DE1056567B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen der Zaehne von Zahnraedern durch Walzen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1 056

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT.-

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:

KL,7f 1

INTERNAT. KL. B 21 H

19. AUGUST 1955

6. MAI 19 5 9
22.OKTOBER1959

stimmt Oberein mit auslegeschrift

1 056 5OT (N 11OT2 I b / 7 f)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen der Zähne von Zahnrädern durch Walzen von Zahnradrohteilen. Es ist bekannt, beim Herstellen' von Zahnradzähnen durch Walzen den Zahnradrohling sowie die Formwalzen im Zwanglauf in zeitlicher Abstimmung zueinander anzutreiben. Dabei ergeben sich infolge der im Antriebsgetriebe vorhandenen Ungenauigkeiten oft Schwierigkeiten. Bekannt ist es auch, während des ganzen Walzvorganges ohne Zwanglauf zu arbeiten. Aber auch mit diesem Verfahren haben sich zufriedenstellende Ergebnisse nicht immer erzielen lassen.

Erfindungsgemäß wird ein fehlerloses Herstellen der Zähne dadurch erzielt, daß das Walzen zu Beginn des Walzvorganges im Zwanglauf zwischen den Werkzeugen und dem Werkstück und gegen Ende des Walzvorganges ohne Zwanglauf ausgeführt wird. Auf diese Weise wird der Walzvorgang nur so lange unter Zwanglauf ausgeführt, bis die Zähne so weit geformt sind, daß sie die Mitnahme zwischen Werkzeug und Werkstück übernehmen können, während im letzten Teil des Verfahrens, also· beim Herstellen der endgültigen Zahnform, Ungenauigkeiten des Antriebsgetriebes auf die Zahnform infolge der Aufgabe des Zwanglaufes keinen Einfluß haben können.

Beim Walzen kann man in der Weise vorgehen, daß in an sich bekannter Weise entweder zunächst der Zahnkopf geformt und sodann ohne wesentliche Verformung radial nach außen gedrückt wird oder daß zunächst spitz zulaufende Zahnlücken eingedrückt und sodann auf die volle Tiefe und Breite erweitert werden.

Zur Ausführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, b.ei der ein Antriebsritzel, das mit den auf den Wellen der Formwalzen sitzenden Zahnrädern im Eingriff steht, auf einer den Zahnradrohteil tragenden Antriebswelle sitzt. Dabei können erfmdungsgemäß entweder die auf den Wellen der Formwalzen sitzenden Zahnräder gegen Ende des Walzvorganges mit Spiel in das Ritzel eingreifen, oder das Antriebsritzel kann mit der Antriebswelle durch eine Kupplung verbunden sein, die gegen Ende des Walzvorganges ausgerückt wird.

Anspruch 1 schützt ausschließlich die Kombination der in ihm erwähnten Merkmale. Die Unteransprüche 2, 3; 6 und 7 gelten nur in Verbindung mit Anspruch 1. ·

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch 'die gegenseitige Lage zwischen zwei Formwalzen und einem Zahnradrohteil vor dem Beginn des Walzens,

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellten Teile in einer Zwischenphase des Walzvorganges,

Verfahren und Vorrichtung

zum Herstellen der Zähne von Zahnrädern

durch Walzen

Patentiert für:

National Broach and Machine Co.,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 30. August 1954

Benjamin Franklin Bregi,

Grosse Pointe Park, Mich. (V. St. A.),

ist als Erfinder genannt worden

Fig. 3 die in Fig. 2 dargestellten Teile in einer weiter fortgeschrittenen Phase des Walzvorganges,

Fig. 4 schematisch Mittel zum Antreiben der Formwalzen in zeitlicher Abstimmung auf die Drehbewegung der Werkstückunterstützung,

Fig. 5 schematisch Kupplungsmittel zum Unterbrechen des zeitlich gesteuerten Antriebs der Formwalzen,

Fig. 6, 7 und 8 schematisch verschiedene Stufen bzw. Phasen eines typischen Zahnradwalzvorganges,

Fig. 9, 10 und 11 die fortschreitende Ausbildung von Zahnradzähnen im Verlauf der Stufen bzw. Phasen nach Fig. 6, 7 und 8,

Fig. 12, 13 und 14 eine Folge von Stufen oder Phasen bei Verwendung von Zahnradformungselementen abgeänderter Ausführung,

Fig. 15 eine vereinfachte Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Zahnradwalzverfahrens.

