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Verzahnungsmaschine und Verfahren zum Fräsen von Zahnrädern, insbesondere
Kegelrädern Es ist eine Verzahnungsmaschine mit zwei Scheibenfräsern mit geneigten
Achsen und mit heiderseitigen Schneidkanten an Fräs.erzähnen bekanntgeworden, die
in solchem Abstand voneinander am Fräserumfang angeordnet sind, daß die Zähne der
beiden Fräser miteinander kämmend dieselbe Zahnlücke bearbeiten; dabei sind die
beiden Fräser in Richtung ihrer Achsen einstellbar.
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Auch die vorliegende- Erfindung bezieht sich auf eine solche Verzahnungsmaschine
sowie auf ein Verfahren zum Fräsen von Zahnrädern, insbesondere Ziegelrädern oder
Klauenkupplungen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Maschine und das Verfahren
so auszugestalten, daß man in einem einzigen Arbeitsgang aus dein `'ollen mit einer
einzigen Einrichtung der Maschine beide Zahnräder eines zugehörigen Zahnradpaares
fertig bearbeiten kann.
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Erfinduiigsgemiß wird die Maschine mit einem Schaltwerk ausgerüstet,
das zur gleichzeitigen Umschaltung beider Fräser in einer Weise dient, durch welche
die Schneidkanten an der einen Seite jedes Fräsers aus der Schneidstellung an der
einen Zahnlückenflanke zurückgezogen und die Schneidkanten an der anderen Fräserseite
in die Schneidstellung an der anderen Zahnlückenflanke vorgeschoben werden können.
Das bietet die Möglichkeit, diƒ Schneidkanten an der einen Seite zum Schruppen
zu verwenden, wobei die anderen Kanten nicht zum Schnitt gelangen, sondern geschont
werden, um
dann anschließend nach erfolgter Umschaltung durch das
Schaltwerk zum Schlichten des vorgeschrüppten Radkörpers zu dienen.
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Vorzugsweise enthält das Schaltwerk hydraulische Kolben, welche die
Fräser in der Richtung ihrer Umlaufachsen verschieben, und da diese zueinander geneigt
sind, gleichzeitig noch eine gemeinsame Verstellung der beiden Fräser in Richtung
auf das Werkstück herbeiführen. Dabei sind die beiden Fräswerkzeüge in Richtung
ihrerAchsen gegenüber dem Schaltwerk einstellbar.
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Weitere Aufgaben der Erfindung und deren Merkmale ergeben sich aus
den nachstehenden- Erörterungen und aus den Patentansprüchen:
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Zum Herstellen von Zahnrädern oder Klauenkupplungen mit Hilfe der
in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der Erfindung gelangen also zwei
Scheibenfräser zur Verwendung, deren jeder mit seiner zur Achse lotrechten Seitenfläche
die dem Schlichten dienenden Schneidkanten bildet, aber mit der gegenüberliegenden
Seitenflache die geradprofilierten, dem Schnippen dienenden Schneidkanten darstellt,
die dementsprechend auf einer zur Fräserachse gleichachsigen Kegelfläche liegen.
Die beiden Fräswerkzeuge sind so gelegen; daß sie gleichzeitig dieselbe Zahnlücke
des Werkstücks bearbeiten. Infolge entsprechender Einstellung liegen die zu den
Fräserachsen lotrechten Schneidkantenebenen um den Eingriffswinkel des Werkstücks
geneigt zur Teilkreisebene des Werkstücks. Die ebenen Schneidkantenflächen der Fräswerkzeuge
sind also zueinander um den Winkel geneigt, den die einander gegenüberliegenden
herauszufräsenden Zahnlückenprofile miteinander einschließen. Auf diese Weise erhalten.
die herausgefrästen Zahnflanken den gewünschten Eingriffswinkel. Ferner sind die
Fräswerkzeuge derart eingestellt, daß die Ebenen ihrer lötrechten seitlichen Schneidkanten
eine solche Neigung zueinander erhalten, wie sie der ge,#yünschten Verjüngung der
Zahnlückenweite der herzustellenden Kegelradverzähnung oder Klauenkupplungsverzahnung
entspricht: Auf diese Weise wird erreicht, däß die am Werkstück herausgefrästen
Zahnflanken von außen nach innen zu im gewünschten Winkel zusammenlaufen. Damit
die beiden Fräswerkzeuge gleichzeitig zum Schnitt gelangen können, sind sie in einer
solchen Winkellage auf ihren Wellen angebracht, daß ihre Messer kämmen, also beim
Umlauf ineinandergreifen und abwechselnd zum Schnitt kommen. Ein relativer Vorschub
von Werkzeug und Werkstück in der Längsrichtung der Zahnlöcken erübrigt sich dabei.
Die Einstellung der Fräser gegenüber der Längsrichtung der Werkstückzähne wird so
gewählt, daß sich die größere Zahnlückentiefe an der gewünschten Stelle ergibt.
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Infolge entsprechender Einstellung der beiden Fräser zueinander kommen
beim Schruppen einer Zahnlücke die kegelförmigen Fräserflanken an den beiden Zahnlüekenflanken
zum Schnitt. Nach Beendigung des Schruppens aber werden die beiden Fräser: in der
Richtung ihrer Achsen und gleichzeitig in der Tiefenrichtung derart verstellt, daß
nunmehr die ebenen Fräserflanken zum Schnitt an den Zahnlückenflanken- gelangen
und diese schlichten. Die dabei in der Tiefenrichtung erfolgende Verstellung dient
dem Zweck, den Einfluß der axialen Verstellung auf die Schnittiefe auszugleichen,
damit die gewünschte Schnittiefe erhalten bleibt.
