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walzeinrichtung zum verzahnen von zylindrischen Werkstücken Zum Verzahnen
von zylindrischen Werkstücken auf ihrer Mantelfläche wird mit Vorteil eine Wälzeinrichtung
verwendet, bei der das Werkstück von einem Support frei drehbar gehalten ist und
durch zwei das Werkstück zwischen sich unter Druck aufnehmenden gegenläufig verschiebbaren
Zahnstangen durch Druckverformung verzahnt wird. Bei den bisher bekannten Maschinen
dieser Art sind die Zahnstangen gerade verzahnte Leisten, bei denen die Zahnhöhe
von einem Kleinstwert nach und nach bis zur Höhe der fertigen Zähne zunimmt. Das
Werkstück führt während dieses Bearbeitungsvorganges lediglich eine Bewegung um
seine Achse aus.
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Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung einer Walzeinrichtung zum
Verzahnen von zylindrischen Werkstücken und besteht darin, daß die Zahnstangen Zylinder
mit um die Zylinderachse verlaufenden Zähnen sind, die gegen eine Drehbewegung um
ihre Achse verriegelt sind, und daß der Werkstücksupport während des walzenden Einwirkens
der Zahnstangen in Richtung der Werkstückachse bewegbar ist. Das Werkstück führt
also bei der neuen Einrichtung sowohl eine Bewegung um seine Achse wie in Richtung
seiner Achse aus.
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Wie bereits erwähnt, ist es bei den bekannten Maschinen erforderlich,
mit Zahnstangen zu arbeiten, deren Zahnhöhe nach und nach zunimmt. Diese Forderung
ergibt sich aus der Tatsache, daß die Zähne des Werkstückes bei einem einzigen Durchgang
der Zahnstangen geformt werden. Die ersten Zähne der Zahnstangen machen nur einen
Eindruck geringer Tiefe in das Werkstück. Die Zahnhöhe nimmt dann nach und nach
zu, bis schließlich die endgültige Zahnhöhe ereicht ist. Es leuchtet ein, daß die
Herstellung der Zahnstangen verhältnismäßig schwierig ist, denn es muß darauf geachtet
werden, daß der Verformungsvorgang stetig verläuft. Außerdem ist es ungünstig, daß,
da die Abnutzung des Werkzeuges rasch vonstatten geht, es häufig nachgeschliffen
werden muß.
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Die Walzwerkzeuge gemäß der Erfindung sind Zylinderkörper mit kreisringförmigen
Zähnen. Ein solches Werkzeug läßt sich durch einen einfachen Dreh- und Schleifvorgang
zur Bildung der Zähne schnell und mit hoher Genauigkeit herstellen. Das neue Werkzeug
hat weiter den Vorteil, daß auch längere Werkstücke verzahnt werden können, da das
Werkstück während des Bearbeitungsvorganges in seiner Längsrichtung verschoben wird.
Bei den bekannten Maschinen ist die Verzahnung auf eine Länge entsprechend der Zahnstangenbreite
beschränkt. Die Erfindung ist an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer Walzeinrichtung
gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1, F i
g. 3 ein schematisches Schaltbild der Antriebsvorrichtung der in F i g. 1 dargestellten
Einrichtung, in welchem zur Verdeutlichung das Steuerventil vergrößert dargestellt
ist, F i g. 4 eine Teilansicht einer typischen Evolventenverzahnung, die mit der
Einrichtung herstellbar ist, F i g. 5 eine vergrößerte Seitenansicht des in F i
g.1 dargestellten Werkzeugs und Werkzeughalters, F i g. 6 eine Draufsicht der in
F i g. 5 dargestellten Vorrichtung, F i g. 7 eine vergrößerte Ansicht eines der
in F i g. 1 dargestellten Werkzeuge, F i g. 8 einen vergrößerten Schnitt in radialer
Ebene eines Zahnes des in F i g. 7 dargestellten Werkzeuges, F i g. 9 eine Endansicht
einer anderen Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung in der Anlage am Werkstück.
