Titel: Die Schneckengetriebe und die Maschinen zur Herstellung derselben.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1898, Band 309 (S. 8–13)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj309/ar309004

Metallbearbeitung.
Die Schneckengetriebe und die Maschinen zur Herstellung derselben.

Von Prof. Pregél in Chemnitz.

Mit Abbildungen.

Die Schneckengetriebe.

Wie bereits erwähnt, sind die schraubenförmig gewundenen Zahnkörper bei den vorbeschriebenen Schraubenrädern auf einem cylindrischen Radkranze angeordnet. Naturgemäss wird das kleinere, ein-, zwei- oder dreizähnige Rad eine Schnecke mit ein bezieh. zweifachem Gewindegange sein, während das grössere, mehrzähnige Rad eine Schraube mit z-fachem Gewinde auf cylindrischer Grundform bleibt. Da beim Eingriffe dieser Räder die augenblickliche Berührungsstelle theoretisch auf einem Punkte, in Wirklichkeit auf eine sehr kleine, durch den Zahndruck abgeplattete Fläche beschränkt bleibt und diese Druckstelle die Lage wechselt, so wird in Folge grosser Flächenpressung eine allmählich sich ausbildende Abnutzung an den Radzähnen vernehmbar werden, sofern das Material der Schnecke widerstandsfähiger als jenes der Radzähne ist. In solchem Falle wirkt die Schnecke als Triebwerk und unbeabsichtigt als Werkzeug. Durch diese Neuformung der Radzähne wird das Druckfeld erweitert und die Berührung stetiger gemacht, der zufolge die Flächenpressung sich so lange abmindert, bis der Beharrungszustand erreicht wird. Eine weitere Ausbildung dieser Flächenumformung ist jedoch durch die verhältnissmässig geraden Radzähne begrenzt, deren Elemente an den äusseren Radbreiten nicht zum Eingriff gelangen. Es liegt daher nahe, das grosse Rad der Schnecke besser anzupassen, indem der Radkranz concav oder hohlkehlenartig abgedreht wird, um darin die Schraubenzähne einzuarbeiten. Eine zweite Erweiterung, des Eingriffes ist durch Anpassung des Schneckengetriebes an den Umfang des Rades zu erreichen gesucht worden.

Hindley aus York hatte bereits im vorigen Jahrhundert auf einer besonderen Maschine die Uhrglasschnecke (hour glass worm) geschnitten, welche Sweaton 1) wie folgt |9| beschreibt (The threads of this endless screw were formed upon a solid, whose sides were terminated by arches of circles), vgl. Willis 1846 * S. 163. Die Gewindegänge dieser Schnecke sind auf einem (Rotations-) Körper gebildet, dessen Seiten (Erzeugende) nach einem Kreisbogen begrenzt sind.

Dieses unter dem Namen Hindley-Schnecke bekannte Getriebe findet in neuerer Zeit vielfache Anerkennung und praktische Anwendung. In der Fig. 1 ist a das Schneckenrad mit dem darauf befestigten Schneidzahn b, während c ein kegelförmiger Führungsstift ist. Die Schneckenwelle d ist ferner mittels Stirnräderwerke f von veränderbarer Uebersetzung mit dem Aufspanndorne verbunden, auf welchen das Werkstück g, die Hindley-Schnecke aufgespannt ist (vgl. Rominger, Schneckenräderfräsemaschine, D. p. J. 1895 295 * 204). Um die gleitende Reibung abzumindern, sind die Zähne des Rades a (Fig. 2) als Rollen b ausgebildet, welche in die Hindley-Schnecke c einsetzen.

Textabbildung Bd. 309, S. 9

Während in diesem Falle, um die Stetigkeit des Eingriffes zu sichern, die Hindley-Schnecke eine ausreichende Länge besitzen muss, wird diese bei mehrzähnigen grösseren Schneckenrädern genügend begrenzt sein müssen, damit der auslaufende Gewindezahn h (Fig. 1) nicht die Zähne des Rades unterschneidet, was neben den anderen Unzulänglichkeiten ein Hauptfehler dieses Triebwerkes wäre. Die wechselnden Eingriffsgeschwindigkeiten der Schnecke, die schwierige Nachstellung in axialer Richtung und die Umständlichkeit der Herstellung der Schnecke sind Schwächen dieses Getriebes. Während die cylindrische Schnecke ausnahmslos auf der Drehbank geschnitten oder in einfachster Weise gefräst werden kann, muss die Herstellung der Hindley-Schnecke in Abhängigkeit von der Rad form erfolgen, was aber von anderer Seite als ein Vorzug angesehen wird.

