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Messerkopf zum Herstellen von Zahnrädern Die Erfindung bezieht sich
auf einen Messerkopf zum Herstellen von Zahnrädern, der durch relativen Vorschub
zum Werkstück die Zahnlücken nach und nach bis zur vollen Tiefe herausarbeitet.
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Bei den bisher üblichen Messerköpfen dieser Art sind die einzelnen
Messer so angeordnet, daß sie gleichzeitig auf beiden Seiten und im Grund der Zahnlücke
zum Schnitt kommen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere bei Abnahme eines
starken Spanes, also bei schnellem Vorschub des Messerkopfes gegenüber dem Werkstück,
leicht der Fall eintreten konnte, daß die Späne an den Messern anfraßen und Ausfressungen
an den Ecken der Messer hervorriefen, wodurch Schrammen auf den Zahnflanken entstanden.
Natürlich wird durch diese Ausfressungen die Lebensdauer der Messer erheblich herabgesetzt.
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Bei Fräsköpfen mit festen Schneidstählen, die als Ganzes beim Schruppen
in Richtung senkrecht zum Zahngrund vorgeschoben werden, ist es bereits bekannt,
abwechselnd rechts und links schneidende Stähle zu verwenden. Aber auch bei diesen
Stählen wird das Entstehen von Ausfressungen an der von den beiden schneidenden
Kanten gebildeten Ecke der Stähle nicht vermieden.
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Die Ausfressungen sind nicht nur darauf zurückzuführen, daß das Messer
an den Ecken - also dort, wo die beiden Seitenschneidkanten mit der
Firstkante
zusammenstoßen - des kleinen Wärmeableitungsquerschnittes wegen infolge der starken
Wärmezufuhr überhitzt wurde, sondern im wesentlichen darauf, daß die beiden Späne,
die von der Zahnflanke und vom Zahngrund abgenommen werden, sich gegenseitig ineinanderschieben
und infolge der hierbei entstehenden hohen Temperatur an die Ecke des Messers angeschweißt
werden.
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Diesem Übel hat man dadurch abzuhelfen gesucht, daß man die Menge
und den Druck des Kühlmittels erhöhte, das den schneidenden Messern zugeführt wird.
So hat man besondere Einrichtungen getroffen, um den Kühlmittelstrahl unmittelbar
auf die Brustfläche und die Ecken jedes einzelnen schneidenden Messers zu richten,
wobei der Druck des Kühlstrahles so stark erhöht wurde, daß der Strahl die meisten
Späne fortspült, bevor diese an den Messern festbrennen können. Wenn hierdurch auch
gewisse Verbesserungen erzielt wurden, so blieb doch noch viel zu wünschen übrig.
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Nun ist es bei Gewindebohrern bereits bekannt, diese so auszubilden,
daß aufeinanderfolgende Zähne abwechselnd nur die Flanken oder nur den Grund der
Gewindenut bearbeiten. Hierbei erfolgt indessen kein Vorschub in der Weise, daß
das Werkzeug bis zum Einschneiden in voller Zahneingriffstiefe in das Werkstück
vorgeschoben wird. Der Grund dieser Schneidenunterteilung ist darin zu sehen, daß
Eckenspäne vermieden werden sollen, um eine bessere Abführung der Späne durch die
Spannuten zu erreichen.
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Auch bei Sägeblättern ist es bekannt, die Zähne abwechselnd seitlich
und nach oben vorspringen zu lassen. Indessen bearbeiten dennoch sämtliche Zähne
der Säge nur den Grund der im Werkstück erzeugten Nut, nicht aber deren Flanken,
da ja die Zähne hinterschliffen sind und daher auf die parallelen Bahnen der Nut
gar nicht einwirken können. Diese Säge bietet daher kein Vorbild für ein Fräswerkzeug,
welches den Grund und die Flanken einer Verzahnung herausarbeiten soll.
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Beim Drehen von Gewinden ist es bekannt, mit einem Drehstahl den Grund
und mit einem anderen die Flanken der Gewindenut zu bearbeiten. Auch sind Schneckenfräser
zur Herstellung von Gewinden bekannt, die derart kegelförmig ausgebildet sind, daß
die Messer oder Zähne fortschreitend dicker werden. Auch hieraus läßt sich nicht
die vorliegende Erfindung ableiten, welche vorsieht, daß die die Flanken und die
den Grund der Zahnlücken bearbeitenden Fräserzähne abwechseln.
