DE102011102288B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung - Google Patents

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Abstract

Zur Herstellung eines Zahnrads mit einer Schrägverzahnung wird ein Werkstoff auf einer Oberfläche einer Schneidplatte mit einer Öffnung angeordnet. Die Öffnung weist eine innere Schrägverzahnung auf. Ein zu einer Oberfläche der Schneidplatte benachbarter Teil der inneren Schrägverzahnung bildet eine Negativform der Schrägverzahnung des herzustellenden Stirnrads. In der Öffnung der Schneidplatte befindet sich ein Auswerfer, der an seinem Umfang eine zu der inneren Schrägverzahnung der Öffnung korrespondierende äußere Schrägverzahnung aufweist. Ein Stempel, der an seinem Umfang eine äußere Geradverzahnung aufweist, wird in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Schneidplatte auf die Oberfläche der Schneidplatte zu bewegt. Dabei wird der Werkstoff zumindest teilweise in die Öffnung der Schneidplatte gepresst und der Auswerfer wird in der Öffnung in einer durch die innere Schrägverzahnung der Öffnung geführten Schraubenbewegung bewegt. Die Schraubenbewegung weist einen linearen Anteil auf, der zur Bewegung des Stempels gleichgerichtet ist.

Description

  • Die Erfindlung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Stirnrädern mit einer Schrägverzahnung.
  • Im Stand der Technik sind mehrere Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern bekannt. Diese können ein Zerspanen nach dem Abwälzprinzip, ein Zerspanen nach dem Teilungsverfahren, ein Profil- oder Wälzschleifen, ein Umformverfahren oder ein Urformverfahren umfassen.
  • Bei spanenden Fertigungsverfahren können sowohl Werkzeuge mit geometrisch bestimmten Schneiden wie beispielsweise Wälzfräser, Stoßräder, Schaberäder, Hobelkämme, Räumwerkzeuge und Messerköpfe, als auch Werkzeuge mit geometrisch unbestimmten Schneiden wie zum Beispiel Schleifschnecken, Schleifscheiben und Honräder verwendet werden. Typischerweise umfasst die Herstellung von Zahnrädern mit spanenden Fertigungsverfahren mehrere Arbeitsgänge, die nacheinander durchgeführt werden.
  • Außerdem sind Arbeitsgänge zu berücksichtigen, die vor oder nach der Herstellung der Verzahnung durchgeführt werden. Diese können ein Abschlagen, Drehen, Fräsen, Schmieden und/oder Stanzen, das vor der Herstellung der Verzahnung durchgeführt wird, sowie ein Entgraten, Schleifen, Honen und/oder Walzen, das nach der Herstellung der Verzahnung durchgeführt wird, umfassen.
  • Bei Zahnrädern hoher Qualität können Profilabweichungen und Teilungsabweichungen bis hinab zu wenigen Mikrometern verlangt werden. Zur Herstellung solcher Zahnräder mittels spanender Fertigungsverfahren werden in manchen Verfahren nach dem Stand der Technik Vorrichtungen verwendet, die Walzfräsmaschinen, Wälzschleifmaschinen, Wälzstoßmaschinen, Schabemaschinen, Wälzhobelmaschinen sowie Schleif- und Honmaschinen umfassen können.
  • Wegen der erforderlichen Anzahl einzelner Arbeitsgänge kann die Herstellung von Zahnrädern mit spanenden Fertigungsverfahren relativ aufwändig sein. Vor allem dann, wenn eine hohe Herstellungsgenauigkeit erforderlich ist, werden für die einzelnen Arbeitsgänge hochwertige und damit teure Vorrichtungen benötig, so dass die Herstellung präziser Zahnräder mit spanenden Fertigungsverfahren relativ teuer sein kann.
  • Urformverfahren werden vor allem zur Herstellung von Kunststoffzahnrädern verwendet, die durch Spritzgussverfahren hergestellt werden können. Außerdem ist es möglich, Metallzahnräder durch Sinterverfahren herzustellen, die sich vor allem für Zahnräder mit einer Geradverzahnung eignen.
  • Umformverfahren eignen sich insbesondere für die Herstellung von Stirnrädern und Kegelrädern. Beispielsweise können zur Herstellung von Zahnradrohlingen Schmiede- und Fließpressverfahren verwendet werden. Durch Feinschmieden, Rollen, Profilwalzen und andere Umformverfahren können jedoch auch maßgenaue Fertigräder hergestellt werden.
  • Außer mit den oben genannten Verfahren können Zahnräder auch durch Feinschneiden hergestellt werden. Beim Feinschneiden ist im Vergleich zu anderen Verfahren eine geringere Anzahl einzelner Arbeitsgänge erforderlich.
  • Beim Feinschneiden wird ein Werkstoff, der beispielsweise ein Blechstreifen sein kann, zwischen einer Schneidplatte und einer Andruckplatte eingeklemmt, um den Werkstoff festzuhalten. Dann wird durch Bewegen eines Stempels auf die Schneidplatte zu ein Stück des Werkstoffs ausgeschnitten und in eine Öffnung der Schneidplatte gepresst. Dabei übt ein Auswerfer, der sich in der Öffnung der Schneidplatte befindet, eine der durch den Stempel ausgeübten Kraft entgegengesetzte, aber kleinere Kraft auf den Werkstoff aus, so dass das ausgeschnittene Stück des Werkstoffs zwischen dem Stempel und dem Auswerfer eingeklemmt ist. Im Vergleich zum Stanzen kann beim Feinschneiden eine wesentlich höhere Herstellungsgenauigkeit erreicht werden.