Textabbildung Bd. 309, S. 9

Die Gewindegänge der cylindrischen Schnecke a zeigen im Hauptachsenschnitte die Form einer Zahnstange, deren Zahnflanken entweder nach einer Evolvente (Fig. 3 und Fig. 5) gezeichnet sind. Dementsprechend werden auch die Radzähne b im Mittelachsenschnitt die zugehörigen Zahnflanken aufweisen, welche durch ein Fräse Werkzeug von selbst erzeugt werden, welches der zugehörigen Schnecke in den Hauptelementen gleicht. Die äusseren Grundflächen dieser Radzähne b sind nach der Schneckenachse unter Winkel gerichtet, die 60° (Fig. 4), 90°, 120° betragen und die in neuester Zeit als Zonenschnitte bis an die 180° reichen können. Durch diese Erweiterung der schrägen Zahnbegrenzungen wird das Druckfeld zwischen Schnecke und Rad beträchtlich erweitert.

Textabbildung Bd. 309, S. 9

Wenn auch die Schneckenradzähne selbsthätig durch das Fräsewerkzeug erzeugt werden und deshalb eine besondere zeichnerische Darstellung derselben überflüssig ist, so kann es in manchen Fällen doch angezeigt sein, diese durch Zeichnung zur Anschauung zu bringen. Im vorliegenden Falle und zum besseren Verständnisse der folgenden Erläuterung dienend, ist in Fig. 5 bis 11 eine cylindrische Schnecke a in ihren Wechselbeziehungen zu einem Zahne b des Schneckenrades vorgeführt. Hierbei bezeichnen die durch o gezogenen Starkstriche den Theilkreis in b und die Theillinie an a, und während die Zonenschnitte I bis IV, an b den einzelnen Schnitten v, u, t und s entsprechend, den Zahnprofilen der Schnecke ab, cd, ef und gh gegenüber gestellt sind, finden sich diese in Fig. 6 in jener Lage überdeckt, welche der Schraubenlinie entsprechen. Ebenso ist in w, x, y und z die Endfläche |10| des Radzahnes dargestellt, welche nach der Achse der Schnecke convergirt. Aus dieser Zeichnung können die schwierigen und doch streng gesetzmässigen Formen der Zahnelemente leicht beurtheilt werden, deren genaue Herstellung auf gewöhnlichem Wege so grosse Schwierigkeiten bereitet.

Die verhältnissmässig einfachste Bearbeitung mittels einer schräg geführten Scheibenfräse a (Fig. 12 und 13) liefert nicht schraubenförmige, sondern gerade Zahnkörper b, welche zwar nach dem Steigungswinkel der Schneckentangirenden im Berührungspunkte gerichtet sind, in keiner Weise aber an die Gewinde des Schneckenkörpers passen. Um dieses herbeizuführen, müssen vorerst die äusseren Zahnecken c zugeschärft und hierauf mittels Meissel und Feile die Zahnflächen bei d muldenförmig ausgearbeitet werden. Trotz dieser Nacharbeiten wird ein genaues Schneckenrad kaum zu erwarten sein.

Ein anderes früher übliches, zur Correctur gerad geschnittener Schneckenzähne geübtes Verfahren besteht darin, an Ort und Stelle in der Maschine (Gangspill, Krahn u.s.w.) anstatt der Triebschnecke einen Schneckenfräser (Fig. 14 und 15) in das Schneckenrad eingreifen und dasselbe mittels des angegebenen Schneckenfräsewerkzeuges in leichter Gangart treiben zu lassen. Nach diesem umständlichen Verfahren wird es zwar möglich, annähernd richtige Schneckenradzähne zu erhalten, doch haften dieser rauhen, unsachgemässen Bearbeitungsweise so viele Mängel an, dass sie nur als Nothbehelf angesehen werden kann.

Textabbildung Bd. 309, S. 10

Besser ist das Verfahren, eine richtige Schnecke mit einem Holzmodelle in Eingriff zu bringen und demgemäss die Zähne des Schneckenrades auszuschneiden. Abgesehen von der mit jedem Holzmodelle verbundenen Formenungenauigkeit, kommen noch die Kosten des Gusses und das beinahe stets unvermeidliche Nachrichten der gegossenen Radzähne hinzu.