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Schließlich ist eine Verzahnungsmaschine durch die Zeitschrift »Maschinenbau«
vom 3. Februar 1927, Seite 1o5, bekanntgeworden, die drei unabhängige und unabhängig
bewegliche Schneidstähle verwendet. Der erste Stahl schneidet auf der einen Seite
einer Zahnlücke, der zweite Stahl auf der gegenüberliegenden Seite der Zahnlücke
und der dritte in der Mitte der Zahnlücke. Die drei Stähle sind in einem Kopf gelagert,
der ständig umläuft, ebenso wie auch das Werkstück. Hierbei bewegt sich jeder Stahl,
während er die Werkstückfläche berührt, unter der Steuerung einer Kurvenscheibe
derart, daß er eine pfeilförmige Zahnlücke herausarbeitet. Bei dieser bekannten
Maschine handelt es sich also weder um einen Messerkopf mit starr an ihm befestigten
Schneidzähnen noch um eine Anordnung, bei welcher der mittlere Schneidstahl die
Flankenschneidstähle von der Bearbeitung des Zahnlückengrundes völlig entlastet.
Jeder der beiden Flankenschneidstähle kommt nicht nur mit seinen Flanken, sondern
auch mit seiner Stirnkante zum Schnitt.
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Die Erfindung macht sich die auf Grund der auf verschiedenen Gebieten
der Zerspanungstechnik bekannten Maßnahmen, die das Entstehen von Spänen unbequemer
Formen verhindern sollen, gewonnenen Erkenntnisse bei der Gestaltung eines Messerkopfes
zum Herstellen von Zahnrändern, der durch relativen Vorschub zum Werkstück die Zahnlücken
nach und nach bis zur vollen Tiefe herausarbeitet, zunutze.
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Erfindungsgemäß wird der Messerkopf so ausgebildet, daß er drei verschiedene
Gruppen von Messern hat, die sämtlich starr am Messerkopf befestigt und in einem
Kreis angeordnet sind, und zwar die eine Gruppe zur Bearbeitung der rechten Flanke
der Zahnlücke, die zweite Gruppe zur Bearbeitung der linken Flanke der Zahnlücke
und die dritte Gruppe zur Bearbeitung des Zahnlückengrundes, daß die Messer mindestens
sowohl an den Flanken, die eine Schneidfunktion haben, als auch an ihren Stirnflächen
hinterschliffen sind, daß die Messer jeder Gruppe die gleiche Höhe haben, daß jedes
der Flankenschneidmesser bei jedem Umlauf des Messerkopfes im wesentlichen mit der
ganzen Länge seiner seitlichen Schneidkante, mit der es in die Zahnlücke eintaucht,
zum Schnitt kommt, und daß ihm ein Grundschneidmesser unmittelbar vorausläuft, das
über das ihm folgende Flankenschneidmesser mindestens um das Maß des Vorschubes
vorspringt.
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Eine solche Aufteilung der Messer in drei Messergruppen, bei der jedem
Flankenschneidmesser ein Grundschneidmesser vorausläuft, bei der die Anzahl der
Grundschneidmesser also doppelt so groß ist wie die Anzahl der Flankenschneidmesser
jeder Gruppe, hat außer dem Vermeiden des Anfalls von Eckenspänen noch zur Folge,
daß bei den üblichen Eingriffswinkeln der herzustellenden Zähne ein guter Ausgleich
der Stärke der an den Flanken herausgeschnittenen Späne zur Stärke der am Zahnlückengrund
herausgeschnittenen Späne erfolgt. Dieser Ausgleich trägt wesentlich zur Verlängerung
der Standzeit des Messerkopfes bei, der zum Schärfen aus der Maschine herausgenommen
werden muß, sobald die Messer einer der drei Messergruppen stumpf werden. Die Verlängerung
der Standzeit und somit der Lebensdauer eines erfindungsgemäß ausgebildeten Messerkopfes
ergibt sich trotz der durch die Anordnung je eines Grundschneidmessers zwischen
zwei Flankenschneidmessern gegenüber einem üblichen Messerkopf gleichen Durchmessers,
an dem keine besonderen Grundschneidmesser angeordnet sind, bedingten Verringerung
der Anzahl der Flankenschneidmesser
auf die Hälfte. Auch bei großer
Vorschubgeschwindigkeit wird mit einem solchen Messerkopf eine glatte Schnittfläche
erreicht.