Fig. 1 zeigt ein Zahnradrohteil G zwischen zwei Formwalzen Ra und Rb, die mit bogenförmig begrenzten Ausschnitten 10 versehen sind, die einander gegenüberstehen und das Zahnradrohteil G aufnehmen können. Jede Formwalze trägt angedeutete Sätze 12, 13, 14 und 15 von Zahnradzähnen, und die Höhe dieser Zahnsätze steigert sich in der Drehrichtung, wie sie in Fig. 1 durch die Pfeile angedeutet ist. Es sei bemerkt, daß die Zahl der Zähne'jedes Satzes mindestens gleich der Hälfte der Zahl der an dem Werk-

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stück auszubildenden Zahne ist und daß die Bogenerstreckung jedes Zähnesatzes mindestens gleich dem halben Umfang des Werkstücks ist. Vorzugsweise umfaßt der letzte Zähnesatz 15 jeder Formwalze eine Zahl von Zähnen voller Größe, die mindestens gleich der Gesamtzähnezahl des Werkstücks ist, damit alle Fehler beseitigt werden, die sich dadurch ergeben können, daß die Getriebeverbindung zwischen den getrennten Rollen bzw. Walzen Ra und Rb nicht völlig genau ist.

Während zwischen den genannten Teilen die in Fig. 1 veranschaulichte räumliche Beziehung besteht, dreht man die Formwalzen und das Werkstück in zeitlicher Abstimmung aufeinander in Richtung der Pfeile. Die Zähne des Zähnesatzes 12 jeder der beiden Walzen bilden am Umfang' des Werkstücks Eindrücke oder flache Vertiefungen bzw. Teile von Zähnen aus, und die Zahnsätze 13, 14 und 15 vergrößern diese Zähne fortschreitend, bis die endgültige Form erreicht ist. Wenn die Walzen die Stellung nach Fig. 1 wieder erreichen, d. h. wenn sie sich um 360° gedreht haben, befindet sich in dem Raum zwischen den beiden Aussparungen 10 ein vollständig fertiggestelltes Zahnrad.

Fig. 2 zeigt das teilweise fertiggestellte Zahnrad G Kuppeln des Meisterritzels 33 mit der Welle 30 ermöglicht. Auf das vordere Ende der Welle 30 wird das Werkstück G aufgesetzt. Dem Werkstück sind zwei Formwalzen Ra und Rb zugeordnet, die mit den bereits beschriebenen identisch' sein können und auf den Wellen 34 a bzw. 34 b sitzen, die ihrerseits die mit dem Ritzel 33 kämmenden Meisterzahnräder 35 a bzw. 35 b tragen. Bei dieser Konstruktion spielt sich der Arbeitsgang wie folgt ab: Die Welle 30 wird in Drehung versetzt, während die Kupplung 32 eingerückt ist, so daß das Ritzel 33 gedreht wird und dieses über die Meisterzahnräder 35 α und 35 b die richtige zeitliche Steuerung der Drehbewegung der Walzen Ra und Rb entsprechend der Drehung des Werkstücks G bewirkt. Fig. 5 zeigt die Walzen in ihrer Ausgangsstellung, bei der sich das Werkstück G in den bogenförmigen Aussparungen 10 befindet. Sobald sich die Walzen so weit gedreht haben, daß die Zahnsätze für die Fertigbearbeitung wirksam werden und an dem Werkstück G anzugreifen beginnen, wird die Kupplung 32 durch geeignete Mittel ausgerückt, und danach hängt die Drehung der beiden Walzen lediglich von dem Antrieb ab, der ihnen durch das teilweise fertiggestellte Werkstück bzw. Zahnrad G erteilt wird. Die Drehbewegung des

in Berührung mit den Walzen Ra und Rb zu einem 25 Werkstücks wird unterbrochen, wenn sich das fertig-Zeitpunkt, in dem der letzte Zahn des ersten Satzes 12 gestellte Zahnrad in den bogenförmigen Ausnehmungen 10 der Walzen befindet; nunmehr kann man das fertige Zahnrad herausnehmen und ein neues Rohteil

jeder Walze wirksam wird.