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Arbeitet man mit der Fräsmaschine nach dem Abwälzverfahren, so schneiden
die Fräswerkzeuge in das Werkstück beim Schruppen bis zur Erreichung der vollen
Zahnlückentiefe ein, und sie werden dann gegenüber dem Werkstück in der einen Richtung
zum Herausschruppen der Zahnlücke abgewälzt. Ist dieser Vorgang beendigt, so erfolgt
die erwähnte gegenseitige Verstellung der beiden Fräser in Achsen- und Tiefenrichtung.
Dann erfolgt die Rückwärtswälzung von Werkzeug und Werkstück, so daß die Schlicht-
und Schneidkanten der beiden Fräsen zum Schnitt kommen und die beiderseitigen Zahnflanken
bearbeiten. Ist dieser Vorgang beendigt, so werden die Fräswerkzeüge vom Werkstück
fort zurückgezogen. Dann erfährt das Werkstück seine Teilbewegung, worauf die Werkzeuge
wieder in ihre gegenseitige Ausgangs-Lage zurückgestellt werden. Dann werden sie
wieder in Richtung auf das Werkstück vorgeschoben, um ein neues Arbeitsspiel einzuleiten.
Eines der Merkmale der Erfindung liegt darin, daß jedes Fräswerkzeug zufolge entsprechender
Anordnung im Winkel um eine Achse verstellt werden kann, die mit der Fräserachse
in ein und derselben Ebene liegt und außerdem von einer zur Achse der Abwälzschwenkung
lotrechten Ebene aufgenommen wird. Dieser Anordnung zufolge lassen sich die Fräswerkzeuge
so einstellen, daß ihre Schneidkanten beim Abwälzverfahren die Zahnflanken eines
wahren Planrades oder irgendeines anderen Kegelrades beschreiben, so daß man die
Zahnprofilgestalt beherrschen kann. Bekannte Maschinen zum Fräsen geradverzahnter
Kegelräder mit Scheibenfräsen- vermögen nur Zahnräder herzustellen, die einem nominellen
Planrad zugeordnet wären, d. h. einem Zahnrad mit einem Stirnkegelwinkel von go°;
aber einem Teilkegelwinkel von weniger als go°. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Maschine nach der Erfindung bietet ferner beim Fräsen von Kegelrädern oder Klauenkupplungen
die Möglichkeit nach dem Profilfräsverfahren zu arbeiten, obgleich dieselbe Maschine
auch nach dem Abwälzverfahren arbeiten kann. Man kann also mittels der Maschine
Kegelräder öder Klauenkupplungen fräsen, deren Zahnprofile mit denen der Fräswerkzeuge
übereinstimmen. Die Zahnprofile der Werkstücke fallen daher genau so aus, als ob
sie mit Profilfräsern hergestellt würden. Um nach diesem Verfahren zu arbeiten,
stellt man das Werkstücke in der Maschine derart ein, daß die Werkstückachse mit
der Achse der Wiege zusamrn-enfällt, Das Werkstück und die Wiege drehen sich mit
der gleichen Geschwindigkeit um ihre Achsen hin und her. Dadurch wird erreicht,
daß der oder die Fräser das gewünschte Zahnprofil erzeugen. Die Abwälzfräsmaschine
nach der vorliegenden Erfindung
kann also nicht nur dazu dienen,
Zahnräder durch Abwälzung an einem imaginären Grundrad zu erzeugen, sondern auch
dazu, Zahnräder nach dem Profilfräsverfahren herzustellen.
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In den Zeichnungen zeigt
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Fig. i eine schaubildliche Ansicht zur Veranschaulichung der gegenseitigen
Lage der Fräswerkzeuge zum Werkstück beim Schruppen,
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Fig. 2 eine entsprechende Darstellung der gegenseitigen Lage von Werkzeugen
und Werkstück beim Schlichten, wobei ersichtlich .ist, welche Verstellung die beiden
Fräser zwischen dem Schruppen und dem Schlichten erfahren,
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Fig. 3 einen Grundriß zur Darstellung der beiden Fräswerkzeuge beim
Fräsen einer Zahnlücke eines geradzahnigen Kegelrades,
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Fig. 4. einen lotrechten Schnitt zur Veranschaulichung der die Werkzeuge
tragenden Wiege, wobei die Anordnung der Werkzeuge und deren Antrieb sowie die Mittel
zur Verstellung der Werkzeuge inAchsen- undTiefenrichtung wiedergegeben und die
Werkzeuge in denAusgangsstellungen ihrer Einstellagen gezeigt sind,
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Fig. 5 einen teilweise im Schnitt gehaltenen Aufriß des Werkstückspindelstocks
der Maschine,
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Fig. 6 in vergrößertem Maßstab eine Teilansicht des Klinkenschaltwerkes
für die Verstellung des Ventils zur Steuerung der Verstellung der Fräser in Achsen-
und Tiefenrichtung, wobei es sich um einen Schnitt nach der Linie 6A der Fig. q.
handelt,
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Fig.7 in noch größerem Maßstab eine Teilansicht der beiden Schalträder
dieses Stellwerks, Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Darstellung
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der Verbindung zwischen dem Steuerventil und, den dadurch gesteuerten
hydraulischen Organen,
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Fig. 9 eine Ansicht eines Frässpindelstocks von hinten gesehen in
vergrößertem Maßstab, teilweise im Schnitt,
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Fig. io einen Schnitt nach der Linie io-io der Fig. 9,
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Fig. i i in schematischer Darstellung die Anordnung der Fräser auf
der Wiege,
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Fig. 12 eine schematische Darstellung der Verstellbarkeit des Fräswerkzeugs,
das so verschwenkt werden kann, daß es ein imaginäres wahres Planrad darstellt,
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Fig. 13 die Verstellbarkeit des Fräswerkzeugs zur Darstellung eines
imaginären Kegelrades und Fig. 14 die Bearbeitung eines Kegelrades zur Er-
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zeugung desselben Zahnprofils, wie es beim Profilfräsen entsteht.