  • Feinschneideverfahren nach dem Stand der Technik sind für die Herstellung von Stirnrädern mit einer Geradverzahnung, bei der die Zähne parallel zur Drehachse des Zahnrads angeordnet sind, gut geeignet. Bei der Herstellung von Zahnrädern mit einer Schrägverzahnung, bei der die Zähne spiralförmig um die Achse gewunden sind, treten bei bekannten Feinschneideverfahren jedoch Probleme auf.
  • In der EP 2 208 552 A1 wird ein Verfahren zum Feinschneiden beschrieben, bei dem ein Werkstoff zwischen einer Pressplatte und einer Schneidplatte eingespannt wird. Aus dem Werkstoff wird mittels eines Schneidstempels und eines entgegengesetzt wirkenden, in der Schneidplatte geführten Gegenhalters, ein Werkstück ausgeschnitten. Während des Schnittvorgangs führen der Schneidstempel und der Gegenhalter relativ zur Schneidplatte gleichzeitig eine vertikale Relativbewegung und eine rotative Relativbewegung aus.
  • Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass durch die rotative Relativbewegung zwischen dem Schneidstempel und der Schneidplatte ein Drehmoment in Teile des Werkzeugs, an denen der Schneidstempel angebracht ist, eingeleitet wird. Dadurch tritt eine erhebliche mechanische Belastung dieser Werkzeugteile auf.
  • Außerdem folgt bei dem Verfahren gemäß der EP 2 208 552 A1 der Werkstofffluss zwischen den Schneidkanten des Schneidstempels und der Schneidplatte nicht der Spiralform der Bewegung des Schneidstempels. Das kann einen negativen Einfluss auf die Qualität der Schnittflächen haben und zum Drängen des Schneidstempels im Schneidabbruch führen.
  • In der DE 33 24 680 A1 wird ein Verfahren zum Feinschneiden beschrieben, mit dem Werkstücke zumindest an Teilbereichen ihrer Außenschnittflächen konisch oder keilförmig gestaltet werden können. Zu diesem Zweck wird ein Werkstück, während es ausgeschnitten wird, in eine sich zumindest auf Teilumfangsflächen verjüngende bzw. verengende Ausnehmung der Schneidplatte hineingedrückt. Dadurch wird der Schneidvorgang durch einen Prägevorgang überlagert. Mit diesem Verfahren können Zahnräder hergestellt werden, deren Zähne eine konische Form haben und sich in axialer Richtung des Zahnrads verjüngen.
  • Ein Nachteil des Verfahrens gemäß der DE 33 24 680 A1 ist, dass damit keine Zahnräder mit einer Schrägverzahnung hergestellt werden können, bei der beide Flanken der Zähne relativ zur Achse des Zahnrads in der gleichen Richtung geneigt sind.
  • Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass beim Hineindrücken des Werkstücks in die sich konisch verjüngenden Ausnehmungen der Schneidplatte Material verdrängt wird, das dann zu anderen Teilen des Werkstücks fließt. Dadurch ändert sich in Teilen des Werkstücks die Materialstärke.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung bereitzustellen, mit denen einige oder alle der oben genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können, insbesondere soll erreicht werden, dass die mechanische Belastung von Teilen der Vorrichtung, die bei der Herstellung des Stirnrads verwendet wird, verringert wird, dass ein günstigerer Werkstofffluss zwischen Schneidkanten eines Stempels und einer Schneidplatte erreicht werden kann, dass eine Schrägverzahnung hergestellt werden kann, bei der beide Flanken der Zähne relativ zur Achse des Zahnrads in der gleichen Richtung geneigt sind, und dann eine Änderung der Materialstärke in Teilen des Werkstücks vermieden werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
  • Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung gemäß der Erfindung umfasst eine Schneidplatte, einen Auswerfer und einen Stempel. Die Schneidplatte umfasst eine Öffnung, die eine innere Schrägverzahnung aufweist. Ein zu einer Oberfläche der Schneidplatte benachbarter Teil der inneren Schrägverzahnung bildet eine Negativform der Schrägverzahnung des herzustellenden Stirnrads. Der Auswerfer weist an seinem Umfang eine zu der inneren Schrägverzahnung der Öffnung korrespondierende äußere Schrägverzahnung auf, so dass der Auswerfer in der Öffnung der Schneidplatte in einer durch die innere Schrägverzahnung geführten Schraubenbewegung bewegbar ist. Der Stempel ist in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schneidplatte linear beweglich und weist an seinem Umfang eine äußere Geradverzahnung auf. Der Stempel und der Auswerfer sind derart ausgebildet, dass durch lineares Bewegen des Stempels auf die Oberfläche der Schneidplatte zu ein auf der Oberfläche der Schneidplatte angeordneter Werkstoff zumindest teilweise in die Öffnung der Schneidplatte gepresst wird und dabei der Auswerfer in der Öffnung der Schneidplatte eine Schraubenbewegung mit einem zur Bewegung des Stempels gleichgerichteten linearen Anteil ausführt.
  • Bei der Herstellung eines Stirnrads mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung führt der Stempel eine lineare Bewegung aus. Dadurch wird in die Teile der Vorrichtung, an denen der Stempel befestigt ist, und die dafür ausgebildet sind, den Stempel zu bewegen, kein Drehmoment eingeleitet. Durch die Schraubenbewegung des Auswerfers wird ein Drehmoment in die Schneidplatte und ihre Befestigung eingeleitet, die aber nicht beweglich sein müssen und deshalb stabil und massiv ausgebildet sein können. Dadurch wird die Stabilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zur Vorrichtung gemäß der EP 2 208 552 A1 verbessert.