Fig. 3 zeigt das praktisch fertiggestellte Zahnrad G im Eingriff mit den beiden Walzen in einem Zustand, in dem der letzte bzw. der zur Fertigbearbeitung dienende Zähnesatz 15 wirksam ist.

Während der Fertigstellung der bereits teilweise ausgebildeten Zähne des Zahnradrohteils G ist es wichtig, daß die beiden Walzen in der richtigen zeitlichen Abstimmung in bezug auf das Zahnrad G angetrieben werden. Fig. 4 zeigt hierfür mechanische Mittel mit einer Welle 20, auf der ein Meisterritzel 22 sitzt, das mit dem Meisterzahnrädern 24 a und 24 6 kämmt, die auf den Wellen 26 α bzw. 26 b angebracht sind, auf denen die Walzen Ra und Rb sitzen. Zwar ist es wichtig, während des anfänglichen Walzvorganges eine genaue zeitliche Abstimmung zwischen den Drehbewegungen des Zahnradrohteils G und den beiden Walzen zu gewährleisten, doch ist es bei dem einbringen.

Zwar eignet sich das soeben beschriebene Verfahren vielfach zur Erzeugung einwandfreier Zahnradzähne im Wege des Kaltwalzens, doch kann es in manchen Fällen erwünscht sein, das Werkstück G vor dem Walzen zu erhitzen.

Fig. 6, 7 und 8 zeigen ein Verfahren zur Herstellung von Zähnen im Wege des Walzens. Fig. 6 zeigt einen Teil einer Walze 80 mit Zähnen 81 und dazwischenliegenden Zahnlücken 82, deren Form derjenigen des Kopfes der an dem Rohteil G auszubilden den Zähne entspricht.

Fig. 7 zeigt die nächstfolgende Gruppe von Walzenzähnen 83, die so bemessen und in solchen Abständen angeordnet sind, daß Zahnlücken 85 entstehen, die bewirken, daß die teilweise ausgebildeten Zähne 86 des

letzten Teil des Wafzvorganges, der durch die die volle 45 Werkstücks nach außen gedrückt werden, um die bei

87 angedeutete Zahnform anzunehmen, ohne daß eine wesentliche Verformung der Zahnköpfe erfolgt, die durch den Abschnitt 80 der Walze geformt worden sind. Ähnlich besitzt ein dritter nachfolgender oder

Größe aufweisenden Zähnesätze 15 der Walzen bewirkt wird, erwünscht, daß die zeitliche Abstimmung zwischen den Walzen einerseits und dem Zahnradrohteil G andererseits ausschließlich durch den Abroll

eingriff zwischen den Zähnen der Walzen und den an 50 letzter Abschnitt 88 der Walze gemäß Fig. 8 Zähne,

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dem Zahnradrohteil G entstehenden Zähnen aufrechterhalten wird. Zu diesem Zweck sind die Zähne der Meisterzahnräder 24 a und 24 b, die mit den Zähnen der Fertigbearbeitungszahnsätze 15 der beiden Walzen fluchten, verhältnismäßig dünn ausgebildet, d. h., sie besitzen ein erhebliches Spiel bzw. toten Gang, wenn sie mit den Zähnen des Ritzels 22 kämmen. Auf diese Weise bewegen sich die Zahnräder im allgemeinen in zeitlicher Abstimmung aufeinander, doch während des letzten Teils des Walzvorganges richtet sich die Genauigkeit der in das Werkstück eingewalzten Zähne ausschließlich nach der Genauigkeit der Zähne der Fertigbearbeitungszahnsätze der Walzwerkzeuge, und hierbei ergeben sich keine Fehler auf Grund der Funktion von zur zeitlichen Steuerung dienenden Zahnrädern.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Konstruktion zur Erzielung der vorstehend beschriebenen Ergebnisse. Bei dieser Anordnung ist eine Antriebswelle 30 mit einer Kupplungsvorrichtung 32 vorgesehen, welche das die so ausgebildet sind, daß sie die zum Teil bereits geformten Zähne 87 des Werkstücks nach außen drücken und ihnen die bei 89 angedeutete endgültige Form geben.

