DE10212256A1

DE10212256A1 - Werkzeug zur Herstellung von Zahnprofilen

Info

Publication number: DE10212256A1
Application number: DE2002112256
Authority: DE
Inventors: Werner Decker; Frank Hecht; Heinz Spiller
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung einer Paßverzahnung auf der Oberfläche eines zylindrischen Werkstücks durch plastische Formgebung unter Druck in einer Kaltwalzmaschine. Das Werkzeug ist erfindungsgemäß mindestens zweiteilig ausgebildet und umfaßt einen auf dem Schlitten der Kaltwalzmaschine fixierbaren Grundkörper sowie einen mit diesem Grundkörper verbindbaren Arbeitskörper, welcher die Funktionsfläche zur Herstellung der Verzahnung trägt. Ist die Einsatzgrenze der Funktionsfläche des Arbeitskörpers durch Verschleißt oder Ausbruch erreicht, so kann der defekte Arbeitskörper durch einen neuen Arbeitskörper ersetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung einer Paßverzahnung auf der Oberfläche eines zylindrischen Werkstücks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der DE-OS 24 40 908 als bekannt hervorgeht.

Paßverzahnungen auf Wellen werden größtenteils mit Hilfe von Kaltwalzverfahren hergestellt. Hierbei wird das zu bearbeitende, vor dem Kaltwalzen zylindrische Werkstück in einer Kaltwalzmaschine zwischen zwei Spitzen eingespannt und von zwei zahnstangenförmigen, sich gegenüberliegenden Werkzeugen (Walzstangen), die gegenläufig synchron angetrieben werden, durch Reib- bzw. Formschluß in Drehung versetzt und umgeformt. Eine Prinzipdarstellung einer dafür zum Einsatz kommenden Walzmaschine ist z. B. in der DE-OS 24 24 033 gezeigt.

Die beim Kaltwalzen von Paßverzahnungen verwendeten zahnstangenförmigen Werkzeuge weisen eine komplexe Form auf. Typischerweise sind die in die Funktionsfläche des Werkzeugkörpers eingearbeiteten Zahnprofile in unterschiedliche Gruppen mit einem Gleit- und einem Führungsende unterteilt; die Höhe des Profils des Werkzeugs nimmt entlang der Funktionsfläche zu, so daß jeder Zahn etwas tiefer in das Werkstück eingedrückt wird als der vorangegangene. Beispiele solcher zahnstangenförmiger Werkzeuge sind z. B. in der US 4 362 045 und der DE 24 40 908 dargestellt. Solche beim Kaltwalzen von Paßverzahnungen zum Einsatz kommenden Werkzeuge werden derzeit aus dem Vollen gefertigt. Wenn die Einsatzgrenze des Werkzeugs (durch Verschleiß oder Ausbruch) erreicht ist, wird die verschlissene oder beschädigte Verzahnungsgeometrie gänzlich abgeschliffen und (in der Regel durch Schleifen) erneut in die Grundform eingebracht. Dabei reduziert sich die Gesamthöhe des Werkzeugs, so daß die reparaturgeschliffenen Werkzeuge durch Unterbauten, die geschraubt oder lose beigelegt sein können, auf ihre ursprüngliche Gesamthöhe ergänzt werden müssen.

Die Walzwerkzeuge sind sehr kostenintensive Werkzeuge; sie sind aus hochfestem Werkzeugstahl gefertigt und müssen sehr hohen Anforderungen bezüglich Genauigkeit und Standzeiten erfüllen. Aufgrund der damit verbundenen hohen Kosten sind die Walzwerkzeuge Unikate, so daß bei Verschleiß bzw. Beschädigung eines solchen Werkzeugs unter hohem zeitlichen und finanziellen Aufwand ein Ersatzwerkzeug gefertigt (bzw. eine Ersatzkontur auf dem Werkzeugkörper hergestellt) werden muß, was erhebliche Zeitverzögerungen und einen hohen logistischen Mehraufwand mit sich bringt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Walzwerkzeug zur Erzeugung von Paßverzahnungen auf zylindrischen Werkstücken dahingehend zu verbessern, daß bei Werkzeugverschleiß bzw. -beschädigung schnell und kostengünstig ein Ersatzwerkzeug bereitgestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach ist das Werkzeug mehrteilig ausgebildet und umfaßt einen auf dem Schlitten der Kaltwalzmaschine fixierbaren Grundkörper sowie einen mit diesem Grundkörper verbindbaren Arbeitskörper, welcher die Funktionsfläche zur Herstellung der Verzahnung trägt. Ist die Einsatzgrenze der Funktionsfläche des Arbeitskörpers durch Verschleiß oder Ausbruch erreicht, so wird der defekte Arbeitskörper durch einen neuen Arbeitskörper ersetzt; der Grundkörper bleibt dabei der gleiche, ist also wiederverwendbar.

