DE1059745B - Vorrichtung zum Pressen von Schraegzahninnenraedern aus pulverfoermigem Werkstoff - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Preßwerkzeug zum Herstellen von Schrägzahninnenrädern aus pulverförmigem Werkstoff.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Pressen von Schrägzahninnenrädern aus pulverförmigem Werk- S stoff bekannt, bei der eine Matrize vorgesehen ist, in welcher Stempel gegeneinander beweglich sind, die eine mit der des Rades übereinstimmende Innenverzahnung aufweisen und einen Kern, der den Matrizenhohlraum begrenzt und das Gegenprofil der Verzahnung aufweist sowie mit der Verzahnung der Stempel im Eingriff steht.

Bei dieser Anordnung ist das Gesenk feststehend, und die Stempel sind fest mit ihren Antriebszahnrädern verbunden, so daß die Gefahr besteht, daß sich während des Preßvorgangs Gesenk und Stempel verklemmen und dadurch die Zähne beschädigt werden.

Diese Gefahr wird bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß entweder die Matrize oder die Stempel oder Matrize und Stempel gegenüber festen Teilen des Werkzeugs mittels Längslagern drehbar gelagert sind.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Zahnrades aus pulverförmigem Werkstoff mit einer schraubenförmigen Innenverzahnung,

Fig. 2 eine Schnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, wobei der Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1 geführt und in Richtung der Pfeile gesehen ist,

Fig. 3 eine Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung in auseinandergezogener Anordnung,

Fig. 4 eine Randansicht eines durch die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Vorrichtung hergestellten Zahnrades,

Fig. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer anderen Ausführungsform der gezeigten Vorrichtung'.

In Fig. 1 bis 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen von Schrägzahninnenrädern aus pulverförmigem Werkstoff mit einer im Winkel zu ihrer Drehachse angeordneten Verzahnung dargestellt. Das in Fig. 4 gezeigte Zahnrad ist aus pulverförmigem Werkstoff hergestellt, der ein metallisches oder nichtmetallisches Pulver sein kann, wie ein aus einem oder mehreren Stoffen einer großen Gruppe organischer, synthetischer oder nicht synthetischer formbarer Stoffe hergestellter Kunststoff, wie z. B. unter der Bezeichnung »Nylon« bekannte Kunststoff.

Die Vorrichtung ist besonders zum Herstellen von Zahnrädern geeignet, die aus verdichtetem pulverförmigem Werkstoff bestehen und eine schraubenförmige Innenverzahnung aufweisen wie das in Fig. 4 gezeigte Zahnrad, wobei jeder Zahn des Zahnrades an jeder Stelle quer zum Zahn spiralig verläuft. Die in Fig. 1 Vorrichtung

zum Pressen von Schrägzahninnenrädern aus pulverförmigem Werkstoff

Anmelder:

Borg-Warner Corporation,
Chicago, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. April 1952

Vernon J. Pingel, Arlington Heights, 111. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

bis 3 gezeigte Vorrichtung kann zwischen einer feststehenden Bettplatte 10 und einer senkrecht auf und ab beweglichen, nicht drehbaren Druckplatte 11 einer hydraulischen Presse eingesetzt werden, die hohe Drücke, beispielsweise 42 bis 56 kg/mm², ausüben kann.

Die Vorrichtung weist ein Drucklager 12 üblicher Bauart mit einem oberen Laufring 13 und einem unteren Laufring 14 sowie einem Kugelkäfig 15 auf, der mit einer Vielzahl von Öffnungen zur Aufnahme von Kugeln 16 ausgebildet ist, die zwischen den gegenüberliegenden Laufringen 13 und 14 angeordnet sind. Das Drucklager 12 umschließt eine Vielzahl von Druckscheiben 17., 18, 19 und 20, die übereinander auf der untersten Scheibe 20 angeordnet sind, die auf einer auf der Bettplatte 10 liegenden Platte 21 aufliegt. Auf Stirnseite 23 der Scheibe 17 sitzt das untere Ende eines zylindrischen Unterstempels 22 auf, der mit einer Vielzahl schraubenförmiger Innenzähne oder Innenkeile bzw. -keilnuten 24 versehen ist. Das obere Ende des Unterstempels 22 ist von einer ringförmigen Matrize 25 umgeben, die von drei Federn 26 getragen wird, deren untere Enden sich auf die Stirnseite 27 des oberen Laufringes 13 des Drucklagers 12 abstützen, während ihre oberen Enden sich in ringförmigen Öffnungen oder Aussparungen 28 der Matrize 25 gegen deren Boden 29 abstützen, so daß die Federn 26 die Matrize 25 elastisch gegen das Drucklager 12 ab-

