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Werkzeitc, zum Kaltformen von Zähnen auf dem e äußeren Umfang eines
Werkstückes Zum Kaltformen von Zähnen sind Rollwerkzeuge entwickelt worden, die
sich auf dem grundsätzlichen Gedanken aufbauen, den Zahn nicht gewissermaßen schlagartig
zu formen, sondern das Formwerkzeug mit fortschreitender Tiefe in den Werkstoff
eindringen zu lassen, um den Werkstoff weich zu verdrängen und Gefügestörungen durch
zu schnelle Verformung zu vermeiden. Die bekannten Rollwerkzeuge dieser Art bestehen
aus zwei Stangen mit Formzähnen, deren Höhe in der Arbeitsrichtung zunimmt in der
Weise, daß zunächst nur ein oder mehrere Zähne geringer Eindringtiefe formend auf
das Werkstück einwirken und die Eindringtiefe der folgenden Zähne immer mehr zunimmt,
so daß also die zu bildenden Zahnlücken zwischen zwei Zähnen sich unter gleichzeitiger
Ausbildung der Zahnflanken immer mehr vertiefen, bis schließlich die endgültige
Zahnform erreicht ist. Rollwerkzeuge dieser Art ergeben zwar Rollverzahnungen hoher
Güte, sind aber in der Herstellung und Wartung verhältnismäßig teuer. Da jedes Rollwerkzeug
nur einer bestimmten Zahnform entspricht, müssen für verschiedene Zahnformen entsprechende
Formzahnstangen bereitgehalten werden. Ausbesserungsarbeiten sind schwierig. Etwa
abgebrochene Zähne lassen sich nur schwer ersetzen.
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Zur Vervollständigung des Standes der Technik seien hier noch zwei
weitere Vorschläge behandelt, die ebenfalls auf dem Gedanken der Herstellung foringetreuer
Zähne durch Materialverdrängung beruhen. In dem einen Fall (USA.- Patentschrift
716 241) wird in eine ringförmige Matrize, in deren inneren Umfang die herzustellende
Verzahnung als Negativ eingearbeitet ist, ein vorbereiteter Rohling eingelegt, dessen
Abmessungen kleiner als die der Matrize sind, der aber dafür mit einem Materialwulst
versehen ist. Dieser über den Rohling überstehende Materialwulst wird durch einen
in Achsrichtung wirkenden Stempeldruck nach außen verdrängt, so daß die negative
Matrize ausgefüllt wird. Auf diese Weise wird also ebenfalls durch Materialverdrängung
die endgültige Zahnform hergestellt. Das Verfahren verläuft grundsätzlich anders
als ein Rollverfahren. In dem zweiten Fall (USA.- Patentschrift 2
782 663) werden Teile von Schraubennuten in eine für einen Automobilanlasser
bestimmte Welle durch schwenkbar gelagerte nockenartige Formwerkzeuge eingedrückt,
die schräg zur Wellenachse angeordnet sind und diese während des Eindrückvorganges
vorschubartig bewegen. Dieses Verfahren ähnelt einem Rollverfahren, ist aber nur
für diesen Sonderfall anwendbar, nicht aber für die Herstellung von Verzahnungen
von Rädern u. dgl. Bei einem weiterhin bekannten Werkzeug zur spanlosen Formung
von Außenverzahnungen sind eine Zahl von Forinzähnen radial verschiebbar in Schlitzen
eines das Werkstück umgebenden zylindrischen Käfigs geführt. Die Formzähne stützen
sich mit ihrem dem Werkstück abgewandten Ende über Kugellager an einem Umfassungsring
ab, dessen Innenoberfläche gewellt ist. Vor dem Einsetzen des Formungsvorganges
liegen die Stützkugeln in den Wellentälern der Innenoberfläche des Umfassungsringes.
Wird der Umfassungsring um einen gewissen Betrag gedreht, so gelangen die Wellenberge
in den rückwärtigen Bereich der Formzähne mit der Folge, daß diese in Richtung auf
das Werkstück gedrängt werden. Der zylindrische Käfig ist stillstehend ause Gebildet.
Dieses Werkzeug hat die Eigenart, daß mit ihm nur Verzahnungen beschränkter Tiefe
hergestellt werden können, da die Steigung der Wellungen im Bereich der Innenoberfläche
des Umfassungsringes nicht beliebig groß gewählt werden kann.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, ein Formwerkzeug mit
fortschreitender Eindringtiefe zu schaffen, das in der Herstellung und Wartung einfacher
ist, das leicht an verschiedene Zahnforinen angepaßt werden kann, nicht an die Herstellung
von Zähnen mit gewölbten Zahnflanken gebunden ist und Ausbesserungsarbeiten mit
geringem Material- und Zeitaufwand durchführen läßt.
