DE19515452A1 - Verfahren und Vorrichtung zum spanlosen Herstellen einer Innenverzahnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum spanlosen Herstellen einer Innenverzahnung, insbesondere für Spannungs­ wellengetriebe sowie eine zur Durchführung eines solchen Ver­ fahrens geeignete Vorrichtung.

Die spangebende Herstellung einer Innenverzahnung ist zeit­ aufwendig und sehr teuer. Die Kosten stehen insbesondere dann in einem Mißverhältnis zur Bedeutung des Fertigprodukts, wenn nur geringe Anforderungen an die Belastung und das Abrollver­ halten der Zahnflanken gestellt werden.

Ein bekanntes Verfahren zur spanlosen Herstellung von Verzah­ nungen sieht vor, daß mit einem nach Art eines Stirnrads aus­ gebildeten Stempel ein entsprechend geformtes Sackloch in eine Platte gestanzt wird. Die Zähne werden demnach ausge­ schnitten, wobei die Schnittkraft axial in Längsrichtung der Zähne wirkt. Das Verfahren eignet sich nur für verhältnis­ mäßig schmale Verzahnungen. Kleine Zähne haben nur geringe Tragfähigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine zu dessen Durchführung ge­ eignete Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe sehr kosten­ günstig Innenverzahnungen auch größerer Breite und hoher Tragfähigkeit hergestellt werden können.

Vorstehende Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß ein rohrförmiges Ausgangsmaterial auf eine dornartige, auf ihrer Umfangsfläche mit der Negativform der Innenverzahnung ausgebildete Matrize axial aufgeschoben und dann mit wenig­ stens einem sich über einen verhältnismäßig kleinen Umfangs­ bereich erstreckenden Stempel mit einer teilzylindrischen Innenfläche oder mit einer Innenverzahnung, deren Zähne den Zahnzwischenräumen der Matrize radial gegenüberliegen, ein ausreichend großer radialer Druck von außen auf das rohrför­ mige Ausgangsmaterial ausgeübt wird, um es unter plastischer Verformung an die gezahnte Umfangsfläche der Matrize anzu­ pressen.

Das neue Verfahren erfordert nur einen verhältnismäßig gerin­ gen Werkzeugeinsatz. Die Formgebung läßt sich mit kurzer Fer­ tigungszeit durchführen. Weitere Kostenvorteile entstehen, wenn das Rohr gleichzeitig als Getriebegehäuse genutzt wird. Da der Faserverlauf im Bereich der Zähne nicht unterbrochen ist, wie bei der spanenden Formgebung, haben die Zähne eine größere Festigkeit. Die Zahnflanken erhalten eine hohe Ober­ flächengüte, die bessere Verschleißfestigkeit und einen höhe­ ren Wirkungsgrad ermöglicht.

Bei der Formgebung kann so vorgegangen werden, daß die Ver­ zahnung, über den Umfang des Rohrs fortschreitend, geformt wird. Man läßt zu diesem Zweck entweder den Stempel zwischen den Preßhüben schrittweise um die undrehbar gehaltene Matrize kreisen oder sieht nur eine hin- und hergehende Bewegung des Stempels und zusätzlich eine Drehschaltbewegung der Matrize vor. Vorzugsweise wird jedoch über den gesamten Umfang des Rohrs gleichzeitig mit einer Vielzahl von Stempeln der zur Formung der Innenverzahnung erforderliche Druck ausgeübt.

Das zur Durchführung des neuen Verfahrens bestimmte Formwerk­ zeug ist gekennzeichnet durch eine dornartige Matrize mit ei­ ner auf ihrer Umfangsfläche ausgebildeten Negativform der herzustellenden Innenverzahnung und mit wenigstens einem re­ lativ zur Matrize radial bewegbaren Stempel mit einer teil­ zylindrischen Innenfläche oder mit einer Innenverzahnung, deren Zähne den Zahnzwischenräumen der Matrize radial gegen­ überliegen. Um die notwendige radiale Anpresskraft zu er­ halten, wird der Stempel oder werden mehrere über den Umfang des Rohrs angeordnete Stempel mit hydraulischem Druck beauf­ schlagt.

Besonders geeignet erscheinen das neue Verfahren und die zu seiner Durchführung vorgeschlagene Vorrichtung zur Herstel­ lung der Zahnbüchse eines Spannungswellengetriebes, z. B. ge­ mäß Patentanmeldung 195 02 481.8. Dort braucht man auf klei­ nem Umfang eine hohe Zähnezahl, d. h., es ergeben sich sehr kleine, ausgerundete Zähne, was dem vorgeschlagenen Formver­ fahren entgegenkommt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den inneren Teil eines radial wirkenden Formwerkzeugs zur Erzeugung einer Verzahnung und

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch das Formwerkzeug nach Fig. 1.