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Die beiden Werkzeuge io und i i stellen zueinander symmetrische, aber
im übrigen bleich bemessene Scheibenfräser dar, bei deren Erläuterung nachstehend
die gleichen Bezugszahlen verwendet werden, nur mit dem Unterschied, daß die Zahlen
bezüglich des einen Werkzeugs mit einem Strich versehen sind.
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Die Zähne 12 und 12' der beiden Fräser, die mit dem Fräserkörper aus
einem Stück bestehen, sind dadurch gebildet, daß in den Fräserkörper im Abstand
voneinander rings um den Umfang herum Lücken eingeschnitten sind. Der Lückengrund
1q. bzw. 1q.' zwischen den aufeinanderfolgendenZähnen ist zu den Fräserachsen 15
und 15' geneigt angeordnet. Die Lücken des einen Fräsers sind so weit bemessen,
daß sie die Zähne des anderen Fräsers beim gemeinsamen Umlauf der beiden Fräser
aufnehmen können.
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Jeder Fräserzahn kann so geschliffen werden, daß seine beiden Kanten
seitliche Schneidkanten darstellen. Statt dessen kann man aber auch die aufeinanderfolgenden
Zähne eines jeden Fräsers mit entgegengesetzter Neigung schleifen, so daß sie seitliche
Schneidkanten an den entgegengesetzten Seiten erhalten. ,Die seitlichen Schneidkanten2o
auf der einen Seite des Fräsers io liegen in einer Ebene, die lotrecht zur Fräserachse
15 verläuft. Die seitlichen Schneidkanten 21 auf der gegenüberliegenden Seite dies
Fräsers liegen hingegen in einer Kegelfläche, die gleichachsig zur Fräserachse liegt.
In entsprechender Weise liegen die beiderseitigen Schneidkanten 2o' und 21' des
Fräsers i i in einer zur Fräserachse senkrechten Ebene und in einer zur Fräserachse
15' gleichachsigen Kegelfläche. Der Winkel zwischen den gegenüberliegenden seitlichen
Schneidkanten 2o und 21 bzw. 20' und 21' wird am besten ebenso groß bemessen wie
der Winkel zwischen den gegenüberliegenden Zahnflanken des Werkstücks. Die Fräserzähne
werden hinter ihren Vorderflächen am Kopf und an den Flanken hinterdreht oder hinterschliffen,
damit sich die Zahnkante freischneiden kann. Alle Zähne sind gleich hoch und am
besten gleich ausgebildet. Am besten werden sie um den Umfang des Fräsers herum
in gleichem Abstand angeordnet.
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In der Maschine werden die beiden Fräser mit ihren Achsen 15 und 15'
zueinander geneigt eingestellt. Ihr Neigungswinkel entspricht dem Supplementärwinkel
der Zahnlückenflanken des Werkstücks. Der Winkel zwischen den Ebenen der seitlichen
Schneidkanten 2o und 26' gleicht daher dem Eingriffswinkel der gegenüberliegenden
Zahnlückenflanken des zu fräsenden Werkstücks. Auch werden die beiden Fräser in
der Maschine zueinander in der in den Fig. 3 und i i dargestellten Weise derart
eingestellt, daß die Ebenen ihrer seitlichen Schneidkanten 20 und 2o' vom äußeren
zum inneren Ende der Zahnlücke des Werkstücks zusammenlaufen und daher eine Zahnlücke
herausfräsen, die sich von außen nach innen zu verjüngt, wie es bei Kegelrädern
geschehen muß. Fig. i zeigt die Stellungen der Fräswerkzeuge beim Schruppen. Hier
sind die beiden Fräser so zueinander gelegen, daß ihre Schruppkanten 21 und 21'
seitlich gegenüber den Schlichtschneidkanten 2o und 2o' vorspringen. Beim Umlauf
der beiden Fräser kommen daher die Schruppkanten 21 und 21' und die Spitzen 25 und
25' zum Schnitt, während die Schlichtschnei.dkan.ten 2,o und 20' geschont werden,
damit sie für das nachfolgende Schlichten scharf bleiben. Beim Schruppen werden
die Fräser in der Tiefenrichtung auf das Werkstück zu vorgeschoben. Man kann sie
auch bis zur vollen Eingriffstiefe durch entsprechende Bemessung der Abwälzbewegung
gelangen lassen.
Die Abwälzbeweguiig wird wie üblich durch Umlauf
des Werkstücks um seine Achse und durch Herbeiführung einer zusätzlichen Bewegung
zwischen Werkstück und den Fräsern um eine besondere Achse herbeigeführt. Diese
besondere Achse stellt bei der Abwälzerzeugung eines Kegelrades die Achse eines
imaginären Grundrades dar, dessen Zahnflanken von den Schneidkanten des Werkzeugs
beschrieben werden. Die Fig. i und 2 veranschaulichen das Fräsen im Abwälzverfahren.