  • Da in der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Stempel linear und in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Schneidkanten bewegt wird, kann der Werkstofffluss zwischen den Schneidkanten des Stempels und der Schneidplatte der linearen Stempelbewegung folgen. Dadurch wird die Qualität der Schnittflächen im Vergleich zur Vorrichtung gemäß der EP 2 208 552 A1 verbessert und ein Drängen des Stempels kann vermieden oder zumindest verringert werden.
  • In der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt der Auswerfer eine Schraubenbewegung aus. Somit kann die innere Schrägverzahnung der Öffnung, die eine Negativform der Schrägverzahnung des herzustellenden Stirnrads bildet, mit schraubenförmigen Rillen, die den Zähnen der Schrägverzahnung des herzustellenden Stirnrads entsprechen, ausgebildet werden. Dadurch wird die Herstellung eines Stirnrads, bei dem beide Flanken der Zähne relativ zur Achse des Stirnrads in der gleichen Richtung geneigt sind, ermöglicht. Da ein solches Stirnrad unabhängig vom Schrägungswinkel der Schrägverzahnung das gleiche Volumen hat wie ein Stirnrad mit einer entsprechenden Geradverzahnung, ändert sich beim Hineindrücken des Werkstoffs in die Öffnung der Schneidplatte nur die Form des Werkstoffs, nicht aber sein Volumen. Dadurch kann eine Änderung der Materialstärke in Teilen des Stirnrads vermieden werden.
  • in manchen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung zusätzlich eine Andruckplatte zum Einklemmen des Werkstoffs zwischen der Andruckplatte und der Schneidplatte. Der Stempel ist in einer Öffnung der Andruckplatte beweglich. In manchen Ausführungsformen weist die Andruckplatte eine Ringzacke auf, die die Öffnung der Andruckplatte ringförmig umschließt. Durch die Andruckplatte und die Ringzacke kann der Werkstoff auf der Schneidplatte fixiert und ein Nachfließen des Werkstoffs beim Ausschneiden des Stirnrads vermieden werden.
  • In manchen Ausführungsformen weist die Öffnung der Andruckplatte eine zu der äußeren Geradverzahnung des Stempels korrespondierende innere Geradverzahnung auf, so dass der Stempel in der Öffnung der Andruckplatte durch die innere Geradverzahnung geführt linear beweglich ist. Dadurch kann eine höhere Herstellungsgenauigkeit des Stirnrads erhalten werden.
  • In manchen Ausführungsformen hat ein Querschnitt der äußeren Geradverzahnung des Stempels entlang einer Ebene parallel zur Oberfläche der Schneidplatte eine Form, die zu einem Querschnitt der inneren Schrägverzahnung der Öffnung in der Schneidplatte entlang der Oberfläche der Schneidplatte korrespondiert. Dadurch kann ein kleiner Schneidspalt zwischen den Schneidkanten des Stempels und der Schneidplatte, und damit eine hohe Herstellungsgenauigkeit der Schrägverzahnung, erreicht werden.
  • In manchen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung zusätzlich einen Antrieb zum Verstärken eines Rotationsanteils der Schraubenbewegung des Auswerfers. Dadurch können die Schneidkanten an der Schneidplatte stabilisiert werden.
  • In manchen Ausführungsformen weist der Auswerfer auf einer beim Betrieb der Vorrichtung dem Werkstoff zugewandten Fläche Mitnehmerelemente zur Übertragung eines Rotationsanteils der Schraubenbewegung des Auswerfers auf den Werkstoff auf. Dadurch kann eine Übertragung des Rotationsanteils der Schraubenbewegung des Auswerfers auf den Werkstoff verbessert werden.
  • In manchen Ausführungsformen umfassen die Mitnehmerelemente Vorsprünge auf der beim Betrieb der Vorrichtung dem Werkstoff zugeordneten Fläche des Auswerfers. In manchen Ausführungsformen sind die Mitnehmerelemente auf Seitenflächen der Zähne der äußeren Schrägverzahnung des Auswerfers angeordnet.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung gemäß der Erfindung wird ein Werkstoff auf einer Oberfläche einer Schneidplatte mit einer Öffnung angeordnet. Die Öffnung weist eine innere Schrägverzahnung auf. Ein zu einer Oberfläche der Schneidplatte benachbarter Teil der inneren Schrägverzahnung bildet eine Negativform der Schrägverzahnung des herzustellenden Stirnrads. In der Öffnung der Schneidplatte befindet sich ein Auswerfer, der an seinem Umfang eine zu der inneren Schrägverzahnung der Öffnung korrespondierende äußere Schrägverzahnung aufweist. Ein Stempel, der an seinem Umfang eine äußere Geradverzahnung aufweist, wird in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Schneidplatte auf die Oberfläche der Schneidplatte zu bewegt. Dabei wird der Werkstoff zumindest teilweise in die Öffnung der Schneidplatte gepresst und der Auswerfer wird in der Öffnung in einer durch die innere Schrägverzahnung der Öffnung geführten Schraubenbewegung bewegt. Die Schraubenbewegung weist einen linearen Anteil auf, der zur Bewegung des Stempels gleichgerichtet ist.
  • Durch dieses Verfahren können die oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung beschriebenen Vorteile ebenfalls erhalten werden.
  • In manchen Ausführungsformen wird der Werkstoff zwischen der Oberfläche der Schneidplatte und einer Andruckplatte eingeklemmt und der Stempel wird durch eine Öffnung in der Andruckplatte hindurch bewegt.
  • In manchen Ausführungsformen weist die Andruckplatte eine Ringzacke auf, die die Öffnung der Andruckplatte ringförmig umschließt. Die Ringzacke dringt beim Einklemmen des Werkstoffs vollständig in den Werkstoff ein.