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In den F i g. 1 und 2 ist ein Werkzeug W in einer Stellung zwischen
einem oberen und einem unteren Werkzeug 1 bzw. 3 in einer Stellung am Anfang des
Arbeitsganges gezeigt, durch den am Umfang des Werkstückes W Evolventenzähne 4 durch
Anwendung von Druck erzeugt werden. Das Werkstück ist in einem Support so gehalten,
daß es sich bei Einnl
wirkung der Werkzeuge 1 und 3 frei um eine
feste Achse drehen kann. Gleichzeitig wird das Werkstück axial zwischen den Werkzeugen
um das Maß der gewünschten Verzahnungslänge verschoben. Die Hin-und Herbewegung
der zylindrischen Werkzeuge 1 und 3 ist somit mit einem Axialvorschub des Werkstücks
kombiniert. Die Werkzeuge 1 und 3 werden gegenüber dem Werkstück W in kurzen, jedoch
schnellen Hüben geradlinig hin- und herbewegt, wobei das Werkstück W axial vorgeschoben
wird, bis die gewünschte Zahnlänge erreicht ist. Beispielsweise kann die Axialvorschubgeschwindigkeit
bei etwa 230 mm langen Werkzeugen etwa 1,5 bis 3 mm je Werkzeughub betragen, wobei
die Vorschubgeschwindigkeit natürlich vom Werkstückdurchmesser, der Zahnteilung
und der gewünschten Oberflächengüte abhängt. Das Werkstück Wist zwischen einer Zentrierspitze
5 an einem axial beweglichen Teil 7 und einer Zentnerspitze 9 eingespannt, die von
der Kolbenstange 10 eines üblichen hydraulischen Kraftantriebes getragen wird. Der
hydraulische Kraftantrieb ist verstellbar, um verschieden lange Werkstücke W einspannen
zu können. Das obere und das untere Werkzeug 1 und 3 sind gleich ausgebildet und
weisen einen Kern 11 auf, der an seinem Umfang mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden
Zähnen 12 versehen ist, die an der Oberfläche des Werkstückes W angreifen.
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Die Werkzeuge 1 und 3 sind axial verschiebbar und im Ausführungsbeispiel
als in den Führungen 15 und 17 gleitend dargestellt, wobei sie von Werkzeughaltern
getragen sind, die im ganzen mit 18 bezeichnet sind und nachfolgend noch näher beschrieben
werden sollen. Wie ersichtlich, sind die Führun-Qen 15 und 17 am Kopf 19 bzw. am
Bett 21 der die Werkzeuge 1 und 3 tragenden Maschine 8 angebracht.
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Um die Werkzeuge 1 und 3 gleichzeitig in entgegengesetzten Richtungen
zu bewegen, sind zwei gleiche Druckzylinder 23 und 24 mit Anschlüssen 27 und 28
für Druckflüssigkeit vorgesehen. Die Kolben sind mit 29 und 30, ihre Kolbenstangen
mit 31 und 32 bezeichnet. Die Kolbenstange 31 ist mit dem Ende eines Werkzeugschlittens
33 verbunden, der in der Führung 15 gelagert ist, während die Kolbenstange 32 mit
dem Ende eines Werkzeugschlittens 34 verbunden ist, der in der Führung 17 angeordnet
ist. Zur Steuerung der Druckflüssigkeit für die Zylinder 23 und 24 ist eine Ventilanordnung
vorgesehen, um die Kolben zu betätigen und ihre Bewegung zu synchronisieren, so
daß sich die Werkzeuge 1 und 3 im gleichen Augenblick und mit gleichen Geschwindigkeiten
in entgegengesetzten Richtungen bewegen.
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In F i g. 3 sind beispielsweise die Zylinderanschlüsse 25 und 26 als
durch ein T-Stück verbunden gezeigt, welches an die in den Anschluß 36 einmündende
Leitung 35 angeschlossen ist, während die Zylinderanschlüsse 27 und 28 durch ein
T-Stück verbunden sind, welches über die Leitung 37 mit dem Anschluß 39 in Verbindung
steht. Ein Steuerkolbenschieber 41 mit drei Steuerkanten ist in einem Ventilgehäuse
43 so angeordnet, daß der Kolbenschieber bei einer Verschiebung nach rechts die
Anschlüsse 25 und 26 mit der von einer Pumpe 45 kommenden Druckflüssigkeit und die
Anschlüsse 27 und 28 mit dem Ablauf verbindet. Durch Verschieben des Kolbenschiebers
41 nach links werden die umgekehrten Verhältnisse geschaffen, die Anschlüsse 25
und 26 sind mit dem Ablauf und die Anschlüsse 27 und 28 mit der Druckpumpe verbunden.