Beim Umlauf der Fräser um ihre Achsen 15 und 15' und bei der gegenseitigen Abwälzbewegung
in der Richtung des Pfeiles 29 schnippen die seitlichen Schneidkanten. 2 1 und 2i'
der beiden Fräser die Zahnlücke des Werkstücks G, eines Kegelrades, dessen Zahnflanken
mit 34 und 35 bezeichnet sind. In gestrichelten Linien sieht man bei 36 und 37 die
Lage der beiden Zahnflanken. nach dem Schlichten..
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Ist die Abwälzbewegung in der Richtung des Pfeiles 29 beendet, so
werden die beiden Fräser in Achsenrichtung im Sinne der Pfeile 30 und
30"
(Fig.2) verstellt: Dadurch werden die Schruppkanten 21' und 21 aus der
Schnittlage zurückgezogen, während die dem Schlichten dienenden Schneidkanten 20
und 2o' in die Schnittstellung vorgeschoben werden. Da nun aber mangels besonderer
Vorkehrungen diese axiale Verschiebung der Fräswerkzeuge deren Eingriffstiefe verändern
würde, erfolgt gleichzeitig eine Verstellung in Tiefenrichtung gemäß dem Pfeil
3:2, um die Eingriffstiefe der Werkzeuge unverändert beizubehalten.
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Nach dieser Verstellung wird die Abwälzrichtung gewenäet. Beim Rückwälzen
im Sinne des Pfeiles 33 (Fig.2) gelangen. nunmehr die seitlichen Schneidkanten 2o
und -ö der Fräser in die Stellung zum Schlichten der Zahnflanken 36 und 37 des Werkstücks,
wobei die umlaufenden Werkzeuge und das Werkstück die gegenseitige Abwälzbewegung
ausführen. Der Wälzweg kann so lang bemessen werden, daß die Fräser beim Rückwälzen
vom Werkstück freikommen. Vorzugsweise werden sie jedoch in der Tiefenrichtung zurückgezogen.
Alsdann erfolgt die Teilbewegung des Werkstücks. Beim folgenden Arbeitsspiel wird
die nächste Zahnlücke des Werkstücks erst geschruppt und dann geschlichtet. Bei
der Teilbewegung werden die beiden Fräser in der Richtung ihrer Achsen wieder zurückverstellt,
also entgegen der Richtung der Pleile 30 und 30'. Sie gelangen dann wieder
in die gegenseitige Lage der Fig. i. Gleichzeitig werden sie auch in der Tiefenrichtung
wieder zurückerstellt, entgegen dem Pfeil 32. Wenn sie dann mit dem Werkstück nach
der Teilbewegung wieder in Eingriff kommen, befinden sie sich in der in Fig. i gezeigten
Bereitschaftslage zum Schruppen der nächsten Zahnlücke.
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In den Fig. q. bis io einschließlich ist ein Ausführungsbeispiel der
Maschine nach der Erfindung dargestellt.
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Auf dem Bett q.o der Maschine läuft in Richtung auf das Werkstück
ein Schlitten 41 (Fig. q.), auf welchem in Lagern 43 und 44 eine Wiege 45 angeordnet
ist. Diese Wiege erfährt ihren Antrieb über eine nicht näher gezeigte Schnecke und
ein an der Wiege befestigtes Schneckenrad 46. Der Antrieb der Schnecke erfolgt von
einem im Bett der Maschine angeordneten Motor od. dgl. aus. Vorn auf der Wiege sind
die beiden Frässpindelstöcke 50 und 5 1 schwenkbar angeordnet. Sie können
um eine Achse X (Fig. i i) verschwenkt werden, die mit der Achse der Wiege zusammenfällt.
Die beiden Frässpindelstöcke 50 und 51 enthalten die Spindeln der beiden
Fräser ro und i i. Deren Anordnung und Antrieb ist gleich, aber symmetrisch ausgestaltet.
Es genügt daher die Erläuterung des Antriebs des einen Spindelstocks. Beiden Spindelstöcken
sind dieselben Bezugszahlen zugeordnet. Nur sind die Zahlen des einen Spindelstocks
mit einem Strich versehen.
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Der Fräser io ist an der Hohlspindel 54 mittels einer Zugstange 52
und einer Klemmplatte 53 befestigt. Die Hohlspindel 5:1 hat an ihrem vorderen Ende
einen Kopf, der durch einen Keil 59 mit einem entsprechenden Kopf einer Buchse 55
verbunden ist. Diese läuft im Spindelstock 5o auf im Abstand voneinander angeordneten
Wälzlagern 56 und 57, und an ihrem Kopf trägt sie vorn eine Kegelradverzahnung 58;
über welche der Frässpindelantrieb erfolgt.
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Der Antrieb erfolgt von einer Welle 6o aus, die auf Wälzlagern 61
in einem Halter 62 ruht, der auf dem Schlitten 41 . angebracht ist und sich zusammen
mit diesem verschiebt. Die Welle 6o ist durch eine Klauenkupplung 64 mit einer gleichachsigen
Welle 65 verbunden, die auf Wälzlagern 66 und 67 in einer Buchse 68 läuft. Diese
Buchse 68, die gleichachsig zur Wiege 4.5 liegt, hat hinten einen Flansch, der an
der Hinterfläche der Wiege angeschraubt ist.