  • In manchen Ausführungsformen wird ein Rotationsanteil der Schraubenbewegung des Auswerfers durch einen Antrieb verstärkt.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2a, 2b und 2c schematische Darstellungen von Stadien der Herstellung eines Stirnrads gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
  • 3 eine schematische Darstellung eines Auswerfers, der bei der Herstellung eines Stirnrads gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung von Teilen einer Vorrichtung 100 zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Übersichtlichkeit halber wurden in der 1 einige Teile der Vorrichtung 100, die weiter unten genauer beschrieben werden, weggelassen.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst eine Schneidplatte 101, einen Auswerfer 105, eine Andruckplatte 109 und einen Stempel 113. Zwischen der Schneidplatte 101 und der Andruckplatte 109 kann ein Werkstoff 108, der beispielsweise eine Metallplatte und/oder ein Bandmaterial aus Metall sein kann, eingesetzt werden. Mit der Vorrichtung 100 kann aus einem Teil des Werkstoffs 108 ein Zahnrad mit einer Schrägverzahnung hergestellt werden.
  • Die 1 ist eine perspektivische Schnittzeichnung, in der Teile der Schneidplatte 101, des Werkstoffs 108 und der Andruckplatte 109 auf der in der Perspektive der 1 dem Betrachter zugewandten Seite geschnitten dargestellt sind. Die Schnittflächen der Schneidplatte 101 und der Andruckplatte 109 sind schraffiert dargestellt, während die Schnittflächen des Werkstoffs 108 schwarz eingefärbt dargestellt sind.
  • Die Schneidplatte 101 weist eine Öffnung 102, in der sich der Auswerfer 105 befindet, und eine flache Oberfläche 104 auf.
  • Der Auswerfer 105 weist an seinem Umfang eine äußere Schrägverzahnung 106 auf, die der Schrägverzahnung des herzustellenden Stirnrads entspricht. Die Schrägverzahnung 106 umfasst Zähne, die schraubenförmig um eine Achse 114 des Auswerfers 105 gewunden sind. Ein Schrägungswinkel 115 zwischen den Zähnen und der Achse 114 des Auswerfers kann in manchen Ausführungsformen in einem Bereich von 10° bis 30° liegen. Weitere Merkmale der Schrägverzahnung 106 wie beispielsweise eine Form des Querschnitts der Zähne entlang einer Ebene, die zur Achse 114 des Auswerfers 105 senkrecht ist, können den Merkmalen bekannter Schrägverzahnungen von Stirnrädern entsprechen.
  • Die Öffnung 102 in der Schneidplatte 101 weist eine innere Schrägverzahnung 103 auf, die zu der äußeren Schrägverzahnung 106 des Auswerfers korrespondiert. Eine Form der inneren Schrägverzahnung 103 kann dabei einer Negativform der äußeren Schrägverzahnung 106 entsprechen. Insbesondere sind die Schrägungswinkel der Schrägverzahnungen 103, 106 gleich. Zwischen dem Auswerfer 105 und der Schneidplatte 101 kann aber ein gewisses Spiel vorhanden sein, damit der Auswerfer 105 in der Schneidplatte 101 leicht beweglich ist.
  • Die äußere Schrägverzahnung 106 des Auswerfers 105 und die innere Schrägverzahnung 103 der Öffnung 102 der Schneidplatte 101 greifen ineinander ein, so dass die Bewegung des Auswerfers 105 in der Öffnung 102 der Schneidplatte 101 von der inneren Schrägverzahnung 102 geführt wird.
  • Wegen der Schraubenform der Schrägverzahnungen 103, 106 ist der Auswerfer 105 in der Öffnung 102 der Schneidplatte 101 in einer Schraubenbewegung beweglich, die einer Überlagerung einer rein linearen Bewegung, die in 1 durch einen geraden Pfeil 116 schematisch dargestellt ist, und einer reinen Drehbewegung, die in 1 durch einen gekrümmten Pfeil 107 schematisch dargestellt ist, entspricht.
  • Der lineare Anteil 116 der Bewegung des Auswerfers 105 ist parallel zur Achse 114 des Auswerfers 105 und senkrecht zur Oberfläche 104 der Schneidplatte 101. Eine Drehachse des rotativen Anteils 117 der Bewegung des Auswerfers 105 ist ebenfalls parallel zur Achse des Auswerfers 105 und senkrecht zur Oberfläche 104 der Schneidplatte 101.
  • Das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des linearen Anteils 116 und der Drehzahl des rotativen Anteils 117 der Bewegung des Auswerfers 105 ist durch den Schrägungswinkel 115 der Schrägverzahnungen 103, 106 und den Umfang des Auswerfers 105 bestimmt.
  • Die Andruckplatte 109 weist eine Öffnung 110 und eine Ringzacke 111 auf, die die Öffnung 110 ringförmig umschließt. Nach dem Einsetzen des Werkstoffs 108 in die Vorrichtung 100 kann die Andruckplatte 109 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 bewegt werden, wie in der 1 durch einen Pfeil 118 veranschaulicht, so dass die Ringzacke 111 vollständig in den Werkstoff 108 eindringt und die Unterseite der Andruckplatte 109 auf dem Werkstoff 108 aufliegt. Merkmale der Ringzacke 111 können denen von Ringzacken, die in bekannten Feinschneideverfahren verwendet werden, entsprechen.
  • Der Stempel 113 weist an seinem Umfang eine äußere Geradverzahnung 107 auf. Die Geradverzahnung 107 umfasst eine Vielzahl von Zähnen, die parallel zu einer Achse 119 des Stempels 113 sind. Die Achse 119 des Stempels 113 ist senkrecht zur Oberfläche 104 der Schneidplatte 101, und fällt mit der Achse 114 des Auswerfers 105 zusammen.