Die Aufgabe
wird gemäß der Erfindung dadurch ,gelöst, daß der Käfig drehbar gelagert ist, daß
zwei an gegenüberliegenden Seiten des Zylindermantels des Käfigs anliegende, in
ihrer Längsrichtung gegenläufig bewegbare Andrückflächen, insbesondere Schienen,
den Käfig bei einer Längsbewegung an sich abrollen lassen und daß die Andrückflächen
im Bereich der äußeren Enden der Formzähne so ausgebildet sind, daß sich ihr Abstand
zur Käfigachse während des Rollvorganges entsprechend der Eindringtiefe der Formzähne
verringert.
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Das Formwerkzeug ist also als Rollwerkzeug ausgebildet. Die Zahnköpfe
brauchen durch die Ausbildung gemäß der Erfindung kein Abrollprofil zu besitzen,
sondern können, wenn gewünscht, auch geradflankig sein. Das neue Forrnwerkzeug hat
also bei billigerem Preis einen vergrößerten Anwendungsbereich.
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Bei dem Werkzeug stellt jeder Forinzahn gewissermaßen ein einzelnes
Werkzeug dar. Hieraus ergeben sich weiterhin erhebliche Vorteile. Soll ein Formzahn
ausgebessert oder ausgewechselt werden, so braucht nur der betreffende Schieber
ausgebaut zu werden und aufgearbeitet oder durch einen neuen Schieber ersetzt zu
werden. Bei übergang von einer Zahnforin zu einer anderen, werden die Schieber gegen
solche mit der neuen Zahnform ausgewechselt. Die Lagerhaltung der Schiebersortimente
ist wesentlich billiger als die Lagerhaltung bekannter Zahnstangensortimente.
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Die um 180' gegeneinander versetzte Anordnung der die Zahnlücken
formenden Schieber dient darüber hinaus zur Vermeidung einseitig wirkender Drücke
auf die Drehachse des Käfigs.
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Der Käfig muß während des Rollvorganges zusammen mit dem Werkstück
gedreht werden. Er muß also einen Antrieb haben. Andererseits muß aber die Umlaufbewegung
in eine Beziehung zur Bewegung der Andrückschienen gesetzt werden. Das läßt sich
gemäß der Erfindung in einfacher Weise dadurch erreichen, daß an den Andrückschienen
Zahnstangen befestigt sind, die in ein mit dem Käfig fest verbundenes Zahnrad eingreifen.
Die Zähne von Antriebsstangen und Käfig sollen dabei insbesondere mit einem großen
Spiel ineinander eingreifen.
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles in den Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 die Vorderansicht einer vorzugsweisen
Ausführungsform nach der Erfindung zur Herstellung von Zähnen auf einem Werkstück,
bei der Andrückschienen einander genüberliegend angeordnet sind ge und ein Käfig
die Formzähne trägt, F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach F
i g. 1, bei der die obere Andrückschiene fortgelassen ist, das Antriebszahnrad
und die Zähne der Zahnstange auf der unteren Andrückschiene jedoch zu erkennen sind,
F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung des Schnittes entlang der Linie
3-3 nach F i g. 1, und zwar den Käfig und die Ausbildung und Anordnung
der Formzähne, F i g. 4 einen Ausschnitt entlang der Linie 4-4 in F i
g. 3 im vergrößerten Maßstab, wobei die Art und Weise dargestellt wird, wie
die Forinzähne in das Werkstück eindringen.
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In den Zeichnungen ist die Vorrichtung zur Herstellung von Zähnen
auf Werkstücken mit 11 bezeichnet. Sie besteht aus zwei Andrückschienen 12
und 13, einem im wesentlichen ringförmigen Käfig 14 und aus einer Vielzahl
gleichförmig ausgebildeter, von dem Käfig getragener Formzähne 15. Die Andrückschienen
12 und 13 können durch eine Grundplatte 16 in zwei einander gegenüberliegenden
und zusammenwirkenden Betten (nicht gezeigt) derart geführt sein, daß während der
Arbeitshube gleichzeitig die Andrückschiene 13 nach links läuft, wenn die
Andrückschiene 12 nach rechts, wie in F i g. 1 gezeigt, bewegt wird.