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Die Welle 65 hat an ihrem vorderen Ende eine Kegelradver zahnurig
7o, die mit den Kegelrädern 7 i und 71' der beiden Spindelantriebe kämmt. Das Kegelrad
7, ist auf dem einen Ende einer Welle 72 aufgekeilt, die in eine hohle Teleskopwelle
73 gleitend eingreift. Die Hohlwelle 73 ist auf Wälzlagern 74 und 75 in einem Halter
76 gelagert und trägt ein aufggekeiltes Kegelrad 78. Die Welle 79 läuft auf Wälzlagern
8o und 81 in dem Halter 76. Ihr vorderes Ende weist eine Kegelradverzahnung 83 auf,
die mit einem Kegelrad 84. kämmt, das mittels eines Wälzlagers 85 auf einem Schlitten
92 gelagert ist. Das Kegelrad 84 ist nun auf einer Welle 86 äufgekeilt, die an ihrem
vorderen Ende einen Kegelzahnkranz 87 trägt und in zwei Wälzlagern 88 ruht: Der
Zahnkranz 87 treibt das Kegelrad 58 und damit die Frässpindel io an. Auf der Welle
86 ist ein Schwungrad go befestigt. Es ist gegen axiale Verstellung durch eine auf
die Welle 86 aufgeschraubte Mutter gi gesichert.
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Die beiden Halter 76 und 76' sitzen auf Schlitten 92 und 92,
die geradlinig verschiebbar und einstellbar auf Armen 93 und 93' sitzen. Diese beiden
Arme sind um die Achse X der Wiege 45 schwenkbar und einstellbar angeordnet. Die
Spindelstöcke 5o und 51 sitzen im Winkel um die Wellen 86 und 86' verstellbar auf
dem Schlitten g2 und 92'.
Dabei liegen die Achsen der Wellen 86
und 86' in einer Ebene, die sich rechtwinklig zur Achse k der Wiege erstreckt. In
der Mitte der Wiege ist bei 94' ein Führungsglied 94, angeschraubt, das dem Zweck
dient, die Arme 93 und 93' bei ihrer Schwenkbewegung auf der Wiege zu führen. Dieser
Führungsteil hat eine bogenförmige Führungsleiste 99, die in einen Bogenschlitz
der Unterseite des Armes 93 bzw. 93' eingreift. In ihrer jeweiligen Einstellage
auf der Vorderfläche der Wiege 4.5 wird der Arm 93 bzw. 93' auf dem Schlitten 92
bzw. 92' durch eine Klemmschraube io4. bzw. io.t' festgeklemmt, die in einen T-Schlitz
auf der Vorderfläche der Wiege 45 eingreift. Der Spindelstock 5o wird auf dem Schlitten
92 in seiner jeweiligen Einstellage durch Klemmleisten 116 und Schrauben 117 (Fig.
9 und io) gesichert. Der Schlitten 92 hat eine bogenförmige Umfangsfläche i 18 konzentrisch
zur Achse I' der Welle 86, um diese Einstellung zu gestatten. In entsprechender
Weise ist der Schlitten 92' ausgestaltet.
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Die Winkeleinstellung der Arme 93 und 93' bietet die Möglichkeit,
die Fräser 1o und i i entsprechend der Verjüngung der zu fräsenden Zahnlücke zueinander
zu neigen. Durch die radiale Verstellung der Schlitten 92 und 92' auf den Arm 93
und 93' kann man die Fräser auf die Kegeldistanz des Werkstücks einstellen, also
auf den mittleren Abstand der zu verzahnenden Werkstückfläche auf der Kegelspitze.
Die Winkelverstellung der Spindelstöcke So und 5i auf den Schlitten 92 und 92 bietet
die Möglichkeit, Werkstücke der verschiedensten Gestalt zu bearbeiten, wie später
näher zu erläutern ist.
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Die Fräswerkzeuge io und ii können in der beschriebenen Weise in Achsenriclltung
verstellt «-erden, um abwechselnd ihre Schruppkanten und ihre Schlichtkanten zum
Schnitt zu bringen. Dies geschieht auf hydraulischem Wege mittels eines Kolbens.
Die hydraulischen Stellwerke für die Verstellung der beiden Fräser stimmen miteinander
überein, so daß es genügt, eines dieser Stellwerk: zu erläutern. Zum Verstellen
des Fräsers io dient ein hydraulischer Kolben 95, der in einen Nippel
96
eingeschraubt ist, welcher seinerseits in die Hohlwelle 5a, eingeschraubt
ist. An der Verschiebung des Kolbens nehmen daher die Hohlwelle 54. und der Fräser
io teil. Auf das äußere Ende des Nippels 96 ist eine Mutter 97 aufgeschraubt, durch
die der Kolben gegenüber der Hohlwelle in Längsrichtung eingestellt werden kann.
Der Kolben läuft in einem Zylinder 98, der auf die Buchse 55 aufgeschraubt ist.
Der Kolben 95 wird beiderseits mit der Triebflüssigkeit über Leitungen ioo und ioi
beaufschlagt, die mit in der Wandung des Zylinders 98 vorgesehenen Kanälen 102 und
103 in Z'erbindung stehen.
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Gleichzeitig mit der axialen Verstellung der Werkzeuge muß der Schlitten
4.1 in Richtung von dem Werkstück fort oder auf dieses zu verstellt werden, um die
Werkzeuge für den mit Bezug auf Fig. 2 erläuterten Zweck in Tiefenrichtung zu verstellen.