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stützen. In der Öffnung der ringförmigen Matrize 25 ist ein ringförmiger Oberstempel 30 angeordnet und mit einer schraubenförmigen Innenverzahnung 31 versehen. Der Kern 32 ruht mit seinem unteren Ende 33 auf der oberen Druckscheibe 34 einer Vielzahl von Druckscheiben 34, 35, 36 und 37, die übereinander und innerhalb der Scheiben 17, 18,19 und 20 angeordnet sind, wobei die unterste Scheibe 37 auf der Platte 21 aufliegt. Der Kern 32 ist innerhalb der in axialer Ausfluchtung befindlichen öffnungen der Stempel 22 und 30 und der Matrize 25 angeordnet und hat eine schraubenförmige Außenverzahnung 38, die mit der Innenverzahnung der Stempel 22 und 30 im Eingriff steht. In den in axialer Ausfluchtung miteinander befindlichen Öffnungen in den Scheiben 34, 35, 36 und 37 und des Kerns 32 ist ein Führungsbolzen 39 angeordnet.

Die innere zylindrische Fläche 25 α der Matrize 25 liegt an den benachbarten äußeren zylindrischen Flächen der Stempel an 22 und 30 an, wie aus Fig. 1 ersichtlich. Die Matrize 25 und der Kern 32 begrenzen einen Formhohlraum, in dem sich eine Masse aus pulverförmigem Werkstoff 40 befindet, wobei das obere Ende des Stempels 22 den Boden des Hohlraumes bildet. Der pulverförmige Werkstoff kann aus beliebigen Stoffen, wie im vorangehenden erwähnt, bestehen. Beispielsweise wurden auf elektrolytischem Wege gewonnenes Eisenpulver von etwa 99%>iger Reinheit und einer Korngröße von 0.149 mm Sieböffnung mit 1 °/σ Zinkstearat als Schmiermittel oder schwedisches Schwammeisen sowie andere Eisen- oder Eisenlegierungspulver mit Erfolg zur Herstellung von Zahnrädern gemäß der Erfindung verwendet. Zwischen der Druckplatte 11 und dem Oberstempel 30 ist eine Mehrzahl aufeinanderliegender Druckelemente oder -scheiben 41, 42, 43 vorgesehen, wobei die Druckplatte 11 auf der oberen Druckscheibe 41 aufliegt und die unterste Druckscheibe 43 auf dem oberen Ende des Oberstempels 30, wie gezeigt.

Beim Ausüben eines Drucks auf die Vorrichtung mit Hilfe der Druckplatte 11 wird der Oberstempel 30 unter gleichzeitiger Drehung nach unten bewegt, da die schraubenförmigen, miteinander im Eingriff befindlichen Zähne des Oberstempels 30 und des Kerns 32 eine solche schraubende Bewegung des Oberstempels 30 erzwingen, daß das Pulver 40 in dem durch die Matrize 25 und den Kern 32 gebildeten Hohlraum zwischen den Stempeln 30 und 22 zusammengedrückt wird. Der Oberstempel 30 bewegt sich in bezug auf den Kern 32, bis das Pulver 40 durch Druck gegen die Zähne des Kerns und die zylindrische Innenfläche der Matrize 25 verdichtet worden ist. Dies hat zur Folge, daß sich der Oberstempel 30 und die Matrize 25 nunmehr als eine Einheit drehen, da sie miteinander durch das verdichtete Pulver verbunden sind, so daß die Matrize 25 und der Oberstempel 30 gemeinsam eine Drehbewegung nach abwärts ausführen, wobei sich der Unterstempel 22 mit dem Kern 32 dreht. Während dieser drehenden Abwärtsbewegung der Matrize 25 werden die Federn 26 zusammengedrückt, wobei sie um die Drehachse der Vorrichtung herumlaufen, welche Bewegung durch das Kugellager 12 ermöglicht wird.

