitze<I>d</I> (Fug. 2), also proportional r" zu ri, verhalten.
1a muss sich also zu li verhalten wie r" zu ri. Ist diese Bedingung erfüllt, dann vermindert sich die Zahndicke s., zu si nach dem gleichen Gesetz.
Wird das Rad g so zum Werkzeugplanrad eingestellt, dass seine Achse h mit diesem einen Winkel d bildet, der dem Teilkegel des Rades entspricht, und in dieser Einstellung verzahnt, so sind die Lücken in der Regel am Innen durchmesser zu weit. Dieser Winkel wird beim Verzahnen so viel kleiner eingestellt, dass die Zähne des Werkstückplanrades nach der Plan radmitte zu weniger tief in das zu verzahnende Rad eindringen, und zwar um so viel weniger, dass das Verhältnis der Lückenweite aussen und innen der oben festgelegten Regel ent spricht.
Die vorgeschriebene Verschwenkung hat deshalb die angestrebte Verminderung der Lückenweite zur Folge, weil die Messer sich nach ihrem Kopf hin keilförmig verjüngen, spiegelbildlich zu den Zahnlücken, die sie zu schneiden haben. An denjenigen Stellen, an denen sie weniger tief in das zu verzahnende Rad eindringen, werden die geschnittenen Lücken auch weniger weit. Der zugehörige Winkel d' kann leicht errechnet werden, er ist auch durch Versuche leicht zu ermitteln.
Mit Bezug auf Fig. 1 kann diese Regel auch so ausgedrückt werden: Die Werkstückachse h wird während des Verzahnens aus ihrer durch die Grösse des Teilkegelwinkels gegebenen Neigung um einen Winkel x in der korrigier ten Winkelstellung (ö') geschwenkt gehalten.
Zweckmässig kommt die Verminderung der Lückenweite von aussen nach innen schon im Werkzeugplanrad den anzustrebenden Pro portionen möglichst nahe. Das ist der Fall, wenn die Zykloidenstrecken, nach denen die Zähne in ihrer Längsrichtung gekrümmt sind, den nach Evolventen gekrümmten Bogenzäh nen möglichst ähnlich sind, denn die evolven- tenförmigen Bogenzähne haben die Eigenart, dass ihre Lückenweite, die, senkrecht zur Lücke gemessen, vom grossen zum kleinen Raddurch messer gleich bleibt, in der Umfangsrichtung gemessen proportional abnimmt, wie es hier angestrebt wird.
Als äusseres Merkmal für diese Ähnlichkeit kann der Spiralwinkel ss in der Mitte des Zah nes, also an der Stelle der Zahnlänge, in der dieser Winkel in Fig. 2 eingezeichnet ist, an gesehen werden. Es kann also die Regel auf gestellt werden: Der Spiralwinkel ss in der Mitte des Zah nes der nach dem vorliegenden Verfahren ge- schnittenen Räder entspricht zweckmässig dem Spiralwinkel in der Zahnmitte, der beim Schneiden evolventenförmig gekrümm ter Zähne in die gleichen Räder auftreten würde.
Die beschriebene Abänderung des Teil kegelwinkels in den Einstellwinkel ö' würde in vielen Fällen einen schiefen Zahneingriff verursachen. Um diesem entgegenzuwirken, verläuft Symmetrielinie i (Fig. 1) zweier ge rader Linien<B>11,</B> 12, welche eine gerade Schneid kante ah für die hohlen und eine gerade Schneidkante ae für die erhabenen Zahnflan ken enthalten, geneigt zu der Achse c des Mes serkopfes. In Fig. 1 ist die Linie i eine Sym metrielinie zu den Linien 11, 12, welche die an dem gleichen Messer befindlichen Schneid kanten ah und ae enthalten. In diesem Falle bat also das Messer eine Schneidkante für die hohlen und eine Schneidkante für die erhabe nen Zahnflanken.
Befindet sieh die eine Schneidkante an dem einen Messer und die andere Schneidkante an dem andern Messer, so nimmt man zur Festlegung der Symmetrie linie an, dass sich beide Schneidkanten an dem. gleichen Messer befinden. In Fig:1 ist die ge nannte Neigung durch den Winkel y angedeu tet, und zwar bezogen auf eine Parallele c' zu c.
Der Neigungswinkel ist so gross gewählt, dass das Tragbild k auf der hohlen und auf der erhabenen Zahnflanke beim Abrollen mit dem Gegenrad in der Zahnmitte mindestens angenähert gleich weit von Zahnkopfkante und Zahnfusskante entfernt bleibt. Die Strecke u ist also mindestens angenähert gleich der Strecke v. Der Winkelunterschied ist zu er rechnen, er kann auch leicht durch Versuche festgestellt werden.