Das beste bislang geübte Verfahren ist das Ausarbeiten mittels einer Schneckenfräse (hob) in einer besonders eingerichteten Maschine mit zwangläufiger Verbindung von Werkstück und Fräsewerkzeug. Aber auch diesem Arbeitsverfahren haftet ein principieller Mangel, ein Widerspruch insofern an, dass, abgesehen von den nicht zusammenpaarenden Elementen bei einer Schnittschaltung normal zum Raddurchmesser, die Steigungswinkel am Kopf- und Wurzelende des Zahnes der Schneckenfräse und des Schneckenrades verschieden grosse sind, deshalb Verschneidungen kaum vermieden werden können. Immerhin ist nach dieser Arbeitsmethode die unmittelbare Erzeugung eines Schneckenrades ermöglicht, dessen Zahnformen in Fig. 16 und 17 die richtige Gestalt zeigen. (Engineering, 1897 Bd. 43 * S. 438.)

Sprague's Hindley-Schneckengetriebe.

Von der Sprague Electric Elevator Co. werden zur Anfertigung von Rad und Schnecke (vgl. D. p. J. 1897 305 * 180) Maschinen von Pratt und Whitney gebraucht, in denen mittels einer senkrecht stehenden Schneckenfräse das Schneckenrad, mittels eines kreisenden Messerkopfes aber die Schnecke geschnitten wird.

Textabbildung Bd. 309, S. 10

Es bedarf kaum eines Hinweises, dass die Schnecken fräse der Schnecke und der Messerkopf dem Schneckenrade in den Elementen vollständig gleicht und dass Werkzeug und Werkstück in beiden Fällen zwangläufige Verbindung besitzen. Nach einer Mittheilung im American Machinist, 1897 Bd. 20 Nr. 12 * S. 234 bezieh. 246, sollen ohne besondere Abänderungen in solcher Weise geschnittene Schneckentriebwerke trotzdem nicht ordentlich zusammengehen. Aus Fig. 18 ist die Arbeitsweise behufs Herstellung der Hindley-Schnecke mittels Messerkopf ersichtlich, während in Fig. 19 s die zu schneidende Schnecke, t einen der z-Schneidzähne und u den Querschnitt des Schneckenradzahnes bedeutet.

Textabbildung Bd. 309, S. 10

Nun ist ab die im Kreise r sich bewegende Stirnkante des Schneidzahnes t, welche den Boden des Schneckenzahnes bearbeitet, während ein Schnittpunkt c des Schneckenrades den Schneckenkreis de trifft, welcher durch die Schneidkante e erzeugt wird, der dem Kreise r1 entspricht. Demnach collidirt der Schnittpunkt c im Abstande r mit dem Kreise de, welcher durch ein Element der Schneidkante e erzeugt wird, dessen Abstand r1 ist. |11| Hiernach muss nach irgend einem Verfahren die Schnecke an der Stelle etwas nachgeschnitten werden. Uebrigens wird die aussen cylindrisch umhüllte Schnecke s (Fig. 20) am Gewindeboden nach dem Schnittkreise der Messerscheibe t verlaufen.

Textabbildung Bd. 309, S. 11

Um auch hier einer Staffelbildung (bei a) zu begegnen, muss der Boden des Schneckengewindes nach einem etwas vergrösserten Schnittkreise nachgeschnitten werden, und damit an dem Ende der Schneckengewinde s zwischen diesen und den Radzähnen u (Fig. 20) Flankenspiel vorhanden sei, werden die Messer t einer zweiten Messerscheibe dem grösseren Schnittkreise entsprechend aus der Strichlage t1 in jene t verstellt erscheinen.

Textabbildung Bd. 309, S. 11

Ebenso wie die Schnecke s, wird nach gleicher Weise und mit denselben Mitteln auch der Schneckenfräser f (Fig. 21) geschnitten und seine Grundform erhalten, aus dem die Fräsezähne ausgearbeitet werden.

Textabbildung Bd. 309, S. 11

Um dieses Werkzeug dauerhaft zu machen, werden die Brustflächen der Schneckenschneidzähne mit Stahlplatten belegt. Wie aus den Fig. 20 und 21 zu ersehen ist, erhalten die Querschnitte des Schneckengewindes s nur im Mittelzahn symmetrische Form, während die anderen einseitig ausfallen und nach dem Mittel der Messerscheibe convergiren (Fig. 22). Wenn aber, wie in Fig. 23 gezeigt, eine normale Schnecke als Fräsewerkzeug f wirkt, so werden die Schnitte im Schneckenrade u einseitig staffelförmig ausfallen. Es würde hier zu weit führen, um auf alle Feinheiten, namentlich in Bezug des zweiten, zum Nachschneiden dienenden Messerkopfes einzugehen, erwähnt sei nur noch mit Bezug auf Fig. 20, dass nur der in der Momentanachse liegende Radzahn die beiden Gewindeflanken berührt, während die Berührung der beiden Nachbarzähne nur mit ihren dem Mittelzahne zugekehrten Flanken erfolt.