  • Ein Querschnitt der äußeren Geradverzahnung 107 des Stempels 113 entlang einer Ebene parallel zur Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 kann eine Form haben, die zu der Form eines Querschnitts der inneren Schrägverzahnung 103 der Öffnung 102 der Schneidplatte 101 entlang der Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 korrespondiert, wobei aber zwischen einer Schneidkante 121 am Rand der der Schneidplatte 101 zugewandten Seite 120 des Stempels 113 und einer Schneidkante 122 am Rand der Öffnung 102 der Schneidplatte 101 ein schmaler Schneidspalt vorgesehen sein kann. In manchen Ausführungsformen kann der Schneidspalt eine Breite im Bereich der bei bekannten Feinschneideverfahren üblichen Werte, beispielsweise eine Breite von ungefähr 0,5 Prozent der Dicke des Werkstoffs 108 haben. Beispielsweise kann der Schneidspalt bei einer Dicke des Werkstoffs 108 von 6 mm eine Breite von 0,02 mm bis 0,04 mm haben. Bei einem dickeren Werkstoff 108 kann der Schneidspalt entsprechend breiter sein.
  • Da die äußere Schrägverzahnung 106 des Auswerfers 105 zu der inneren Schrägverzahnung 103 der Öffnung 102 der Schneidplatte 101 korrespondiert, können Querschnitte des Stempels 113 und des Auswerfers 105 entlang von Ebenen, die parallel zur Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 sind, einander entsprechende Formen haben.
  • In manchen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest der der Schneidplatte 101 zugewandte Teil des Stempels 113 eine zylindrische Form (mit nicht kreisförmiger Grundfläche) aufweisen, die durch eine Parallelverschiebung einer zweidimensionalen erzeugenden Fläche in einer Richtung senkrecht zu der erzeugenden Fläche gebildet wird. Die Form der erzeugenden Fläche entspricht dabei dem Querschnitt des Stempels entlang einer zu der Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 parallelen Ebene. Der Auswerfer 105 kann eine Form aufweisen, die aus einer Bewegung derselben erzeugenden Fläche in einer Schraubenbewegung gebildet wird, die sich aus einer linearen Bewegung senkrecht zu der erzeugenden Fläche und einer Rotationsbewegung um eine zur Richtung der linearen Bewegung parallele Achse zusammensetzt. Die in diesem Absatz erwähnte Parallelverschiebung bzw. Schraubenbewegung der erzeugenden Fläche dient der geometrischen Beschreibung der Form des Stempels 113 und des Auswerfers 105 und bezeichnet keine Bewegung eines materiellen Objekts.
  • Die Öffnung 110 der Andruckplatte 109 kann eine zu der äußeren Geradverzahnung 107 des Stempels 113 korrespondierende innere Geradverzahnung 112 aufweisen, so dass der Stempel 113 in der Öffnung 110 der Andruckplatte 109 durch die innere Geradverzahnung 112 geführt linear beweglich ist. Zwischen dem Stempel 113 und der Andruckplatte 109 kann ein gewisses Spiel vorhanden sein, damit der Stempel 113 leicht durch die Öffnung 110 der Andruckplatte 109 bewegt werden kann.
  • Zusätzlich zu den in der 1 dargestellten Teilen umfasst die Vorrichtung 100 Mittel zum Bewegen der Andruckplatte 109 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche 104 der Schneidplatte 101. Außerdem sind Mittel zum linearen Bewegen des Stempels 113 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 vorgesehen. Die Mittel zum Bewegen der Andruckplatte 109 und die Mittel zum Bewegen des Stempels 113 können in manchen Ausführungsformen Hydraulikzylinder umfassen, die den Hydraulikzylindern, die in bekannten Vorrichtungen zum Feinschneiden oder Stanzen verwendet werden, entsprechen.
  • Die Schneidplatte 101 kann ortsfest ausgebildet sein.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst ferner Mittel zum Bewegen des Auswerfers 105 (in 1 ebenfalls nicht dargestellt). Diese können Mittel zum Bereitstellen einer linearen Bewegung, beispielsweise einen Hydraulikzylinder, umfassen, der dafür ausgelegt ist, eine lineare Bewegung in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 bereitzustellen. Zwischen dem Hydraulikzylinder und dem Auswerfer 105 kann ein Lager vorgesehen sein, so dass der Auswerfer 105 relativ zu dem Hydraulikzylinder um die Achse 114 des Auswerfers 105 rotieren kann.
  • Wie weiter unten genauer erläutert wird, wird beim Betrieb der Vorrichtung 100 der Stempel 113 durch die Mittel zum Bewegen des Stempels auf die Schneidplatte 101 zu bewegt, so dass ein Teil des Werkstoffs 108 ausgeschnitten und in die Öffnung 102 der Schneidplatte 101 gepresst wird. Mit Hilfe der Mittel zum Bewegen des Auswerfers wird dabei eine Gegenkraft bereitgestellt, die entgegen der von dem Mittel zum Bewegen des Stempels auf den Stempel 113 ausgeübten Kraft wirkt, aber schwächer als diese ist, so dass sich der Stempel 113 auf die Schneidplatte 101 zu und der Auswerfer 105 sich in die Schneidplatte 101 hineinbewegt.
  • Da die Bewegung des Auswerfers 105 durch die äußere Schrägverzahnung 106 des Auswerfers 105 und die innere Schrägerzahnung 103 der Öffnung 102 in der Schneidplatte 101 geführt wird, bewegt sich der Auswerfer 105 in einer Schraubenbewegung. Wenn zwischen dem Auswerfer 105 und den Mitteln zum Bewegen des Auswerfers 105 ein Lager vorgesehen ist, kann die Gegenkraft, die auf den Auswerfer 105 ausgeübt wird, eine rein lineare Kraft sein. Drehmomente, die auf den Auswerfer 105 wirken, werden in die Schneidplatte 101 eingeleitet.