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Beide Andrückschienen 12 und 13 besitzen ebene Oberflächen,
die einander gegenüberstehen. Die je-
weils ersten Abschnitte 17 auf
diesen Oberflächen erstrecken sich von den vorderen Enden 18 und
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der Andrückschienen 12 und 13 nach hinten hin, also entgegengesetzt
zur Vorlaufrichtung und erleichtern das Einlegen der Teile des zu bearbeitenden
Werkstückes, wie nachstehend beschrieben wird. An diese Abschnitte 17 schließen
sich allmählich nach hinten hin ansteigende Abschnitte 21 auf jeder Oberfläche
16 an. Durch diese Steigung wird die Höhe jeder Andrückschiene nach hinten
hin, also entgegengesetzt zu ihrer Vorlaufrichtung, vergrößert. Der gesamte Höhenzuwachs
durch diese Steigung entspricht ungefähr der gewünschten Eindrücktiefe der Formzähne
15 in das Werkstück. An den den Abschnitten 21 gegenüberliegenden Enden der
Andrückschienen 12. 13 befinden sich die Abschnitte 22, die parallel zu der
unteren Auflagefläche 23 der Andrückschienen und insbesondere parallel zu
deren Bewegungsrich-# tung verlaufen. Die Länge der Oberflächenabschnitte 22 entspricht
vorzugsweise dem Umfang eines Kreises, der die äußeren Enden der Formzähne
15 umfaßt, wodurch deren Eindringtiefe ausgeglichen wird. Ein Absatz 24 ist
an den hinteren Enden 26 und 27
der Andrückschienen 12 und
13 vorgesehen. Diese Absätze ermöglichen die Entnahme des fertig verformten
Werkstückes, ohne daß es vorher notwendig ist, die Andrückschienen in ihre ursprüngliche,
d. h. Ausgangslage wieder zurückzuschieben.
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Ein Paar Zahnstangen 28 bzw. 29 ist in Längsrichtung
an den Andrückschienen 12 bzw. 13 (F i g. 2 und 3) durch Befestigungselemente
gehalten, die durch Löcher 31 in den Andrückschienen und Zahnstangen hindurchragen.
Die Zähne der Zahnstangen liegen einander gegenüber und greifen, wie unten beschrieben,
in ein Antriebszahnrad 52 ein, das am Käfig 14 befestigt ist.
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Der Käfig ist im wesentlichen ringförmig ausgebildet. Sein Hauptmerkmal
ist eine zylindrische äußere Oberfläche 32 und eine zylindrische innere Oberfläche
33, wie in F i g. 3 gezeigt. Ein Ansatz 34 ist an der Stirnfläche
66 und ein Ansatz 35 an der anderen Stirnfläche 67 des Käfigs
14, wie in F i g. 3
gezeigt, angebracht. Die äußeren zylindrischen Oberflächen
36 bzw. 37 auf den Ansätzen 34 bzw. 35 besitzen einen etwas
geringeren Durchmesser als die innere zylindrische Oberfläche 33. In dem
Käfig 14 ist eine Vielzahl in gleichen Abständen auf dem Umfanor angeordneter und
radial verlaufender Nuten 38
vorgesehen. Diese Nuten erstrecken sich von der
äußeren Oberfläche 32 bis zur inneren Oberfläche 33
und vom einen Ende
39 bis zu dem anderen Ende 41 in dem Haupttell des Käfigs. Die einander gegenüberliegenden
Enden der Oberfläche 33 sind zwischen den Enden 39 und 41 nur über
eine bestimmte Länge in axialer Richtung ausgespart, so daß sie C
sowohl
eine Herstellung der Nuten als auch der Käfigansätze 34 und 35 ermöglichen.
Diese Nuten besitzen parallel zueinander, also nicht genau radial verlaufende seitliche
Wände, die als letzten Bearbeitungsgang durch Schleifen hergestellt werden. Die
Wahl der Durchmesser 33, 36 und 37 zueinander erlaubt ein Durchschleifen
der Nuten von einem Ende bis zu dem anderen und erleichtert damit einen sauberen
Abschluß.