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Beim Betrieb der vorstehend beschriebenen Vorrichtung mit den Werkzeugen
1 und 3 in den in F i g. 1 und 3 gezeigten Stellungen ist das Werkstück W zwischen
den Spitzen 5 und 9 gespannt, welche eine Drehung des Werkstücks durch die Werkzeuge
1 und 3 zulassen. Der Kolbenschieber 41 wird nach links bewegt, so daß die Anschlüsse
27 und 28 an die Druckflüssigkeit angeschlossen und die Anschlüsse 25 und 26 mit
dem Ablauf verbunden werden, wobei sich das Werkzeug bei Betrachtung der F i g.
1 nach links und das Werkzeug 3 nach rechts bewegt. Der in vertikaler Ebene gemessene
Abstand zwischen den Werkzeugen 1 und 3, bezogen auf die Längsachsen der beiden
Werkzeuge 1 und 3, ist so, daß der Abstand zwischen den Zahnspitzen der Werkzeuge
1 und 3 geringer ist als der ursprüngliche Durchmesser des Werkstückes W. Somit
wird die Form der Zähne 12 eines jeden Werkzeuges 1 und 3 in den Umfang des Werkstückes
eingepreßt. Gleichzeitig mit der Hin- und Herbewegung der Werkzeuge 1 und 3 am Werkstück
entlang wird dieses vorzugsweise kontinuierlich axial vorgeschoben, um so eine Zunahme
der Länge der auf dem Werkstück erzeugten Zähne 4 zu erzielen. Die Werkzeuge 1 und
3 werden am Werkstück entlang hin-und herbewegt, während das Werkstück kontinuierlich
axial vorgeschoben wird, bis die gewünschte Länge der Keilwellen- oder Zahnradverzahnung
erreicht ist, wobei die Werkzeugzähne abwälzend die Werkstückzähne bilden. Nachdem
die gewünschte Länge der Zähne auf dem Werkstück erreicht ist, wird das Werkstück
zwischen den Werkzeugen herausgenommen, indem es bei Betrachtung der F i g. 2 nach
rechts herausgezogen wird, worauf dann ein neues Werkstück in die Vorrichtung eingespannt
und der Vorgang wiederholt werden kann.
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Die Teilung der Werkzeuge und des Werkstückes sind gleich. Bei dieser
Konstruktion wird die Teilung der Zähne 12 am Werkzeug in axialer Richtung am Teilungszylinder
parallel zur Längsachse des Werkzeuges gemessen und entspricht der Umfangsteilung
der Zähne 4 am Werkstück, gemessen an einem Kreis mit dem Durchmesser D1. Die Gesamttiefe
aller Zähne 12 an jedem der Werkzeuge 1 und 3, die am Werkzeug angreifen, ist die
gleiche wie die des Werkstückes, d. h., alle Werkzeugzähne 12 entsprechen völlig
den Werkstückzähnen 4. Da die Zähne 12 der Werkzeuge im radialen Querschnitt der
Werkzeuge kreisförmig sind, nimmt die Tiefe der Eindrückung am Werkstück allmählich
zu, wenn das Werkstück in axialer Richtung zwischen die Werkzeuge 1 und 3 vorgeschoben
wird. Somit dringen die Zähne 12 der Werkzeuge allmählich in das Werkstück ein,
wenn das Werkstück in axialer Richtung zwischen die sich hin- und herbewegenden
Werkzeuge vorgeschoben wird, wobei die maximale Eindringung in einer Ebene erfolgt,
die senkrecht zur Längsachse des Werkstückes liegt und durch die Längsachsen beider
Werkzeuge geht. Bei fortgesetzter Bewegung über die Angriffsmittellinie der Werkzeuge
hinaus nimmt der durch die Werkzeuge auf das Werkstück ausgeübte Druck allmählich
ab, bis der vollständig verformte Teil des Werkstücks außer Eingriff mit dem Werkzeug
kommt.
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Wie in der Ausführungsform nach F i g. 7 gezeigt, sind alle Zähne
12 der Werkzeuge senkrecht zu den
Längsachsen der Werkzeuge angeordnet.
Somit wird der Teilungszylinder der Werkzeugzähne 12 durch eine unendliche Anzahl
von Teilungslinien bestimmt, die parallel zur Längsachse eines jeden Werkzeuges
liegen, wobei alle Werkzeugzähne 12 in jeder beliebigen, auf die Werkzeugachse bezogenen
radialen Ebene völlig konjugiert mit den Werkstückzähnen sind.
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Die Werkzeuge 1 und 3 sind vorzugsweise mit hoher Präzision aus hochlegiertem
Stahl hergestellt und können ohne weiteres in der gewünschten Form geschliffen werden.