  • In anderen Ausführungsformen können die Mittel zum Bewegen des Auswerfers einen Antrieb zum Verstärken eines Rotationsanteils der Schraubenbewegung des Auswerfers 105 umfassen. Dadurch können die Mittel zum Bewegen des Auswerfers 105 nicht nur eine lineare Kraft auf den Auswerfer 105 ausüben, sondern auch ein Drehmoment.
  • In manchen dieser Ausführungsformen kann der lineare Anteil der Schraubenbewegung des Auswerfers 105 durch Druckbolzen in einem Pressentisch, auf dem die Schneidplatte 101 befestigt ist, und die hydraulisch realisiert sein können, bereitgestellt werden. Alternativ können die Druckbolzen einen elektrischen Servoantrieb aufweisen. Der Rotationsanteil der Schraubenbewegung des Auswerfers 105 kann durch einen hydraulischen oder pneumatischen Schwenkantrieb realisiert werden. Ein elektrischer oder hydraulischer Servoantrieb, dessen Geschwindigkeit und/oder Drehmoment regelbar ist, kann ebenfalls verwendet werden.
  • Weitere Merkmale der Vorrichtung 100 können denen bekannter Vorrichtungen zum Feinschneiden entsprechen.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die 2a, 2b und 2c beschrieben.
  • 2a zeigt eine schematische teilweise Schnittansicht der Vorrichtung 100 in einem ersten Stadium des Verfahrens. Der Schnitt der 2a entspricht dem Schnitt der 1, wobei der Blickwinkel der 2a einer Ansicht der in 1 perspektivisch dargestellten Vorrichtung von links unten entspricht. Dementsprechend sind in der rechten Hälfte der 2a Teile des Stempels 113 und des Auswerfers 105 in der Nähe des Werkstoffs 108 vollständig sichtbar, da in diesem Bereich die Schneidplatte 101, der Werkstoff 108 und die Andruckplatte 109 geschnitten dargestellt sind, während sie in der linken Hälfte verdeckt sind. Wie in der 1 sind die Schnittflächen der Schneidplatte 101 und der Andruckplatte 109 schraffiert dargestellt, während die Schnittflächen des Werkstücks 108 schwarz eingefärbt dargestellt sind. Die 2b und 2c zeigen Ansichten in späteren Stadien des Verfahrens, wobei die Darstellungsweise der 2b und 2c der der 2a entspricht.
  • Der Werkstoff 108, der, wie bereits erwähnt, eine Metallplatte oder ein Bandmaterial aus Metall sein kann, wird auf der Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 angeordnet.
  • Anschließend wird der Werkstoff 108 mit Hilfe der Mittel zum Bewegen der Andruckplatte 109 zwischen der Andruckplatte 109 und der Schneidplatte 101 eingeklemmt. Dabei dringt die Ringzacke 111 der Andruckplatte 109 in den Werkstoff 108 ein. Wenn der Werkstoff 10 zwischen der Andruckplatte 109 und der Schneidplatte 101 eingeklemmt ist, liegt die Andruckplatte 109 auf der Oberfläche des Werkstoffs 108 auf und übt eine Kraft auf den Werkstoff 108 aus. Durch diese Kraft und durch die Ringzacke 111 wird eine Verschiebung des Werkstoffs 108 entlang der Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 vermieden oder zumindest verringert.
  • Anschließend wird der Auswerfer 105 mit Hilfe der Mittel zum Bewegen des Auswerfers auf den Werkstoff 108 zu bewegt, bis die dem Werkstoff 108 zugewandte Fläche des Auswerfers 105 auf dem Werkstoff 108 aufliegt und eine Kraft auf den Werkstoff 108 ausübt. Da der Auswerfer 105 durch die äußere Schrägverzahnung 106 des Auswerfers und die innere Schrägverzahnung 103 der Öffnung 102 der Schneidplatte 101 geführt wird, bewegt sich der Auswerfer 105 dabei in einer Schraubenbewegung auf den Werkstoff zu.
  • Daraufhin wird der Stempel 113 mit Hilfe der Mittel zum Bewegen des Stempels auf den Werkstoff 108 zu bewegt. Dabei führt der Stempel 113, der auch durch die innere Geradverzahnung 112 der Öffnung 110 der Andruckplatte 109 geführt wird, eine lineare Bewegung ohne rotativen Anteil aus.
  • Sobald der Stempel 113 den Werkstoff 108 berührt, übt der Stempel 113 eine Kraft auf den Werkstoff 108 aus. Die vom Stempel 113 ausgeübte Kraft ist größer als die vom Auswerfer 105 ausgeübte Kraft, so dass auf einen Teil des Werkstoffs 108, der sich zwischen dem Stempel 113 und dem Auswerfer 105 befindet, netto eine Kraft in Richtung zur Schneidplatte 101 wirkt und der Teil des Werkstoffs 108 zwischen dem Stempel 113 und dem Auswerfer 105 in Richtung zur Schneidplatte 101 bewegt wird (siehe 2b). Durch die Kraft, die der Auswerfer 105 auf den Werkstoff 108 ausübt, wird der Teil des Werkstoffs 108 zwischen dem Stempel 113 und dem Auswerfer 105 gehalten und geführt.