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Die Formzähne 15 -leiten in den Nuten 38. Jeder Formzahn
besitzt im wesentlichen rechteckige Form mit flachen und glatten Seiten. Es kann
in radialer Richtung in den Nuten gleiten. Die nach außen gerichteten Enden 42 der
Formzähne 15 sind vorzugsweise, wie in F i g. 4 gezeigt, abgerundet. Die
nach C C,
innen gerichteten Enden 43 sind derart ausgebildet, daß sie ein
Negativ zur gewünschten Form der Zahnlücken zwischen den auf dem Werkstück 45 zu
bildenden Zähnen 44, wie in F i g. 4 gezeigt, darstellen. & el
An dieser Stelle ist zu bemerken, daß eine gerade Zahl von Nuten und Formzähnen
gezeigt ist. Die beispielsweise Ausführungsform nach der Erfindung erfordert eine
derartige gerade Anzahl, weil das Andrücken durch die beiden Andrückschienen 12
und 13 in jedem Augenblick gegeneinander erfolgen muß. Anzahl und Form der
Andrückschienen kann jederzeit gewünschtenfalls geändert werden.
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Die Höhe der Formzähne 15 ist wesentlich größer als die Tiefe
der Nuten 38, so daß ihre nach außen gerichteten Enden mit den Andrückschienen
12 und 13 und die nach innen gerichteten Enden mit dem zentral innerhalb
des Käfigs 14 angeordneten Werkstück 45 in Berührung stehen. Die Länge der Formzähne
15 ist geringer als die Breite der Andrückschienen 12 und 13. Diese
Länge ist auch vorzugsweise ein wenig kleiner als der Abstand zwischen den nach
innen gerichteten Enden der Oberflächen 46 bzw. 47 der Käfigansätze 34 bzw.
35, um beim Einlegen des Werkstückes ein Verkanten der Formzähne zu vermeiden.
Die inneren Kanten 48 der Formzähne 15
in der Nähe der Ansätze 35 sind
nach außen hin abgeschrägt, um das Einlegen des Werkstückes 45 zu erleichtern. Jeder
Formzahn 15 besitzt zwei über die Enden hinausstehende gegenüberliegend angeordnete
Nasen 49 und 51, die mit Federn in Berührung stehen, wie später beschrieben
wird. Das Antriebsrad 52
ist auf dem Ansatz 34 befestigL Dieses Antriebsrad
trägt Zähne, die in die Zähne auf den Zahnstangen 28
und 29 eingreifen.
Der Teilkreisdurchmesser des Zahnrades 52 ist vorzugsweise gleich dem Durchmesser
des Kreises, der die nach außen gerichteten Enden 42 der Formzähne 15 dann
umschließt, wenn sie ungeführt um den halben Betrag der Solltiefe in das Werkstück
eingedrungen sind. Es ist ebenso wünschenswert, daß zwischen dem Zahnrad
52 und den Zähnen auf den Zahnstangen ein gewisses Spiel vorgesehen ist.
Es hat sich gezeigt, daß ein solches Spiel eine leichtere selbsttätige Einstellung
der Umfangsgeschwindigkeit des Käfigs während des Arbeitsvorganges ermöglicht. Es
wird dadurch vermieden, daß der Käfig gleichzeitig zwei unterschiedlich großen Antriebskräften
durch die beiden Zahnstangen ausgesetzt wird, wodurch möglicheiweise eine unerwünschte
Belastung oder ein Rutschen hervorgerufen werden kann.
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Zwei ringförmige, aus Federstahl hergestellte flache Teile
53 bzw. 54 sind an den Ansätzen 34 bzw. 35
befestigt. Diese Teile
53 bzw. 54 besitzen eine Vielzahl in bestimmten Abständen am Umfang angeordneter
Finger 55, die nach innen ragen und mit den Nasen 49 und 51 der Formzähne
15 derart in Berührung stehen, daß diese in radialer Richtung nach innen
ore innen gerichtete 1, drückt werden. Die nach Bewegung der Formzähne wird begrenzt
durch das Auflegen der Nasen 49 und 51 auf die Verlängerun-gen (in
Höhe der Nuten 38) der Oberflächen 36 und 7 auf den äußeren
Käfigansätzen.
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Ein Halteteil 56 ist fest verbunden mit dem Ansatz
35. Sowohl das Zahnrad 52 als auch das Halteteil 56 besitzen
nach innen gerichtete, vorzugsweise in die Schlitze 38 eingreifende Ansätze
57 bzw. 58.
Diese Ansätze verhindern eine nach außen gerichtete Bewegung
der Federfinger 55 und begrenzen die seitliche Bewegung der Formzähne
15, indem diese Ansätze nur einen geringen Abstand von den Formzähnen besitzen.
Ein Zentrierdorn 59 ragt durch eine Bohrung 61 innerhalb des Käfigansatzes
34. Das ke-C Clelförinige nach innen gerichtete Ende 62 des Zentrierstiftes
59 :,reift in die kegelförmige Bohrung 63
an dem Ende des Werkstückes
ein und trägt somit das Werkstück 45. Das nach außen gerichtete Ende 64 des Zentrierstiftes
59 ragt axial aus dem Käfig 14 derart heraus, daß es drehbar an einem feststehenden
Teil (nicht gezeigt) gehalten werden kann.