Dieser Vorgang geht mit größerer Deutlichkeit aus Fig. 9, 10 und 11 hervor. Fig. 9 zeigt einen teilweise ausgebildeten Zahn 86, während Fig. 10 einen Zahn 87 zeigt, wobei ersichtlich ist, daß der Zahn 87 den vorher ausgebildeten Zahnabschnitt 86, der nur unerheblich verformt worden ist, umfaßt und daß zu diesem Abschnitt ein unterer Abschnitt 87 α hinzugefügt worden ist. Fig. 11 zeigt die endgültige Zahnform 89, die aus dem ersten Zahnabschnitt 86, dem mittleren Zahnabschnitt 87a und dem letzten Zahnabschnitt 89a besteht. Aus Gründen der Einfachheit wurde hier von einem Arbeitsgang gesprochen, der nur drei Schritte umfaßt, doch sei bemerkt, daß die Walzen in vielen Fällen mit einer vergleichsweise größeren Zahl von Zahnsätzen versehen sind, so daß die Zähne an dem Werkstück im Verlauf von mehr als drei Schritten

ausgebildet werden. Der durch die Fig. 9, 10 und 11 veranschaulichte wesentliche Punkt besteht jedoch darin, daß während des ersten Arbeitsschrittes anfangs der obere Teil des Zahnes geformt wird und daß nicht notwendigerweise eine erneute Verformung erfolgt, sondern daß dieser obere Teil statt dessen dadurch radial nach außen bewegt wird, daß weiteres Metall verlagert wird, um den Fuß des Zahnes auszubilden.

Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen dagegen eine etwas andere Lösung des Problems der Verlagerung des Metalls des Rohteils zum Zwecke der Ausbildung von Zahnradzähnen. Fig. 12 zeigt eine Walze mit einem Satz von Zähnen 90, die im wesentlichen zugespitzt sind und im Umfang des Zahnradrohteils G Vertiefungen 91 in verhältnismäßig großen Abständen hervorrufen. Es sei bemerkt, daß der erste Arbeitsschritt in diesem Falle nicht etwa die oberen Teile der Zahnradzähne an dem Rohteil fertig ausbildet, sondern lediglich das Fließen des Metalls am Umfang des Rohteils zu den Stellen einleitet, an denen durch den letzten Arbeitsschritt die fertigen Zähne ausgebildet werden.

Fig. 13 zeigt ein Zwischenstadium, bei dem die Walze mit verhältnismäßig dünnen Zähnen 92 versehen ist, die dazu dienen, die Zahnlücken des Werkstücks im wesentlichen auf die volle Tief e zu erweitern, ohne daß die so entstehenden Zähne 93 des Zahnrades G die endgültige Zahnform erhalten.

Fig. 14 zeigt den letzten Arbeitsschritt, bei welchem das Zahnradrohteil G durch die voll ausgebildeten Zähne 94 der Walze bearbeitet wird, und bei diesem Arbeitsschritt werden die im Verlauf des in Fig. 17 dargestellten Arbeitsschrittes vorgeformten Zähne 93 durch einen Arbeitsschritt in die endgültige Form gebracht, bei welchem Metall seitwärts nach innen verlagert wird, so daß Metall radial nach außen fließt, um die endgültige Zahnform anzunehmen.

Fig. 15 zeigt eine einfache Maschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Walzverfahrens. Die Maschine umfaßt ein Gestell 100 mit senkrecht beweglichen Schlitten 102a und 102 b, welche die Wellen 104a bzw. 104 6 tragen, auf denen die Walzen Rc bzw. Rd befestigt sind. Auf die rückwärtigen Enden der Wellen 104 a und 104 & sind Wechselzahnräder 106 a bzw. 106 5 aufgesetzt, die durch die Wechselzahnräder 108 a und 108 & mit einem gemeinsamen Antriebszahnrad 110 verbunden sind, das mit dem auf der Werkstückspindel 114 drehbaren Meisterritzel 112 kämmt. Auf der Werkstückspindel 114 sitzt ein Schneckenrad 116, das durch eine Schnecke 118 angetrieben wird, die auf einer Welle 119 sitzt, deren Antrieb über die Zahnräder 120 und 121, eine Riemenscheibe 122, einen Treibriemen und eine Riemenscheibe 124 von einem Motor 126 aus erfolgt. Die Welle 114 trägt eine Kupplung 128, die mit dem Ritzel 112 zusammenwirkt, um dieses während des anfänglichen Walzens des Werkstücks G mit der Welle 114 zu verbinden und um in der bereits beschriebenen Weise die Antriebsmittel während des letzten Teils der Bearbeitung durch die Walzen Rc und Rd wirkungslos zu machen.