Bewirkt wird die Verschiebung des Schlittens .1 .1 auf liydrauliscllem Wege durch
einen Kolben los, der in einem auf dem Schlitten .I1 vorgesehenen Zylinder roh angeordnet
ist und feststeht. Seide Kolbenstange 107 ist nämlich durch eine Mutter io8 an einem
Halter iog befestigt. Dieser Halter ist am Rahmen 4.o bei iio an-,-schraubt. Am
Schlitten 4.1 sind Kanäle i i i und 112 vorgese'hen, welche die Triebflüssigkeit
d"en beiden Seiten des Kolbens io6 zuleiten..
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Die Verstellung der Fräser in Achsenrichtung und die Bewegung des
Schlittens 41 auf das Werkstück hin und von diesem fort erfolgen gleichzeitig. Die
Richtung dieser Bewegungen wird durch einen Drehschieber i 15 gesteuert (Fig. d.
und 8), dessen Gehäuse von dem Schlitten -.i gebildet wird. Dieser Drehschieber
ist mit den beiden Seiten des Kolbens i o5 durch Kanäle i i i und 112 und mit ,den
beiden S S eiten der Kolben 95 und 95' durch Kanäle ioo
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und ioi verbunden. Dem Schiebergehäuse wird die Druckflüssigkeit durch
eine Leitung 117 zugeführt, während der Abfluß von dem Gehäuse durch eine Leitung
118 erfolgt.
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Nimmt der Schieber die Stellung der Fig. d und 8 ein, so sind die
Leitungen ioi und iii auf Zufluß und die Kanäle ioo und 112 auf Abfluß geschaltet.
Die Kolben io5, 95 und 95' befinden sich in den in diesen Figuren gezeigten Stellungen.
Wird der Schieber 115 umgesteuert, so werden die Kanäle ioo und i12 auf Zufluß und
die Kanäle ioi und i i i auf Abfluß geschaltet, so daß die Kolben 95 und 95' umgesteuert
werden und zu den anderen Enden ihrer Zylinder 98 und 98' gelangen, während der
Zylinder io6 mit dem Schlitten .I,1 gegenüber dem Kolben io5 verschoben wird. In
Fig. q. sind die Fräswerkzeuge in den Stellungen zum Schlichten dargestellt. Wird
der Drehschieber ii5 umgesteuert, so gelangen dadurch die Fräswerkzeuge aus der
in Fig..I gezeigten Schlichtstellung in die Schruppstellung, wobei der Schlitten
d.1 um das gebotene Maß zurückgezogen wird.
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Bei der veranschaulichten Maschine wird die Drehung des Drehschiebers
115 durch die Pendelbewegung der Wiege an deren Umkehrpunkten abgeleitet. Zu diesem
Zweck sind an der Wiege d5 einstellbar zwei Klinken i2o und 121 (Fig. 6) imAbstand
voneinander angebracht. Jede dieser Klinken sitzt nämlich auf einem T-Bolzen 122,
der in eine bogenförmige T-Nut 123 auf der Rückfläche der Wiege eingreift. Die Klinken
können in zwei Schalträder 124 und 125 eingreifen, die durch Keile auf derselben
Welle 126 (Fig. 7 und .4) befestigt sind und entgegengesetzt gerichtete Schaltzähne
128 und 129 aufweisen, in welche die ebenfalls entgegengesetzt gerichteten Klinken
120 eingreifen können. Diese Klinken sind nun in einer solchen axialen Stellung
und in einer solchen Winkellage angeordnet, daß am Ende der Pendelbewegung der Wiege
im Gegenuhrzeigersinn das Schaltrad 124 durch die Schaltklinke i 2o geschaltet wird,
während die Klinke 121 am Ende der entgegengesetzten Pendelbewegung der Wiege das
Schaltrad 125 antreibt. An beiden Enden der Wälzbewegung der Wiege erfolgt daher
die Drehung der Welle 126 im
einen oder im anderen Sinne. Diese
Welle ist nun durch Stirnräder 130 und 131 (Fig.4) mit der Welle 132 des
Drehschiebers 115 gekuppelt. Daher erfolgt die Umschaltung des Drehschiebers
115 zur Verstellung der beiden Fräset an den Hubenden der Abwälzbewegung
der Wiege.'
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Das zu bearbeitende Werkstück G sitzt auf der im Werkstückspindelstock
135 (Fig. 5) laufenden Werkstückspindel. Dieser Spindelstock sitzt einstellbar auf
einer verschwenkbaren Grundplatte 136. Diese ist drehbar und einstellbar auf einem
Schlitten 137 angebracht, der auf dem Bett 4ö der Maschine" in Richtung auf die
Wiege verschiebbar ist.
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Beim Fräsvorgang wird das Werkstück im Takt mit der Pendelbewegung
der Wiege hin und her gedreht. Das Werkstück läuft also bei der Aufwärtsschwingung
der Wiege in der einen Richtung und beim Rücklauf der Wiege in der entgegengesetzten
Richtung um. Der Antrieb des Werkstücks ist von der Schneckenwelle 140 (Fig. 4)
der Wiege durch Kegelräder 141, 42, 144 und die Welle 145 abgeleitet. Diese Welle
steht mit einer Welle i47 in Triebverbindung (Fig. 5), die im Schlitten 137 gelagert
und mit der Werkstückspindel der Maschine durch den folgenden Getriebezug gekuppelt
ist: Stirnräder 48, 149, Kegelräder 150, 151, 152 und 153, Schrägwelle 154, Kegelräder
155 und 156, Teleskopwelle 157, Kegelräder 158, 159, Welle 16o, Teilgetrieberäder
161, 162, 1163 und eine nicht gezeigte Schneckenwelle. Dieser Getriebezug kann in
der üblichen Weise ausgebildet sein. Wie bereits erläutert, schruppen die Fräset
bei dem einen Abwälzhub eine Zahnlücke aus und werden dann in Achsen- und Tiefenrichtung
verstellt, worauf sie beim Rückwalzen die Zahnlücke schlichten. Am Ende der Rückwälzung
der Wiege wird der Schlitten des Werkstückspindelstocks zurückgezogen, so daß das
Werksdick von den Fräsern freikommt. Dann erfährt es seine Teil-Bewegung. Gleichzeitig
hiermit werden die Fräs-Werkzeuge in Achsenrichtung verstellt, und der Schlitten
41 wird zurückgezogen, so daß die Fräswerkzeuge wieder in ihre Schruppstellung zurückkehren.