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Eine Durchgangsbohrung 65 ist in dem Käfigansatz
35 vorgesehen und ermöglicht die Einführung und die Herausnahme des Werkstückes
45. Das Ende des Werkstückes, an dem die Zähne zu formen sind, besteht aus einem
Rohling von einem Durchmesser, der etwas Crrößer ist, als der des übrigen Werkstückes,
C
wie aus F i g. 3 ersichtlich. Der Durchmesser des Rohlinas wird derart
gewählt, daß er dem gewünschten herzustellenden Werkstück angepaßt ist, wobei Durchmesserschwankungen
beim Rohling keinen Einfluß auf die Teilungs- und Formgenauigkeit der Zahnlücken,
sondern nur auf den Außendurchmesser des Werkstückes nach seiner Fertigstellung
haben.
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Bei Inbetriebnahme befinden sich die beiden Andrückschienen 12 und
13 in ihrer Ausgangsstellung, in der die vorderen Enden 18 bzw.
19 der Andrückschienen sich in Höhe der strichpunktierten Linie (F i
g. 1) befinden. Wird in dieser Stellung ein Werkstück 45 von rechts (F i
g. 3) eingeführt, so gestatten die angeschrägten Oberflächenteile 48 auf
den Formzähnen 15 und die Einlegeabschnitte 17 auf den Andrückschienen
12 und 13 ein radial nach außen gerichtetes Gleiten der Formzähne. Die Federfinger
55
drücken auf alle Formzähne 15 in Richtung nach innen derart, daß
diese sich auf die Oberfläche des Werkstückes legen. Nachdem das Werkstück auf dein
Zentrierdorn 59 befestigt und an seinem anderen Ende durch entsprechende
(nicht gezeigte) Zentriereinrichtungen gehalten ist, werden die Andrückschienen
12 und 13 gleichzeitig in entgegengesetzter waagerechter Richtung bewegt.
Das untere Andrückwerkzeug 12 bewegt sich nach rechts in der in F i 1
gezeigten
Pfeilrichtung, während sich das obere Andrückwerkzeug 13 nach links bewegt.
Wenn die ansteigenden flachen Oberflächen 21 der beiden Andrückschienen be-innen,
sich an die äußeren Enden 42 der jeweils aufeinanderfolgenden Paare diametral gegenüberliegender
Formzähne 15 anzulegen. dann werden diese absatzweise und nacheinander in
radialer Richtung nach innen derart aedrückt. daß sie in das Nlierkstück 45 eindringen.
Da die naC, innen gerichteten Enden 45 der Formzähne als Negative
zu
den gewünschten Zahnlücken ausgebildet sind, werden die Zähne 44 auf dem Werkstück
zwischen den Formzähnen, wie in F i g. 4 gezeigt, geformt. Die Formzähne
15 drehen sich zusammen mit dem Werkstück 45 mit einer Geschwindigkeit, die
mit der Be-wegung der Andrückschieilen 12 und 13 dadurch in zeitliche
übereinstimmung gebracht ist, daß das Zahnrad 52 in die Zähne der Zahnstangen
28 und 29
eingreift. Jeder Forrnzahn 15 wird während jeder Umdrehung
zweimal nach innen bewegt, bis der. Ab-
schnitt 22 auf den Oberflächen der
Andrückschienen erreicht ist.
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Diese Abschnitte 22 sind in einem derartigen Ab-
stand voneinander
angeordnet, daß die Formzähne 15
ihre gesamte Eindringtiefe erreichen, und
sind vorzugsweise so lang ausgebildet, daß ein vollständiges und gleichmäßiges Eindringen
sämtlicher auf dem Käfig 14 angeordneter Prägeblätter sichergestellt ist. Haben
die Andrückschienen 12 und 13 ihre Endstellung erreicht, so befindet sich
der Käfig 14 in unmittelbarer Berührung mit den Entnahmeabschnitten 24 an den hinteren
Enden der Andrückschienen, so daß die Formzähne 15 abgesehen von dem relativ
C geringen durch die Federfinger 55 ausgeübten Druck keinem Druck mehr ausgesetzt
sind. Das vollständig geformte Werkstück 45 wird aus dem Zwischenraum zwischen den
Formzähnen 15 nach rechts herausgezogen (F i g. 3).