Die aufeinanderliegenden Lagerflächen der Druckscheiben 17 bis 20, 34 bis 37 und 41 bis 43 sowie die aufeinanderliegenden Flächen der Druckplatte 11 und der Druckscheibe 41, der Druckscheibe 43 und des Oberstempels 30, des Unterstempels 22 und der Druckscheibe 17, der Druckscheibe 20 und der Platte 21, der Druckscheibe 34 und des Kerns 32 haben geschliffene und polierte flache Oberflächen und sind vorzugsweise mit Öl oder Graphit geschmiert.

Ferner gestatten während des beschriebenen Arbeitsganges der Vorrichtung die aufeinanderliegenden Lagerflächen der Druckscheiben und der Stempel 22 und 30 sowie des Kerns 32, daß sich der Unterstempel 22 und der Kern 32 als eine Einheit oder der Oberstempel 30 und der Kern 32 als eine Einheit mit Bezug auf den Oberstempel 30 bzw. den Unterstempel

ίο 22 unter Mitnahme der Matrize 25 drehen können.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß bei dem vorerwähnten Arbeiten der Vorrichtung eine Doppelwirkung stattfindet, da, wenn das Pulver 40 zwischen den Stempeln 30, 22 der Matrize 25 und dem Kern 32 zusammengedrückt und verdichtet worden ist, das Pulver zwischen die Zähne oder Keilnuten 38 des Kerns 32 gedruckt wird, so daß der Oberstempel 30, der Kern 32 und die Matrize 25 miteinander gekuppelt werden und sich als eine Einheit drehen, wobei die

ao Matrize 25 nach unten gedruckt wird. Das Kugeldrucklager 12 nimmt dabei die geringen Belastungen der auf Federn gelagerten Matrize 25 auf.

Fig. 5 stellt eine andere Ausführungsform der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung gemäß der Erfindung dar, wobei für die Kennzeichnung gleicher Teile der in Fig. 1 bis 3 und 5 gezeigten Vorrichtung gleiche Bezugsziffern verwendet wurden. Die Vorrichtung nach Fig. 5 weist ebenfalls ein Kugeldrucklager 12 und einen Kern 44 mit einer schraubenförmigen gewundenen Außen verzahnung 45 auf, die mit der schraubenförmigen Verzahnung 31 des Oberstempels 30 sowie mit der schraubenförmigen Innenverzahnung 38 des Unterstempels 22 im Eingriff steht. Die Matrize 25 und der Kern 44 bilden zusammen einen Formhohlraum, in dem sich das Eisenpulver 40 befindet, wobei der Unterstempel 22 den Boden des Hohlraumes bildet. In den öffnungen von Druckscheiben 46, 47 und 48 und innerhalb der Mittelbohrung des Kerns 44 ist ein Führungsbolzen 49 angeordnet, dessen unteres Ende sich auf der Platte 21 abstützt. Der Bolzen 49 ist von einer Feder 50 umgeben, deren unteres Ende sich auf der Druckscheibe 46 und deren oberes Ende sich am Kern 44 abstützt und den letzteren elastisch trägt.

Alle aufeinanderliegenden Flächen der Druckscheiben46, 47 und 48 und die aufeinanderliegenden Flächen der Platte 21 und der Druckscheibe 48 sind geschliffene und polierte flache Flächen, die vorzugsweise mit Schmierstoffen, wie öl oder Graphit, versehen sind.

Bei einer Abwärtsbewegung der Druckplatte 11, bei der das Pulver fest an die Verzahnung 45 des Kerns 44 und an die zylindrische Innenseite der Matrize 25 gedrückt wird, bewirkt das stark verdichtete Pulver, daß die Matrize 25, der Oberstempel 30 und der Kern 44 eine drehende Abwärtsbewegung als Einheit ausführen. Infolge der Wirkung der Feder 50 widersetzt sich der Kern 44 der Reibungswirkung des verdichteten Pulvers auf ihn, die das Bestreben hat, ihn nach abwärts zu bewegen, so daß er nur ein leichtes Zusammendrücken der Feder bewirkt, und zwar so lange, bis die Reibung so groß geworden ist, daß der Kern 44 eine weitere Abwärtsbewegung ausführt und die Feder 50 stärker zusammendrückt.