J. H. Gibson's Schneckenradfräsemaschine mit tangential zum Radkreise geschaltetem Schlagzahne.

Von Hulse and Co. in Manchester ist die in Fig. 24 bis 27 nach Engineering, 1897 Bd. 43 * S. 438, dargestellte Schneckenradfräsemaschine gebaut, deren Werkzeug ein kreisender Schlagzahn ist, der nach jeder vollendeten Umdrehung des Werkrades sammt seinem Lagerschlitten in der Richtung der Tangirenden zum Schneckenradtheilkreise schaltet und so nach Durchgang des Eingriffsbogens die Verzahnung des Radkranzes vollendet. Querschnitt des Schlagzahnes, Schräglage desselben zur Drehungsachse entsprechen vollständig dem Hauptachsenschnitte eines Gewindeganges der Schnecke. Deshalb müssen zum Schneiden doppelter bezieh. dreifacher Gangsteigungen zwei bezieh. drei entsprechend versetzte, unter 180° bezieh. 120° angeordnete Schlagzähne vorgesehen sein.

Textabbildung Bd. 309, S. 11

Am Bettkasten a ist der Spindelstock mit Stufenscheibe b und Rädervorgelege c angesetzt, deren Spindelwelle d einestheils zur Bethätigung eines Schneckentriebwerkes f, andererseits zum Betriebe eines Versatzräderzuges t herangezogen wird. Mit dem Schneckenrade f wird ein senkrechter Hohlzapfen g mit Planscheibe h und Aufspanndorn i getrieben, auf dem das Werkstückrad k befestigt ist. In dieses greift der bereits erwähnte Schlagzahn p ein, dessen Lagerschlitten l auf einer Wange m gleitet, während diese in den Querführungen n eine der Radgrösse k angepasste Anstellung erhält. Der Schlagzahn p ist in einem Scheibenkopfe eingespannt, der an einer Schraubenwelle q unmittelbar angeschlossen ist, welche in einem Kammzapfen r eingezogen ist, der mittels Stirnrad s und |12| Versatzräder t seine Drehbewegung von der Spindelwelle d empfängt. Der Querverlegung der Führungswange m entsprechend, muss das Kammlager u auch nachstellbar und mit demselben auch die Versatzräder t verrückbar sein. Es ist ferner am inneren Kammzapfenbund ein 42zähniges Stirnrad aufgekeilt, neben diesem aber ein 40zähniges Rad mit Muttergewinde auf der Schrauben welle q aufgeschraubt und durch Rahmenwerk an den Kammzapfen gehalten. In diesem Rahmen laufen zwei Planetenräder v, welche in bekannter Weise mit den beiden Rädern von ungleicher Theilung im Eingriffe stehen.

Textabbildung Bd. 309, S. 12

An dem Rahmen ist zudem eine Zahnscheibe w angebracht, in deren Zahnschnitte ein Stäbchen x einsetzt, welches von einem Schwinghebel y mittels eines an der Planscheibe h angesetzten Daumens z bethätigt wird, wodurch der Rahmen mit den Planetenrädern v an der Drehung verhindert, in Folge dessen die Schraubenwelle q mit dem Schlagzahne p geschaltet wird.

Textabbildung Bd. 309, S. 12

In Folge dessen wandert der fortkreisende Schlagzahn von 1 stetig bis zum Auslaufpunkte 2, während für Linksgangsteigung die Schaltung von 2 gegen 1 verläuft. Weil nun der Schlagzahn in der Anfangsstellung nur den abgedrehten Umfang des Radkranzes streift, mit fortsteigender Schaltung beständig tiefer eindringt, so werden in der Scheitelstellung 3 die Zahnlücken des Schneckenrades k eigentlich fertig sein, doch ist ein Fortbetrieb bis 2 zu empfehlen, damit der Schlagzahn p auch die Vollendung der hinteren Zahnflanken sichert. Mit dem Austritte des Schlagzahnes p im Punkte 2 ist auch das Schneckenrad fertiggestellt.

Textabbildung Bd. 309, S. 12

zu bemerken ist noch, dass die in Fig. 25 gezeichnete Schlangenlinie am Lagerschlitten den Schaltweg desselben darstellt.