Nach beendigter Teilbewegung läuft der Werkstückschlitten zurück in die Arbeitslage,
also in Richtung auf die Wiege, um das Werkstück in Eingriff mit den nunmehr verstellten
Fräswerkzeugen zu bringen und um damit ein neues Arbeitsspiel einzuleiten.
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Die -Mittel zur Teilbewegung des Werkstücks und zum Umsteuern der
Wiege und der Werkstückspindel sowie der Antrieb für den Schlitten 137 in Richtung
auf die Wiege und von dieser fort; bedürfen keiner näheren Erläuterung, da sie nichts
Neues bieten.
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Die Winkelverstellungen der Frässpindelstöcke 5o und 51 um die Achsen
der Wellen 86 und 86' bilden ein wesentliches Merkmal der Erfindung. Denn durch
diese Verstellungen wird die Möglichkeit geschaffen, Zahnräder durch Abwälzung an
imaginären Zahnrädern zu erzeugen, welche die verschiedenste Gestalt annehmen können.
Das ist in den Fg. r i bis 13 schematisch veranschaulicht. Dort ist die Achse der
Frässpindel 55 und Achse der Welle 86 mit Y bezeichnet. Um die Achse Y schwingt
der Spindelstock 5o bei seiner Einstellung. Die Achsen Z und Y liegen in der gemeinsamen
Ebene P, doch ist die Achse Z zur Achse Y um den Eingriffswinkel des Fräswerkzeugs
io geneigt, also gemäß der Neigung der seitlichen Schneidkante 21 des Fräsers io
zur Achse Z.
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Durch die Winkelverstellung des Spindelstocks 5ö um die Achse Y der
Welle 86 kann die Ebene P parallel zur Achse X der Wiege eingestellt oder auch zur
Achse X beliebig geneigt werden. Verläuft die Ebene P zur Achse X parallel, so beschreiben
die Schneidkanten des Werkzeugs die Flankenflachen eines " nominellen Planrades,
d. h. eines Rades; dessen Stirnfläche einen Kegelwinkel von go° hat, während der
Teilkegelwinkel etwas kleiner als 9o°1 ist: Dies ist das Grundrad bei der Erzeugung
geradverzahnter Kegelräder nach dem üblichen Abwälzverfahren:
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Man kann nun aber erfindungsgemäß den Fräset derart um die Achse Y
verschwenkt einstellen, daß seine Schneidkanten die Flanken eines wahren Planrades
beschreiben, also eines Zahnrades, dessen Teilkegelwinkel sich auf 9o° beläuft.
Das ist in Fig. 12 zu ersehen. Dort ist die Ebene P zur Achse X um den Zahnfußwinkel
des Planrades geneigt, der sich gewöhnlich auf 2 oder 3° beläuft. Wird das Werkzeug
am Werkstück G' abgewälzt, so wird bei der Pendelbewegung der Wiege um ihre Achse
X und bei der gleichzeitigen Drehung des Werkstücks um die Achse W der Werkstückspindei
eine Zahnflanke erzeugt, die- einem wahren Planrad C zugeordnet ist.
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Durch die beschriebene Verstellung kann weiter das Werkzeug io so
eingestellt werden, daß seine Schneidkanten die Flanken eines beliebigen Kegelrades
beschreiben, das dem zu fräsenden Zahnrad zugeordnet ist. Die Zahnflanken des Werkstücks
werden dann also im Abwälzverfahren durch Abwälzen an diesem imaginären Gegenrad
erzeugt. Das veranschaulicht Fig. 13. Hier ist die Fläche P zur Achse X der Wiege
derart geneigt, daß das Fräswerkzeug ro eine Zahnflanke des Zahnrades F darstellt,
das mit dem zu fräsenden Zahnrad G" kämmen soll. Die Werkstückachse W verläuft rechtwinklig
zur Achse X der Wiege. Diese Achse X stellt die Achse des Gegenrades dar. Beide
Zahnräder kämmen mit aufeinander senkrechten Achsen.
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Durch entsprechende Winkelverstellung um die Achse X kann man also
das Fräswerkzeug derart einstellen, daß eine Tangentialebene zu seiner Spitzenfläche
an dem Punkte ihrer Berührung mit der Zahnfußfläche des Werkstücks um jeden gewünschten
Winkel zur Achse der Wiege geneigt liegt, wodurch vom Werkzeug die Zahnflanken jedes
beliebigen Grundrades bei der Abwälz-Bewegung beschrieben werden können. Auch können
durch diese Einstellung und eine Einstellung der Werkstückspindel an "dem Werkstück
Zahnflanken herausgefräst werden, welche genau dieselbe Gestalt haben wie die Zahnflanken,
die ohne jede Abwälzbewegung am Werkstück erzeugt
werden könnten.