Aus Gründen der Einfachheit sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Zahnräder als Stirnzahnräder gezeichnet, doch sei bemerkt, daß sich das beschriebene Verfahren ebensogut für die Herstellung von Schrägzahnrädern eignet, die man dann erhält, wenn man die gezahnten Walzen mit schrägen Zähnen versieht.

Die Figuren und die vorstehende Beschreibung ergeben eine so vollständige, klare und genaue Darstellung des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung, daß hiernach jeder Fachmann imstande ist, die Erfindung praktisch anzuwenden.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   ίο 1. Verfahren zum Herstellen der Zähne von

   Zahnrädern durch Walzen von Zahnradrohteilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen zu Beginn des Walzvorganges in an sich bekannter Weise im Zwanglauf zwischen den Werkzeugen und dem Werkstück und gegen Ende des Walzvorganges in an sich gleichfalls bekannter Weise ohne Zwanglauf ausgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zähne in mehreren Stufen hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Walzvorganges der Zahnkopf (86) geformt und im weiteren Verlauf des Verfahrens ohne wesentliche Verformung radial nach außen gedrückt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zähne in mehreren Stufen hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn des Walzvorganges durch Eindrücken spitz zulaufender Zahnlücken (91) in den Umfang des Rohteils (G) das Fließen des Metalls zu denjenigen Stellen hin eingeleitet wird, an denen die Zähne ausgebildet werden sollen, und daß sodann die Zahnlücken (91) auf die volle Tiefe erweitert werden und daß durch Druck auf die Zahnflanken unter Verlagerung des Metalls nach den Seiten und radial nach außen die endgültige Zahnform gebildet wird.
4. 4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, bei der ein Antriebsritzel, das mit den auf den Wellen der Formwalzen sitzenden Zahnrädern im Eingriff steht, auf einer den Zahnradrohteil tragenden Antriebswelle sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen Ende des Walzvorganges mit dem Antriebsritzel (22) kämmenden Zähne der auf den Wellen (26 α, 26 b) der Formwalzen (Ra, Rb) sitzenden Zahnräder (24a,

   24 b) mit Spiel in die Zahnlücken des Ritzels (22) eingreifen.
5. 5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, bei der ein Antriebsritzel, das mit den auf den Wellen der Formwalzen sitzenden Zahnrädern im Eingriff steht, auf einer den Zahnradrohteil tragenden Antriebswelle sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsritzel (33) mit der Antriebswelle (30) durch eine Kupplung (32) verbunden ist, die gegen Ende des WaIz-Vorganges ausgerückt wird.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken (82) zwischen den zu Beginn des Walzvorganges zur Wirkung kommenden Zähnen (81) der Formwalzen (80) in ihrer Form der Form des zu bildenden Zahnkopfes (86) entsprechen und daß die danach zur Wirkungkommenden Zähne (83) so bemessen und in solchen Abständen angeordnet sind, daß sie den Zahnkopf (86) unter Bildung der unteren Zahnabschnitte (87 a, 89 a) ohne wesentliche Verformung radial nach außen drücken.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu Beginn des Walzvorganges zur AVirkung kommenden Zähne (90), mit im wesentlichen spitz zulaufenden Zahnrücken ver-

   sehen sind und daß die später zur Wirkung kommenden Zähne (92, 94) zunächst an Höhe zunehmen und sodann unter Zunahme ihrer Dicke in die zur Bildung der endgültigen Zahnform erforderliche Form (94) übergehen.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche " Patentschriften Nr. 884 944, 901 768, 824,917 966;

   schweizerische Patentschrift Nr. 262 854; USA.-Patentschrift Nr. 2 475 084.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   © 909 509/71 4.59 (909 626/33 10. 59)