  • Der Auswerfer 105, der durch die äußere Schrägverzahnung 106 des Auswerfers 105 und durch die innere Schrägverzahnung 103 der Öffnung 102 in der Schneidplatte 101 geführt wird, bewegt sich währenddessen in einer Schraubenbewegung in der Schneidplatte 101 hinein (in der Darstellung der 2a, 2b und 2c nach unten). Die Schraubenbewegung des Auswerfers 105 setzt sich aus einem linearen Anteil, der zur Bewegung des Stempels 113 gleichgerichtet ist, und einem rotativen Anteil zusammen.
  • Durch die Bewegung des Stempels 113 tritt im Werkstoff 108 ein Werkstofffluss auf. Im Bereich der Schneidkanten 121, 122 des Stempels 113 und der Schneidplatte 101 folgt der Werkstofffluss im Wesentlichen der Bewegung des Stempels 113.
  • Der Teil des Werkstoffs 108 zwischen dem Stempel 113 und dem Auswerfer 105 wird durch die Bewegung des Stempels 113 und des Auswerfers 105 in den der Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 benachbarten Teil der Öffnung 102 der Schneidplatte 101 gepresst und dabei so umgeformt, dass er sich der Form der Öffnung 102 anpasst. Da sich in der Öffnung 102 die innere Schrägverzahnung 103 befindet, bildet sich am Umfang des Teils des Werkstoffs 108, der in die Öffnung 102 gepresst wird, eine zu der inneren Schrägerzahnung 103 korrespondierende äußere Schrägverzahnung. Die innere Schrägverzahnung 103 in der Öffnung 102 dient somit als eine Negativform für die am Werkstoff ausgebildete äußere Schrägverzahnung.
  • Die Bewegung des Stempels 113 kann werkzeugseitig oder anlagenseitig so begrenzt werden, dass ein Eintauchen des Stempels 113 in die Schneidplatte 101 verhindert wird.
  • Wenn der Teil des Werkstoffs 108 zwischen dem Stempel 113 und dem Auswerfer 105 vollständig in die Öffnung 102 der Schneidplatte 101 hineingepresst ist, wird er vom Rest des Werkstoffs 108 getrennt und hat die Form eines Stirnrads mit einer äußeren Schrägverzahnung, deren Form zu der inneren Schrägverzahnung 103 der Öffnung 102 korrespondiert (2c). Daraufhin werden der Stempel 113 und die Andruckplatte 109 in einer Richtung von der Schneidplatte 101 weg bewegt, und das Stirnrad wird durch eine Bewegung des Auswerfers 105 hin zur Oberfläche 104 der Schneidplatte 101, die eine durch die äußere Schrägverzahnung 106 des Auswerfers 105 und die innere Schrägverzahnung 103 der Öffnung 102 in der Schneidplatte 101 geführte Schraubenbewegung ist, aus der Öffnung 102 herausgedrückt.
  • Um Kollisionen zwischen dem Stirnrad und dem Rest des Werkstoffs 108 zu vermeiden, kann vor dem Bewegung des Auswerfers 105 zum Herausdrücken des Stirnrads aus der Öffnung 102 der Rest des Werkstoffs von der Schneidplatte 101 weg bewegt werden, und zwar so, dass er sich beim Herausdrücken des Stirnrads aus der Öffnung 101 in einem Abstand von der Oberfläche 104 der Schneidplatte 101 befindet, der größer oder gleich der Dicke des Werkstoffs 108 ist. Das Wegbewegen des Rests des Werkstoffs 108 kann mit Mitteln entsprechend denen, die in bekannten Feinschneidwerkzeugen verwendet werden, durchgeführt werden.
  • Nach dem Herausdrücken des Stirnrads aus der Öffnung 102 in der Schneidplatte 101 kann eine Nachbearbeitung durchgeführt werden, die beispielsweise ein Entgraten, ein Schleifen, ein Honen und/oder ein Walzen umfassen kann.
  • Stirnräder, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurden, können in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, etwa in der Fahrzeugindustrie, z. B. für Kfz-Getriebe, im Maschinen- und Anlagenbau, z. B. für Werkzeugmaschinen und Baumaschinen und/oder in der Geräteindustrie, z. B. für Haushaltsgeräte.
  • Die Erfindung ist nicht auf Ausführungsformen beschränkt, in denen die dem Werkstoff 108 zugewandte Fläche des Auswerfers flach ist, auch wenn dies in manchen Ausführungsformen der Fall sein kann.
  • 3 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Auswerfers 305, der in der Vorrichtung 100 anstelle des oben beschriebenen Auswerfers 105 verwendet werden kann.
  • Der Auswerfer 305 weist an seinem Umfang eine äußere Schrägverzahnung 106 auf. Die Merkmale der äußeren Schrägverzahnung 106 können denen der äußeren Schrägverzahnung des oben beschrieben Auswerfers 105 entsprechen.
  • Auf einer beim Betrieb der Vorrichtung 100 dem Werkstoff 108 zugewandten Fläche 306 weist der Auswerfer 305 Vorsprünge 307 auf. Diese können in manchen Ausführungsformen auf Seitenflächen 308 der Zähne der äußeren Schrägverzahnung 106 angeordnet sein.
  • Die Vorsprünge 307 können als Mitnahmeelemente zur Übertragung des Rotationsanteils der Schraubenbewegung des Auswerfers 305 auf den Werkstoff 108 dienen. Beim Betrieb der Vorrichtung 100 werden die Vorsprünge 107 in den Werkstoff 108 gepresst und verhindern, dass der Werkstoff 108 auf der Fläche 306 des Auswerfers 305 gleitet und dem Rotationsanteil der Schraubenbewegung nur unvollständig folgt.