Die Maschine nach der Erfindung läßt sich daher wahlweise entweder zum Profilfräsen.
von Verzahnungen verwenden, d. h. zum Erzeugen von Verzahnungen, deren Profil mit
demjenigen des Fräswerkzeugs übereinstimmt, oder zum Erzeugen von Verzahnungen nach
dem Abwälzverfahren.
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Das Verfahren, mit dessen Hilfe Zahnflanken am Werkstück erzeugt werden
können, die genau so gestaltet sind, als wären sie ohne Drehung des Werkstücks um
seine Achse oder ohne Relativbewegung von Werkstück und Werkzeug um die Wiegenachse
erzeugt, stellt ein neues Erfindungsinerkmal dar. Es ist dies schematisch in Fig.
14 wiedergegeben. Hier ist das Fräswerkzeug io um die Achse Y entsprechend dem Fußkegelwinkel
des Werkstücks G' eingestellt. Die Werkstückspindel ist derart eingestellt,
daß ihre Achse W gegenüber der Achse X der Wiege ausgerichtet ist. Wenn dann die
Werkstückspindel und die Wiege um ihre Achsen mit derselben Geschwindigkeit umlaufen,
erfolgt keine relative Verstellung zwischen dem Werkzeug und der am Werkstück herauszufräsenden
Zahnflanke. Es findet nur in der Tiefenrichtung ein Vorschub des Werkzeugs in Richtung
auf das Werkstück statt, und daher erhalten die am Werkstück herausgefrästen Zahnflanken
dasselbe Profil, als stünde das Werkstück still und als wäre die Werkzeugachse zur
Wiegenachse um den Grundkegelwinkel geneigt.
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Die vorstehenden Darlegungen über die Einstellung des Fräsers io und
des Frässpindelstocks 5o um die Achse Y der Welle 86 gilt in entsprechender Weise
für die Einstellung des Spindelstocks 51 mit dem Fräser i i um die Achse der Welle
86'. Man kann also die beiden Fräser so einstellen, daß ihre Schneidkanten die Flankenflächen
eines imaginären Zahnrades beschreiben, das jedes gewünschte Grundrad bei der Abwälzerzeugung
darstellen kann. Man kann aber auch jedes gewünscht; Kegelrad oder Klauenkupplungsteil
nach dem Profilfräsverfahren herstellen.
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Gemäß den Fig. 12 und 13 wird das Fräswerkzeug so eingestellt, daß
es an den Enden des Zahnrades bis zur gewünschten Tiefe der Zahnlücke in Eingriff
kommt. In der Mitte der Zahnlücke ergibt sich dann eine größere Tiefe. Wenn man
das wünscht, kann man aber auch die Einstellung so treffen, daß die Zahngrundebene
des Werkstücks den Fräserumfang in der Mitte der Zahnlücke berührt. Dann hat die
Zahnlücke nur in der Mitte die volle Tiefe und wird an ihren Enden etwas flacher.
In jedem Falle aber stellt man das Werkzeug am besten so ein, daß die Ebene P in
der Mitte der Zahnlückenlänge senkrecht zur Zahngrundebene liegt. Die Fräsebene
des Werkstücks, d. h. eine Ebene, die tangential zum Fräserumfang verläuft, ist
dann zur Achse X um den Winkel geneigt, der zum Herausfräsen der gewünschten Zahnfußebene
des Werkstücks erforderlich ist. Was hier über das eine Fräswerkzeug angegeben ist,
gilt natürlich für die Einstellung beider Fräser, da diese entsprechend zueinander
eingestellt sind. Zwar ist die Erfindung vorstehend in Anwendung auf Fräswerkzeuge
erläutert, deren Schneidkanten auf der einen Seite in Ebenen liegen, die auf den
Fräserachsen senkrecht stehen; doch kann diese Seite eines jeden Fräsers auch hohl
gestaltet sein, so daß die Schneidkanten auf einer Hohlkegelfläche liegen, die zum
Fräser gleichachsig verläuft. Eine solches Werkzeug erzeugt dann längs gewölbte
Zahnflanken, die nur im mittleren Abschnitt der Zahnflanken zum Tragen kommen, wenn
sie mit einem entsprechenden Gegenrad kämmen, oder mit einem entsprechenden Gegenrad
als Klauenkupplungsteile zum Eingriff kommen. Auch brauchen natürlich die seitlichen
Schneidkanten der Fräser nicht geradlinig zu verlaufen. Sie können kreisbogenförmig,
nach Art einer Evolvente oder sonstwie gekrümmt sein.
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Zwar ist die Erfindung in Anwendung auf eine Arbeitsweise erläutert,
bei welcher eine Zahnlücke bei der Abwälzbewegung in der einen Richtung schruppt
und dieselbe Zahnlücke bei Rückwälzung von Werkzeug und Werkstück geschlichtet wird;
doch kann man die Erfindung auch in anderer Weise anwenden. So kann z. B. nur bei
der Abwälzung in der einen Richtung ein Fräsvorgang stattfinden und die Teilbewegung
bei der Rückwälzung herbeigeführt werden. In diesem Falle werden sämtliche Zahnlücken
des Werkstücks erst vorgeschruppt. Dann erfolgt die Verstellung der Fräser von der
Schruppstellung in die Schlichtstellung, worauf sämtliche Zahnlücken nacheinander
geschlichtet werden. Dabei wird es erforderlich, daß das Werkstück vor seiner Fertigstellung
um zwei Umdrehungen schrittweise weitergeschaltet wird.