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In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
in Anwendung auf einen Messerkopf veranschaulicht. In diesen zeigt Fig. i einen
Teilgrundriß eines Messerkopfes nach der Erfindung, Fig. 2 eine im Aufriß gesehene
Abwicklung mit vier aufeinanderfolgenden Messern zur Veranschaulichung der gegenseitigen
Lage der Grundmesser zu den Flankenmessern, Fig. 3 eine schematische Darstellung
der aufeinandergelegten Brustflächen eines Grundmessers und zweier Flankenmesser
zur Veranschaulichung der bevorzugten Abmessungen der Messer, Fig. q. bis 7 eine
schematische Darstellung der von den aufeinanderfolgenden Messern der Fig.'i, 2
und 3 ausgeführten Schnitte.
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Der in den Zeichnungen dargestellte Messerkopf besteht aus einem umlaufenden
Kopf io üblicher Ausführung und aus kreisförmig angeordneten Messern. Die Messer
sind in der üblichen Weise in Schlitzen des Messerkopfes durch Bolzen i i gesichert,
die durch Löcher 12 der Schäfte 13 der Messer hindurchgehen und in den Kopf eingeschraubt
sind. Die die Schneidkanten der Messer tragenden Enden springen wie üblich von der
Seitenfläche des Messerkopfes in dessen Achsenrichtung vor. Beilagen 14 und 15 geeigneter
Stärke dienen zur Einstellung der Messer in der Durchmesserrichtung.
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Die Eingriffswinkel der inneren und äußeren Flankenmesser sind entsprechend
dem Eingriffswinkel der zu erzeugenden Zahnflanken gewählt. Der Abstand zwischen
den Außenschneidkanten 20 und den Innenschneidkanten 21, Fig. 3, in der Durchmesserrichtung
des Messerkopfes gemessen, bestimmt die Breite der herauszufräsenden Zahnlücke.
Das entsprechende Einstellen erfolgt wie üblich mit Hilfe der Beilagen. Gemessen
wird der Abstand, die sogenannte Schnittbreite, zwischen den Kanten der Außen- und
Innenflankenmesser.
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Die Flankenmesser haben wie üblich einen Freischnittwinkel, so daß
sich ihre Schneidkanten frei schneiden. Auch die Stirnflächen sind hinterdreht,
um sicherzustellen, daß die Messer beim Schärfen ihr Schnittprofil beibehalten und
um einen sauberen Schnitt auch dann zu erzielen, wenn die Messer etwa gelegentlich
vom Zahngrund einen leichten Span abnehmen sollten.
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Die den Zahngrund bearbeitenden Messer 18 sind entweder länger als
die Flankenmesser 16 und 17 oder sie sind im Messerkopf so eingestellt, daß ihre
Stirnkanten 22 in der Achsenrichtung des Messerkopfes über die Ecken 24 und 25 der
Flankenmesser hinausragen, und zwar um einen Abstand d, Fig. 3, der größer bemessen
ist als der Abstand des Vorschubes des Messerkopfes zwischen aufeinanderfolgenden
Schnitten. Die Stirnschneidkanten 22 der Messer 18 nehmen daher vom Grund der Zahnlücken
des Werkstückes einen Span ab und entlasten daher entsprechend die Ecken 24. und
25 der Flankenmesser, so daß diese einen herausgefrästen Zahngrund vorfinden. Die
Schnittbreite der Stirnkante 22 der Grundmesser ist kürzer oder zum mindesten nicht
länger als die Schnittbreite der Flankenmesser, um sicherzustellen, daß nicht etwa
die Grundmesser 18 auch die Flanken bearbeiten.
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Die Seitenkanten 26 und 27 der Grundmesser 18 haben einen kleineren
Neigungswinkel als die seitlichen Schneidkanten der die Flanken bearbeitenden Messer.
Hierdurch soll verhindert werden, daß die Grundmesser etwa die Flanken bearbeiten.
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Die Stirnflächen der Grundmesser 18 sind natürlich hinterschliffen,
so daß sich die Schneidkante 22 frei schneidet. Entsprechendes gilt für die seitlichen
Schneidkanten der Grundmesser, damit diese nicht auf den Zahnflanken des Werkstückes
entlangschleifen.