Bei beiden in Fig. 1 bis 3 bzw. 5 gezeigten Vorrichtungen ist es schwierig, genau anzugeben, welches der beschriebenen Elemente sich jeweils dreht, was durch die Veränderungen der Reibungsverhältnisse von einem Element zum anderen bedingt ist. Versuche haben jedoch erwiesen, daß, wenn eines der Elemente durch die Reibungsverhältnisse mit dem anderen ver-

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bunden wird, sich die aufeinanderliegenden Flächen anderer Elemente, zwischen welchen die jeweils geringste Reibung vorhanden ist, gegeneinander verdrehen, wenn eine solche Bewegung notwendig wird. Bei jeder der in Fig. 1 bis 3 bzw. 5 dargestellten Vorrichtungen kann das Zahnrad aus der Vorrichtung durch Abheben der Platte 11 entnommen werden, wobei die Matrize 25 über den Unterstempel 22 mittels eines gegabelten Jochs, das auf der Oberseite der Matrize 25 aufgesetzt wird, nach unten gedrückt wird, bis die Oberseite der Matrize 25 in gleicher Höhe mit der Oberseite des Unterstempels 22 liegt, worauf das Zahnrad A zusammen mit dem Kern 32 oder 44 durch den Bedienungsmann herausgenommen werden kann. Wenn eine hydraulische Presse mit zwangläufig gegeneinander beweglichen oberen und unteren Druckplatten, die eine doppelte Preßwirkung auf das Werkstück 40 zur Folge haben, verwendet wird, sind die Federn 26 bei der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 3 bzw. die Federn 26 und 50 bei der Vorrichtung nach Fig. 5 überflüssig. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Pressen von Schrägzahninnenrädern aus pulverförmigem Werkstoff mit einer Matrize, in dieser gegeneinander beweglichen, eine mit der des Rades übereinstimmende Innenverzahnung aufweisenden Stempeln und einem den Matrizenhohlraum begrenzenden, das Gegenprofil der Verzahnung aufweisenden und mit der Verzahnung der Stempel im Eingriff stehenden Kern, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (25) und/ oder die Stempel (22, 30) gegenüber drehfesten Teilen (10, 11) des Werkzeugs mittels

Längslagern (12, 41, 42, 43, 17, 18, 19 und 20) drehbar gelagert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrizen-Längslager (12) als Wälzlager (13 bis 16) ausgebildet ist und an der Bettplatte (10) des Werkzeugs anliegt und daß die Matrize (25) auf dem Längslager (12) durch Federn (26) abgestützt ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ίο gekennzeichnet, daß ein den Kern (32, 44) und den Unterstempel (22) durchsetzender Führungsbolzen (39) und als Unterstempel-Längslager ein Satz von Druckscheiben (17 bis 20) mit aneinanderliegenden Lagerflächen vorgesehen sind, die zwischen der Bettplatte (10) der Presse und dem Unterstempel (22) liegen, daß ferner als Oberstempel-Längslager ein zweiter Satz von Druckscheiben (41 bis 43) mit aneinanderliegenden Lagerflächen, die zwischen der beweglichen Druckplatte (11) der Presse und dem anderen Stempel (30) liegen, und ein Kern-Längslager in Form eines dritten Satzes von Druckscheiben (34 bis 37 bzw. 46 bis 48) mit aneinanderliegenden Lagerflächen, die zwischen der Bettplatte (10) der Presse und einem Ende des Kerns (32, 44) liegen, vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kern-Längslager (46 bis 48) und dem Kern (44) eine Feder (50) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 561 735;
Kieffer und Hoto-p: »Smtereisen und Sinterstahl«, Springer-Verlag, Wien, 1948, S. 285 und 286.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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