Während also herkömmlicherweise beim Verschleiß der Funktionsfläche das gesamte Werkzeug ersetzt oder nachgearbeitet werden mußte, was mit erheblichen Kosten einherging, so genügt es nun, den Arbeitskörper zu ersetzen. Aufgrund der geringeren Lagerkosten ist es nun wirtschaftlich vertretbar, zu einem gegebenen Werkzeug mehrere Ersatz-Arbeitskörper auf Lager zu haben, um im Verschleißfall einen schnellen Werkzeugwechsel zu gewährleisten. Weiterhin kann - im Gegensatz zu dem herkömmlichen, mit einer Reduktion der Gesamthöhe des Werkzeugs verbundenen Abtragen und Neuschleifen der Funktionsfläche - die Werkzeughöhe beibehalten und daher auf aufwendige Unterbauten zwischen den Schlitten der Walzmaschine und den Werkzeugen verzichtet werden. Schließlich entfällt der logistische und verwaltungstechnische Aufwand, der mit den bisherig verwendeten einteiligen Walzwerkzeugen verbunden war.

Das erfindungsgemäße mehrteilige Werkzeug eröffnet die Möglichkeit, Grundkörper und Arbeitskörper aus unterschiedlichen Werkstoffen herzustellen und dabei zusätzliche Kosten zu sparen. So besteht der wiederverwendbare Grundkörper vorteilhafterweise aus einem hochfesten Werkzeugstahl, während für den Arbeitskörper ein dem jeweiligen Anwendungsfall (z. B. dem Material der zu bearbeitenden Welle) angepaßter Werkstoff verwendet werden kann (siehe Anspruch 2).

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische seitliche Aufsicht auf einen Ausschnitts einer Kaltwalzmaschine;
Fig. 2 eine Detaildarstellung eines erfindungsgemäßen geteilten Werkzeugs.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausschnitts einer Kaltwalzmaschine 1, mit Hilfe derer ein Zahnprofil in einen zylinderförmigen Bereich einer Welle 2 eingeformt wird. Die Welle 2 wird dabei ortsfest, aber frei drehbar zwischen zwei (in Fig. 1 nicht dargestellten) Spitzen in der Maschine 1 gehalten.
Die Kaltwalzmaschine 1 umfaßt zwei hydraulisch angetriebene Schlitten 3, 3', auf denen jeweils ein Werkzeug 4, 4' zur Zahnprofilherstellung (im folgenden auch Walzstange 4, 4' genannt) montiert ist. Die Schlitten 3, 3' und die darauf befestigten Walzstangen 4, 4' bewegen sich gegenläufig zueinander (Pfeile 5, 5' in Fig. 1) wobei die Synchronisation der Bewegung der beiden Schlitten 3, 3' über (in Fig. 1 nicht dargestellte) Zahnstangen erfolgt, die an den Schlitten 3,3' befestigt sind und über ein gemeinsames Synchronzahnrad angetrieben werden.
Die Positionierung der Walzstangen 4, 4' in Vorschubrichtung 5, 5' der Schlitten 3, 3' erfolgt mit Hilfe von Anschlägen 6, 6' und Andrückschrauben 7, 7', welche die Walzstangen 4, 4' gegen die Anschläge 6, 6' drücken. Zur Einstellung des Abstands 8 der beiden gegenüberliegenden Walzstangen 4, 4' zueinander sind Ober- und Unterschlitten 3, 3' mit Stellkeilen 9, 9' ausgerüstet, welche mit Hilfe von Stellschrauben 10, 10' gegenüber den Schlitten 3, 3' verschoben werden können. Hiermit läßt sich der Abstand 8 der Walzstangen 4, 4' zueinander in einem begrenzten Rahmen verändern. Die Fixierung der Walzstangen 4, 4' an den Schlitten 3, 3' erfolgt mit Hilfe von Befestigungsschrauben 11, 11'. Um eine Variation des Walzstangenabstands 8 zu ermöglichen, sind die Durchführungen 12, 12' für die Befestigungsschrauben 11, 11' auf den Walzstangen 4, 4' als Langlöcher ausgestaltet.
Wie aus der Detaildarstellung der Fig. 2 ersichtlich, ist jede Walzstange 4, 4' erfindungsgemäß zweiteilig (bzw. im allgemeinen Fall mehrteilig) ausgebildet und besteht aus einem Grundkörper 13, 13' und einem Arbeitskörper 14, 14', welche über Bolzen 15 miteinander verbunden sind. Die Durchführungen 12, 12' zur Anbindung der Walzstangen 4, 4' an die Schlitten 3, 3' der Kaltwalzmaschine 1 sind dabei auf dem Grundkörper 13, 13' angeordnet.
Der Arbeitskörper 14, 14' weist eine Funktionsfläche 16 auf, welche mehrere bezüglich ihrer Funktion unterschiedliche Bereiche umfaßt, insbesondere