In den vorstehenden Erläuterungen des Verfahrens wurde der Anschaulichkeit halber ein einziges, sowohl die hohlen wie auch die erhabenen Zahnflanken schneidendes Messer dargestellt (Messer a in Fig.1 und 2).
Es ist dem Verzahnungsfachmann bekannt, statt dessen mehrere Messer zu verwenden, beispielsweise zwei, um mit dem einen Messer die hohlen und mit dem andern die erhabenen Flanken zu bearbeiten. Von dieser Möglich keit macht der Messerkopf nach Fig. 3 bis 5 Gebrauch. Er weist zwei Messer a1 -und a2 auf. Die Messer haben nach Art von Gewindestreh- lern die Form einer runden, doppelkegelför migen Scheibe. Der Umfang dieser Scheibe ist an einer Stelle durch eine winkelförmige Ein arbeitung 1 unterbrochen; dadurch bildet sich eine Spanfläche 7n.
Die scheibenförmigen Messer a1 und a2 sind mit einem Presssitz undrehbar auf Ach sen n befestigt, die mit Vierkanten n' drehbar sind. Damit werden sie in Bohrungen des Messerkopfes o bzw. seiner Spanndeckel o' zentriert.
Wie eine Betrachtung der Fig. 3 bis 5 lehrt, ist die Lage der Messer bzw. deren Schneidkanten zur Messerkopfachse durch die Form des Messerkopfes ohne Zutun des Be dienungsmannes festgelegt. Es ist bekannt und wird hier nur noch einmal der Vollständig keit halber erwähnt, dass die Messer auf einer archimedischen Spirale liegen müssen. Auch in. der Höhe sind die Messer durch ihre Ach sen n festgelegt. Der Bedienungsmann hat also nur die richtige Spanfläche m zu suchen, be vor er die Messer festspannt. Dazu dient eine fest mit dem Messerkopf verschraubte, scha blonenartige Platte p mit zwei Zähnen p', wel che die theoretisch richtige Lage der Span fläche angeben.
Die Vierkante n' der Messer achse bieten die Möglichkeit, die Messer mit einem Schlüssel so zu drehen, dass ihre Span flächen an den Zähnen der Plätten anliegen. Dann ist die richtige Lage der Messer er reicht. Sie werden darauf mit den Deckeln o' endgültig festgespannt.
Eine besondere Form des Messers ist in Fig. 6 dargestellt. Danach wird das runde Messer tellerförmig gestaltet. Es hat einen ebenen Boden q und einen kegeligen Rand q'. Die Messerachse r schneidet die Achse c des Messerkopfes dann nicht rechtwinklig, son dern in einem schiefen Winkel. Bei dieser Ausbildung passen sich die Zähne des Messers besser den- gekrümmten Flankenlinien der Radzähne an. Bei den beschriebenen Messerköpfen wird ein Drehen der Messer durch den beim Ver zahnen auftretenden Schneiddruck ausschliess lich durch die Klemmwirkung verhindert, die in der Ausführung Fig. 4 durch das Fest spannen des Spanndeckels o' mittels der Schraube s erzeugt wird.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Messerkopfausführung, bei der ein ungewolltes Drehen zwangläufig verhindert wird. Auch bei diesem Messerkopf werden scheibenförmige Messer verwendet, ähnlich wie sie vorstehend beschrieben wurden. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Ausfüh rung sind sie aber mittels einer Stirnzahn kupplung s mit einer in eine radiale Bohrung des Messerkopfes<I>t</I> eingelassenen Nabe u ge kuppelt. Diese Nabe ist am Umfang verzahnt. Sie wirkt mit einer kleinen Schnecke v zusam men, die in eine quer dazu in den Messerkopf eingearbeitete Bohrung eingelassen ist. Mes ser und Messernabe werden von einer Schaft schraube w gehalten. Diese Art der Befesti gung bietet nicht nur Sicherheit gegen unge wolltes Drehen der Messer, sie ist zugleich auch eine ausgezeichnete Feineinstellung.
Durch Drehen der Schraube v kann die Span fläche des Messers sehr feinstufig um kleine Beträge nach der einen oder andern Richtung verstellt werden, so wie es die jeweilige Ein stellung erfordert.
Zur Bestimmung der genauen Lage der Spanfläche des Messers dient wiederum eine schablonenartige Platte p, wie sie schon beim ersten Beispiel beschrieben wurde.
Die Handhabung dieses Messerkopfes ist ohne weiteres verständlich. Die Stirnzahn kupplung verbindet Messer und Nabe lösbar miteinander, um den Austausch abgenutzter Messer gegen neue zu erleichtern. Das Vor drehen der Spanfläche des Messers gegen den Zahn der schablonenartigen Platte p erfolgt mit Hilfe der Schnecke v.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt. So könnten zum Beispiel an Stelle der in den Zeichnungen dargestellten fräserartigen Werkzeuge auch Schleifwerkzeuge verwandt werden.