Abwälzfräser mit im Anschnittbereich gleichmässig belasteten Schneidzähnen Die Erfindung betrifft einen Abwälzfräser mit im Anschnittbereich gleichmässig belasteten Schneid zähnen zur Herstellung von schrägverzahnten Stirn rädern. Insbesondere sollen mit dem Abwälzfräser Verzahnungen für Getrieberäder hergestellt werden, die einen Aussendurchmesser von etwa<B>300</B> mm an bis zu den grössten Abmessungen aufweisen, beispiels weise für Schiffsgetriebe.
Die bisher bekanntgewordenen Fräserwerkzeuge dieser Art, die im wesentlichen aus einem zylindri schen Körper mit auf dem Aussenmantel dieses Kör pers in Form einer Schraubenlinie aufgesetzten ein zelnen Zähnen bestehen, wurden mit einer Anspitzung versehen. Der Fräser wurde gewissermassen konisch angeschliffen. Durch die Anspitzung waren Zahn höhe und Zahnkopfwinkel eines jeden Fräserzahnes in der Anspitzung festgelegt. Es sollte dadurch erreicht werden, dass jedem Fräserzahn während des Anschneidens nur ein solches Spanvolumen zu geordnet war, das den Zahn nicht überbeanspruchte. Diese Anspitzung der Zähne bis zum ersten vollen Zahn entspricht im übrigen dem konischen Schleifen von Gewindebohrern, Räumnadeln und ähnlichen Werkzeugen.
Diese Massnahme hat den Nachteil, dass sie nicht auf die tatsächlichen Verhältnisse beim Schneidvor gang eingeht. Es zeigt sich nämlich, dass - unabhängig vom Winkel der Anspitzung - jeweils nur die letzten fünf bis sieben Zähne einschliesslich des ersten vollen Zahnes die wesentliche Zerspanungsarbeit zu leisten haben. Die Ursache für dieses Verhalten, das die Lebensdauer der Fräser durch den hohen Verschleiss einzelner Zähne erheblich herabsetzt, ist darin zu sehen, dass beim Abwälzvorgang des Fräsers am Aussendurchmesser des zu verzahnenden Rades ent sprechend der Anspitzung erst die letzten Zähne vor dem ersten vollen Zahn einen solchen Zahnkopf winkel aufweisen, durch den der Zahn auf seiner gesamten Breite am Schneidvorgang teilnehmen kann.
Die am Anfang der Anspitzung liegenden Zähne werden einseitig belastet und haben am gesamten auszunehmenden Spanvolumen eben durch die ko nische Anspitzung den geringsten Anteil, unterliegen aber durch die einseitige Belastung dem grössten Ver schleiss.
Die Erfindung bezweckt, nunmehr diesen Gege benheiten dadurch Rechnung zu tragen, dass die Kopf schneidkanten der Fräserzähne so gelegt werden, dass jeder in der Anspitzung des Fräsers liegende Zahn auf seiner gesamten Kopfbreite am Schneidvorgang beteiligt ist und ausserdem jedem Zahn ein bestimmtes Spanvolumen zugeordnet ist, derart, dass alle Zähne gleichmässig belastet sind.
Die Erfindung besteht darin, dass die Kopfschneid kante eines jeden in der Anspitzung des Fräsers lie genden Zahnkopfes parallel verläuft zur Tangente an die Normalschnittellipse der Radmantelfläche in dem Punkt, in dem der auf die Mitte des betreffenden Fräserzahnkopfes gerichtete Ellipsenradius die Ellipse schneidet. Die Normalschnittellipse der Radmantel fläche ist die Ellipse, in der die den Verzahnungen des Rades und des Fräsers im Wälzpunkt gemein same, den kürzesten Achsenabstand von Fräser und Rad enthaltende, unter dem Schrägungswinkel des Rades gegen die Stirnebene des Rades geneigte Normalschnittebene die Mantelfläche (Kopfzylinder) des Rades schneidet.
In der Zeichnung ist schematisch ein Ausfüh rungsbeispiel eines Fräsers nach der Erfindung wieder gegeben.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Zahnrad mit Schräg verzahnung, das mit dem Fräser hergestellt ist. In Fig. 2 ist ein Axialschnitt durch den Fräser wieder <B>0</B> gt wird.
gegeben, der in Ansicht in Fig. <B>3</B> gezei, Der Einfachheit halber ist in Fig. <B>1</B> ein zu frä sendes Zahnrad<B>16</B> mit einem einzeln-herausgezeich- neten Zahn 17 dargestellt. Die Normalschnittellipse 22 entsteht durch den Schnitt der unter dem Schrä gungswinkel B zur Radstirnebene verlaufenden, den kürzesten Achsenabstand von Fräser und Rad ent haltenden Normalschnittebene des Zahnes 17 mit dem Kopfzylinder des Rades. Ein zur Mitte des Zahnes ge richteter Ellipsenradius 15 trifft diese im Schnittpunkt 12. Die Gerade<B>11</B> ist die Tangente an die Ellipse im Schnittpunkt 12.