- eine Arbeitszone 17, in welcher der Hauptanteil der Umformung erfolgt,
- eine Kalibrierzone 18 zur Verbesserung der Formgenauigkeit und der Oberfläche des eingewalzten Verzahnungsprofils auf der umzuformenden Welle 2 und
- eine Auslaufzone 19, um die beim Walzvorgang im Werkstück entstehenden elastischen Verformungen zu entspannen und möglicherweise dadurch erzeugte Fehlstellen in der Welle 2 zu vermeiden.

Die Kopfhöhe des Zahnprofils nimmt in der Arbeitszone 17 vom Anfang 20 der Walzstange 4, 4' bis zur Kalibrierzone 18 hin zu, so daß sich jeder nachfolgende Zahn der Walzstange 4, 4', der mit der Welle 2 in Kontakt kommt, tiefer in die rotierende Welle eingräbt.
Die erfindungsgemäße mehrteilige Ausgestaltung der Walzstange 4, 4' aus einem Grundkörper 13, 13' und einem Arbeitskörper 14, 14' ermöglicht, daß bei Verschleiß bzw. einer Beschädigung der Funktionsfläche 16 nur der die Funktionsfläche 16 tragende Teil der Walzstange 4, 4', nämlich der Arbeitskörper 14, 14', gegen einen Ersatz-Arbeitskörper ausgetauscht werden muß; der Grundkörper 13, 13' kann unverändert weiterverwendet werden. Der Grundkörper 13, 13' besteht daher aus einem hochfesten Werkzeugstahl, der hohe Standzeiten des Grundkörpers 13, 13' gewährleistet; der Werkstoff des Arbeitskörpers 14, 14' ist dem jeweiligen Anwendungsfall (Werkstoff und Anzahl der umzuformenden Wellen 2, Komplexität des einzuformenden Verzahnungsprofils etc.) angepaßt.

Claims

1. Werkzeug zur Herstellung einer Paßverzahnung auf der Oberfläche eines zylindrischen Werkstücks durch plastische Formgebung unter Druck in einer Kaltwalzmaschine mit gegenläufig antreibbaren Schlitten, wobei das Werkzeug eine Funktionsfläche aufweist, in die Zahnprofile eingearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das Werkzeug (4, 4') mehrteilig ausgebildet ist und
einen auf dem Schlitten (3, 3') der Kaltwalzmaschine (1) fixierbaren Grundkörper (13, 13') sowie
einen mit dem Grundkörper (13, 13') verbindbaren, die Funktionsfläche (16) enthaltenden Arbeitskörper (14, 14') umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (13, 13') aus einem Werkzeugstahl besteht.