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Wie in Fig.2 ersichtlich, sind die Brustflächen der Grundmesser ausgekehlt,
so daß die Brustfläche, von der Schneidkante aus gesehen, rückwärts um den Winkel
h zum Schaft des Messers geneigt verläuft. Auch kann die Brustfläche der Grundmesser
seitlich geneigt verlaufen, um den herausgefrästen Span lockenförmig nach der einen
oder der anderen Seite hin herauszudrehen. Ob diese Schräge nach der einen oder
anderen Seite hin verläuft, ist gleichgültig. In Fig.2 ist die Schräge der Brustflächen
der Grundmesser veranschaulicht, und zwar zeigen die gestrichelten Linien die inneren
Kanten der Brustflächen.
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Die Fig. q. bis 7 veranschaulichen die Schnittwirkung des Messerkopfes
beim Herausschruppen der Zahnlücken aus dem Werkstück 3o. Dieses Werkstück ist der
Einfachheit halber nur angedeutet. Während des Fräsvorganges läuft der Messerkopf
stetig um seine Achse g l um und erfährt hierbei gleichzeitig einen Vorschub in
Achsenrichtung. Die Messer sind in den Fig. q. bis 7 in den Stellungen gezeigt,
die sie einnehmen, nachdem der Messerkopf bereits ein Stück vorgeschoben ist.
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In Fig. q. wird veranschaulicht, wie eines der Grundmesser 18 einen
Span 33 vom Grund der Zahnlücke 32 mit seiner Schneidkante 22 abnimmt. Die Seitenkanten
26 und 27 des Grundmessers greifen nicht an den Flanken der Zahnlücke an, weil ihr
Eingriffswinkel kleiner als derjenige der Flankenmesser ist und weil sie daher gegenüber
den Zahnflanken einen gewissen Spielraum haben.
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Dem Grundmesser 18 der Fig. q. folgt das Innenflankenmesser 17, Fig.
5. Da die Schneidkante dieses Messers in der Durchmesserrichtung des Messerkopfes
nach innen über die Schneidkante 27 des vorhergehenden Grundmessers vorspringt,
nimmt es einen Span 36 von der Zahnflanke 35 der Zahnlücke 32 ab. Hingegen nimmt
es keinen Span vom Zahngrund ab, weil das vorhergehende Grundmesser 18 in der Achsenrichtung
über die Stirnkante des Flankenmessers 17 weiter vorspringt, als der Vorschub zwischen
den beiden aufeinanderfolgenden Schnitten beträgt.
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Der Messerkopf wird während seines Umlaufes in Richtung auf das Werkstück
vorgeschoben. Das
nächste Messer ist wiederum ein Grundmesser, Fig.
6. Es nimmt einen Span 33' vom Grund der Zahnlücke ab, entsprechend dem inzwischen
fortgeschrittenen Vorschub.
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Dann folgt ein die äußeren Flanken bearbeitendes Messer 16. Bevor
dieses zum Schnitt gelangt, ist ein weiterer Vorschub erfolgt. Dennoch nimmt das
Messer 16 am Grund der Zahnlücke keinen Span ab, da das vorhergehende Messer 18
entsprechend weit über die Stirnkante des Messers 16 vorspringt. Lediglich die Zahnflanke
37 der Zahnlücke wird durch Abnahme des Spanes 39, Fig. 7, bearbeitet.
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Die aufeinanderfolgenden Messer arbeiten in dieser Weise je einen
Span heraus, bis die Zahnlücke mit ihrer vollen Tiefe herausgearbeitet ist. Dann
wird der Messerkopf zurückgezogen und das Werkstück wie üblich geteilt, worauf der
nächste Vorschub zum Herausarbeiten der nächsten Zahnlücke erfolgt.
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Die Fig. 5 und 7 zeigen, daß die Flankenmesser 16 und 17 mit den Ecken
ihrer Schneidkanten schmale Späne herausarbeiten. Weil aber der Grund der Zahnlücke
fast in voller Breite durch das vorhergehende Grundmesser i8 herausgefräst ist,
sind die Späne so schmal, daß sie zu keiner Überhitzung der Ecken des Messers führen
und daher nicht festbrennen. Gewünschtenfalls kann man natürlich jegliche Spanabnahme
durch die Flankenmesser am Zahngrund verhindern. Zu diesem Zweck braucht man nur
die Schnittbreite der Flankenmesser ebenso groß wie die Schnittbreite der Grundmesser
zu bemessen. Wenn das geschieht, bearbeiten die Flankenmesser nur die Flanken, während
die Grundmesser wegen ihres geringeren Eingriffswinkels an diesen frei vorbeilaufen.