Die Richtung der Kopfschneidkanten aller auf dem Anspitzungsteil des Fräsers sitzenden Fräserzähne ist durch die Tangenten an die Normal schnittellipse 22 in den Punkten bestimmt, in denen die auf die Zahnkopfmitten der Fräserzähne gerich teten Ellipsenradien die Ellipse schneiden.
Fig. 2 zeigt den Fräser und das Rad, dessen Ver zahnung durch die strichpunktierte Linie 14 angedeu tet ist, im Normalschnitt, wobei der besseren Anschau lichkeit halber die im Anspitzungsbereich sitzenden Fräserzähne in die Normalschnittebene hineingedreht dargestellt sind. α ist der Zahnkopfwinkel der wie vorstehend beschrieben in ihrer Richtung bestimmten Kopfschneidkante 19 des ersten in der Anspitzung liegenden Fräserzahnes 18.
Die Teilung des zu fräsenden Zahnrades 14 ist durch den Abstand T am Fräser 13 dargestellt. Die auf dem Umfang einer Teilung liegenden Zähne des Fräsers - in der Zeichnung nach Fig. 2 sollen sechs Zähne angenommen sein<B>-</B> sind, wie schon gesagt, der Einfachheit halber in die Zeichenebene verlegt. Der erste volle Zahn des Fräsers ist mit 21 bezeichnet.
In Fig. 3 wird ein Teil des Fräsers in Ansicht gezeigt. Die Schnittangabe A-B bezieht sich auf die Fig. 2. Entsprechend der Fig. 2 ist der erste in der Anspitzung des Fräsers liegende Zahn mit 18 be zeichnet.
Der Betrag der Zahnkopfhöhe, bezogen auf den in der Mitte der Kopfschneidkante gelegenen Punkt des Fräserzahnes, um den der erste in der Anspitzung des Fräsers liegende Zahn 18 gegenüber dem ersten vollen Zahn 21 unterschiedlich ist, ergibt sich aus der Differenz der vollen Zahnhöhe des Rades und des auf der Mittellinie des ersten in der Anspitzung liegenden Fräserzahnes 18 parallel zum kürzesten Abstand von Rad- und Fräserachse gemessenen Ab standes der Normalschnittellipse des Rades von ihrer senkrecht zu diesem verlaufenden Tangente.
Ist<I>h</I> die Zahnhöhe des Rades, r" sein Aussen radius, rE = ra/cos2 B der Krümmungsradius der Nor malschnittellipse beim kürzesten Achsenabstand und 1 die Anschnittlänge - das ist der Abstand der Zähne 18 und 21 in Richtung der Fräserachse -, dann ist der Zahnhöhenunterschied von Zahn<B>18</B> und Zahn 21
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Das bedeutet, dass für jedes zu fräsende Zahnrad entsprechend seinem Durchmesser und Schrägungs winkel und dem auszunehmenden Spanvolumen die Zahnhöhen am Fräser berechnet werden müssen.
Die in der Anspitzung des Fräsers in Form einer Schraubenlinie aufgereihten Zähne können in zwei oder mehrere Gruppen hintereinanderliegender Zähne aufgeteilt werden, derart, dass jenen Gruppen das auszunehmende Spanvolumen in Abhängigkeit von der Vorschubgrösse pro Umdrehung des zu ver- zahnenden Rades in entsprechenden Abschnitten zu geordnet ist. Die Zahnhöhe innerhalb einer Zahn gruppe ist durch gleiche Teile des auszufräsenden Spanvolumens im entsprechenden Abschnitt bestimmt.
Eine exakte numerische Berechnung der Zahn kopfhöhen und -winkel der Fräserzähne ergibt selbst verständlich einen bestimmten Fräser für einen zu fräsenden Durchmesser eines Zahnrades. Um nicht zu einer Vielzahl von Fräsern zu kommen, werden vorteilhaft Fräser für bestimmte Durchmessergruppen hergestellt. Die Belastung der Zahnköpfe erfolgt dann etwas ungleichmässig, dagegen wird das Schneiden des Zahnes auf seiner gesamten Breite nicht in Frage gestellt.
Die Grösse des Zahnkopfwinkels wird bei grossen zu fräsenden Durchmessern nur noch einige Minuten betragen, so dass er vernachlässigt werden kann. In diesen Fällen ist nur die Ermittlung der Zahnkopf höhen von Bedeutung.