  • In manchen Ausführungsformen können die Vorsprünge 307 eine asymmetrische Form haben, bei der eine Seite 309 der Vorsprünge 307, die sich bei der Schraubenbewegung, die der Auswerfer 105 ausführt, wenn ein Teil des Werkstoffs 108 ausgeschnitten und in die Öffnung 102 der Schneidplatte 102 hineingepresst wird, voranbewegt, flach ausgebildet ist, und die dieser gegenüberliegende Seite 310 gewölbt ist. Durch eine derartige Form der Vorsprünge 107 kann eine besonders gute Kraftübertragung auf den Werkstoff 108 erreicht werden.

Claims (13)

  1. Vorrichtung (100) zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung, umfassend: eine Schneidplatte (101) mit einer Öffnung (102), die eine innere Schrägverzahnung (103) aufweist, wobei ein zu einer Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) benachbarter Teil der inneren Schrägverzahnung (103) eine Negativform für die Schrägverzahnung des herzustellenden Stirnrads bildet; einen Auswerfer (105, 305), der an seinem Umfang eine zu der inneren Schrägverzahnung (103) der Öffnung (102) korrespondierende äußere Schrägverzahnung (106) aufweist, so dass der Auswerfer (105, 305) in der Öffnung (102) der Schneidplatte (101) in einer durch die innere Schrägverzahnung (103) geführten Schraubenbewegung bewegbar ist; einen Stempel (113), der in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) linear beweglich ist und der an seinem Umfang eine äußere Geradverzahnung (107) aufweist; wobei der Stempel (113) und der Auswerfer (105, 305) derart ausgebildet sind, dass durch lineares Bewegen des Stempels (113) auf die Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) zu ein auf der Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) angeordneter Werkstoff (108) zumindest teilweise in die Öffnung (102) der Schneidplatte (101) gepresst wird und dabei der Auswerfer (105, 305) in der Öffnung (102) der Schneidplatte (101) eine Schraubenbewegung mit einem zur Bewegung des Stempels (113) gleichgerichteten linearen Anteil ausführt.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, die zusätzlich eine Andruckplatte (109) zum Einklemmen des Werkstoffs (108) zwischen der Andruckplatte (109) und der Schneidplatte (101) umfasst, wobei der Stempel (113) in einer Öffnung (110) der Andruckplatte (109) beweglich ist.
  3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Andruckplatte (109) eine Ringzacke (111) aufweist, die die Öffnung (110) der Andruckplatte (109) ringförmig umschließt.
  4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Öffnung (110) der Andruckplatte (109) eine zu der äußeren Geradverzahnung (107) des Stempels (113) korrespondierende innere Geradverzahnung (112) aufweist, so dass der Stempel (113) in der Öffnung (110) der Andruckplatte (109) durch die innere Geradverzahnung (112) geführt linear beweglich ist.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Querschnitt der äußeren Geradverzahnung (107) des Stempels (113) entlang einer Ebene parallel zur Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) eine Form hat, die zu einem Querschnitt der inneren Schrägverzahnung (103) der Öffnung (102) der Schneidplatte (101) entlang der Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) korrespondiert.
  6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich einen Antrieb zum Verstärken eines Rotationsanteils der Schraubenbewegung des Auswerfers (105, 305) umfasst.
  7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auswerfer (305) auf einer dem Werkstoff (108) zugewandten Fläche (306) Mitnehmerelemente (307) zur Übertragung eines Rotationsanteils der Schraubenbewegung des Auswerfers (305) auf den Werkstoff (108) aufweist.
  8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die Mitnehmerelemente (307) Vorsprünge auf der dem Werkstoff (108) zugeordneten Fläche (306) des Auswerfers (105, 305) umfassen.
  9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Mitnehmerelemente (307) auf Seitenflächen (308) der Zähne der äußeren Schrägverzahnung (106) des Auswerfers (305) angeordnet sind.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung, umfassend: Anordnen eines Werkstoffs (108) auf einer Oberfläche (104) einer Schneidplatte (101) mit einer Öffnung (102), die eine innere Schrägverzahnung (103) aufweist, wobei ein zu der Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) benachbarter Teil der inneren Schrägverzahnung (103) eine Negativform für die Schrägverzahnung des herzustellenden Stirnrads bildet und wobei sich in der Öffnung (102) der Schneidplatte (101) ein Auswerfer (105, 305) befindet, der an seinem Umfang eine zu der inneren Schrägverzahnung (103) der Öffnung (102) der Schneidplatte (101) korrespondierende äußere Schrägverzahnung (106) aufweist; lineares Bewegen eines Stempels (113), der an seinem Umfang eine äußere Geradverzahnung (107) aufweist, in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) auf die Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) zu, wobei der Werkstoff (108) zumindest teilweise in die Öffnung (102) der Schneidplatte (101) gepresst wird und dabei der Auswerfer (105) in der Öffnung (102) der Schneidplatte (101) in einer durch die innere Schrägverzahnung der Öffnung (102) der Schneidplatte (101) geführten Schraubenbewegung, die einen zur Bewegung des Stempels (113) gleichgeachteten linearen Anteil aufweist, bewegt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Werkstoff (108) zwischen der Oberfläche (104) der Schneidplatte (101) und einer Andruckplatte (109) eingeklemmt wird und der Stempel (113) durch eine Öffnung (110) in der Andruckplatte (109) bewegt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Andruckplatte (109) eine Ringzacke (111) aufweist, die die Öffnung (110) der Andruckplatte (109) ringförmig umschließt und die Ringzacke (111) beim Einklemmen des Werkstoffs (108) vollständig in den Werkstoff (108) eindringt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei ein Rotationsanteil der Schraubenbewegung des Auswerfers (105, 305) durch einen Antrieb verstärkt wird.
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