Bei Abnutzungserscheinungen können die Werkzeuge 1 und 3 in den Haltern 18 verdreht
und festgestellt werden, um einen nicht abgenutzten Abschnitt der formgebundenen
Zähne 12 zur Wirkung zu bringen. Durch das Verdrehen kann somit jedes Werkzeug in
mehrere Arbeitsstellungen gebracht werden, ehe die Werkzeuge abgenutzt sind und
unbrauchbar werden. Wie aus F i g. 2, 5 und 6 ersichtlich, weist jeder Werkzeughalter
18 eine Grundplatte 50 auf, mit der Endteile 52 und 54 und ein Rückenteil 56 fest
verbunden sind, wobei die Grundplatte mit Schrauben 58 auf dem zugeordneten Schlitten
33 oder 34 befestigt ist. Wie in F i g. 2 gezeigt, ist die Grundplatte 50 mit einem
keilförmigen Teil 60 versehen, auf dem der Umfang des Werkzeuges ruht, während der
Rückenteil 56 einen keilförmigen Ansatz 62 aufweist, der ebenfalls am Umfang
des Werkzeuges angreift, um eine vertikale Bewegung des Werkzeuges zu verhindern.
Um die Entnahme von zwischen den Werkzeugen 1 und 3 befindlichen Werkstücken nach
dem Verzahnungsvorgang zu ermöglichen, sind mehrere im Abstand angeordnete nachgiebige
Pufferelemente 64 vorgesehen, die auf an der Grundplatte 50 befestigten Stiften
66 angeordnet sind. Abstandhalter 68 stellen sicher, daß die Puffer in der gewünschten
Höhe gehalten werden. Wenn bei der zuvor beschriebenen Konstruktion dem Werkstück
W eine axiale Vorschubbewegung erteilt wird, werden die Werkzeuge 1 und 3 quer zu
ihren Grundplatten 50 gedrückt, so daß die Werkzeuge 1 und 3 zwischen der schrägverlaufenden
Fläche 70 des Keilteiles 60 und der schrägverlaufenden Fläche 72 des keilförmigen
Ansatzes 62 eingeklemmt und sicher in der richtigen Stellung gehalten werden. Zur
Verdrehung und Feststellung der Werkzeuge 1 und 3, nachdem sie abgenutzt sind, sind
in der Grundplatte 50 Stifte 74 befestigt, deren freie Enden 76 konisch ausgebildet
sind und in radiale Schlitze 78 eingreifen, die in Winkelteilungen angeordnet in
den Endteilen der Werkzeuge 1 und 3 vorgesehen sind. Bei dieser Konstruktion können
die Werkzeuge um die konischen Enden 76 der Stifte 74 kippen, so daß sich die Werkzeuge
1 und 3 unter Verformung der nachgiebigen Puffer 64 genügend auseinanderbewegen
können, um das Werkstück zwischen ihnen herausziehen zu können, nachdem der Verzahnungsvorgang
beendet ist. Hierbei dienen die Puffer 64 zum Zurückbewegen der Werkzeuge in Anlage
an die schrägen Flächen 70 und 72 in die korrekte Verzahnungsstellung, nachdem das
Werkstück entfernt ist. Es wird bemerkt, daß bei der Einstellung der erfindungsgemäßen
Werkzeuge die Werkzeugzähne genau vertikal miteinander auszurichten sind, wenn eine
gerade Anzahl von Zähnen erzeugt wird, daß sie jedoch um eine halbe Teilung zu versetzen
sind, wenn eine ungerade Anzahl von Zähnen hergestellt wird. Um eine genaue Einstellung
der Werkzeuge vornehmen zu können, ist ein verstellbarer Anschlag 80 im Endteil
54 eines jeden Werkzeughalters vorgesehen, der aus einer Stellschraube besteht,
die in axialer Richtung gegenüber dem zugeordneten Werkzeug verstellbar ist, wobei
am gegenüberliegenden Ende Beilegscheiben vorgesehen sind, so daß jedes Werkzeug
genau eingestellt mit dem anderen Werkzeug ausgerichtet werden kann.
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Wie in F i g. 9 gezeigt, kann jedes Werkzeug T', wenn eine Verzahnung
an einem Werkstück W' mit einem die Verzahnung einseitig begrenzenden Bund angebracht
werden soll, eine Längsausnehmung 92 aufweisen, so daß die volle Tiefe der Zähne
4' bis nahe an den Bund 90 des Werkstückes W heran erzeugt werden kann.