J. E. Reinecker's Schneckenräderfräsemaschine.

Die erheblichen Schwierigkeiten, welche beim Fräsen von Schneckenrädern, namentlich solchen für mehrgängige Schnecken auftreten, sind durch ein gänzlich neues, von J. E. Reinecker in Chemnitz-Gablenz erdachtes Verfahren (D. R. P. Nr. 81418) und mittels einer besonderen Maschine (vgl. D. p. J. 1896 299 * 273) gänzlich beseitigt worden, so dass nunmehr die Herstellung genauer Schneckenradzähne fast keine Schwierigkeiten mehr bereitet, der zufolge durch beschleunigte Arbeitsweise auch die Herstellungskosten von gefrästen Schneckenrädern sich bedeutend ermässigen. Der billigere Herstellungspreis, sowie der durch die genaue Zahnform bedingte höhere Wirkungsgrad sind Momente, welche der Anwendung der Schneckentriebwerke förderlich sind und diesem vorzüglichen Triebwerk zur Anerkennung verhelfen.

Als Werkzeuge dienen hinterdrehte Schneckenfräser mit steil gewundenen Schnittriffen, durch welche 'die schneidende Zahnbrust der Zähne gebildet wird und in welche die Zahnrücken einmünden. Weil nach dem Verfahren von J. E. Reinecker die Schnecke tangential zum Theilkreise des Schneckenrades geschaltet wird und der Angriff am Schnittbeginne zu stark würde, sind die Schneidzähne nach Art der Gewindeschneidbohrer verjüngt abgedreht.

In Fig. 28 ist sowohl das Werkzeug als auch das Schneckenrad mit Schnecke dargestellt, aus welchem die eigenartigen Gestaltungsformen dieser Theile ersichtlich sind.

Die neue, nach Originalzeichnungen in Fig. 29 und 30, dargestellte Schneckenradfräsemaschine trägt am Bettständer a den Spindelstock b für das Treibrad c und die Planscheibe d für das Werkrad bezieh. den Aufspanndorn f mit |13| dem Rahmenlager g, in dessen Längsschlitzen der durch Tragspindel h gestützte Tischwinkel i befestigt wird, während Schraubenstützen k das Rahmenlager g mit dem Bettständer a verstreben.

Textabbildung Bd. 309, S. 13

Stufenscheiben l mit Rädervorgelege m betreiben mittels Kegelumkehrräder n eine Fernrohrgelenkwelle o und diese treibt ferner durch das Schneckengetriebe p die doppelten Winkelwellen q, von denen mittels Stirnräder r die Fräserspindel s bethätigt wird. Durch diese Einrichtung wird eine Winkelverdrehung des Tisches t ermöglicht, auf welchem der Fräserschlitten u durch bekannte Räderverbindungen v unmittelbar vom Deckenvorgelege geschaltet wird. Vom oberen Winkelrade des Umkehrgetriebes n zweigt ferner eine stehende Welle w ab, von der mittels Schneckengetriebe x und Versatzräder y die Bethätigung des Schneckentriebrades z erfolgt. Während also die Schaltung der Fräserspindel s ganz unabhängig vom Deckenvorgelege mittels Stufenscheibe a1 durchgeführt wird, wozu die Räderwerke b1c1 mit dem Wendetriebwerke d1 dienen, welche der Bauweise der üblichen Universalfräsemaschine von Reinecker entsprechen (vgl. D. p. J. 1896 299 * 254), wird zwischen der kreisenden Bewegung des Fräsewerkzeuges s und dem Triebrade z jene zwangläufige Beziehung bestehen, durch welche die Zähnezahl im Werkrade bestimmt wird und die als bekannt vorausgesetzt, nunmehr übergangen werden kann.

Textabbildung Bd. 309, S. 13

Eine Vergleichung der älteren Verfahren mit den neueren, jetzt besprochenen, sowie dieses Verfahrens von J. E. Reinecker mit den beschriebenen, namentlich mit jenem von J. H. Gibson zeigt ohne weiteres die Ueberlegenheit der Reinecker'schen Methode. Wenn auch hier das theure Fräsewerkzeug dem billigen Schlagzahn von Gibson gegenüber gestellt würde, so könnte dementsprechend ins Feld geführt werden, dass die Vollkommenheit des Arbeitserfolges wahrscheinlich die Kosten des theuren Fräsers voll aufwiegt.

|8|

Sweaton war der erste, welcher im J. 1769 gusseiserne Zahnräder im Carron-Eisenwerk zur Anwendung brachte.

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