Die Zeichnung zeigt ein Rohr 1, welches an einer bestimmten Stelle mittels einer dornartigen Matrize 2 mit einer Innen­ verzahnung versehen werden soll. Zu diesem Zweck ist die Ma­ trize 2 unmittelbar an ihrem freien Ende auf der Umfangsflä­ che mit einer Außenverzahnung 3 ausgebildet, die die Negativ­ form der herzustellenden Innenverzahnung des Rohrs 1 dar­ stellt. Die dornartige Matrize 2 sollte möglichst spielfrei in das Rohr 1 passen, kann aber auch durch vorherige Erwär­ mung des Rohrs oder durch axiales Einpressen mit Übermaß in dem Rohr 1 sitzen. Zur Stabilisierung der dornartigen Matrize 2 und des über diese vorstehenden Teils des Rohrs 1 kann ein Gegenhaltedorn 4 vorgesehen sein, der in seiner vorderen Stirnfläche eine zentrale Sackbohrung aufweist, in die in der in Fig. 2 gezeigten Arbeitsstellung ein auf der vorderen Stirnfläche der Matrize 2 ausgebildeter zapfenförmiger Vor­ sprung spielfrei eingreift.

In demjenigen axialen Bereich, wo sich die Verzahnung 3 auf der Umfangsfläche der Matrize 2 befindet, sind radial außer­ halb des Rohrs 1 rings um den gesamten Umfang radial ver­ schiebliche Stempel 5 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind es zwanzig Stempel 5, die auf ihrer radial nach innen weisen­ den Stempelfläche jeweils mit einer Innenverzahnung versehen sind, die im Beispielsfall 1/20 einer vollständigen, kreis­ förmigen Innenverzahnung ausmacht. Die Zähne 6 der Innenver­ zahnung der Stempel 5 erstrecken sich axial parallel zu den Zähnen der Außenverzahnung der Matrize 2, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß jeweils ein Zahn 6 der Innenverzahnung eines Stempels 5 jedenfalls in der radial innersten Stellung des Stempels 5 einer Vertiefung bzw. Zahnlücke 7 der Außen­ verzahnung 3 der Matrize 2 radial gegenüber, d. h. in dersel­ ben Radialebene mit Bezug auf die Mittellängsachse der Ma­ trize 2 liegt.

Die Stempel 5 sind im Ausführungsbeispiel in einer das Rohr 1 umgebenden Aufnahmebuchse 8 in radialen Führungskanälen mit axialen und seitlichen Führungsflächen geführt. Eine andere Art von Führung ist ohne weiteres möglich, ebenso wie die Ausbildung der gezeigten Matrize 2 variiert und dem einzelnen Anwendungsfall angepaßt werden kann. Wesentlich ist nur, daß in der Arbeitsstellung bei auf die Matrize 2 aufgeschobenem Rohr 1 die radial nach einwärts fahrenden Stempel 5 in dem axialen Bereich, wo sich die Außenverzahnung 3 der Matrize 2 befindet, gegen das Rohr 1 zur Anlage kommen. Der Gegenhalte­ dorn 4 kann im Einzelfall entbehrlich sein.

Die Stempel 5 sollten sich nur jeweils über einen verhältnis­ mäßig kleinen Umfangswinkel von etwa 10 bis 20°, evtl. auch noch kleiner, erstrecken. Je größer der Winkel wird, desto stärker wird die Abweichung der Randzähne des Stempels 5 von der gewünschten radialen Bewegung. Vorzugsweise werden die Stempel 5 durch hydraulische Kraftzylinder angetrieben radial nach einwärts gegen das Rohr 1 angepreßt. Sie pressen dabei im Wege der plastischen Verformung Vertiefungen, welche den Zähnen 6 entsprechen, in die äußere Umfangsfläche des Rohrs 1. Die Preßkraft der Stempel 5 ist mit Bezug auf die Wand­ dicke und das Material des Rohrs 1 so bemessen, daß sich die Verformung auch auf dessen Innenseite auswirkt. Das Material des Rohrs, vorzugsweise Stahl, wird dabei in die Zahnlücken 7 der Außenverzahnung 3 der Matrize 2 verdrängt. Dies kann je nach Anpreßkraft, Zahnhöhe sowie Dicke und Material des Rohrs auch dann erreicht werden, wenn die Stempel 5 auf ihrer ra­ dial nach innen weisenden Stempelfläche nicht mit einer In­ nenverzahnung, sondern mit einer konkaven, glatten teilzylin­ drischen Fläche versehen sind. Die Innenverzahnung der Stem­ pel 5 fördert jedoch vor allem bei verhältnismäßig dünnwandi­ gem Material die angestrebte Formung der Innenverzahnung des Rohrs 1.

Claims (7)

1. Verfahren zum spanlosen Herstellen einer Innenverzahnung, insbesondere für Spannungswellengetriebe, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein rohrförmiges Ausgangsmaterial auf eine dornartige, auf ihrer Umfangsfläche mit der Negativform (3) der Innenverzahnung ausgebildete Matrize (2) axial aufgeschoben und dann mit wenigstens einem sich über einen verhältnismäßig kleinen Umfangsbereich erstrecken­ den Stempel (5) mit einer teilzylindrischen Innenfläche oder mit einer Innenverzahnung, deren Zähne (6) den Zahn­ zwischenräumen (7) der Matrize (2) radial gegenüberlie­ gen, ein ausreichend großer radialer Druck von außen auf das rohrförmige Ausgangsmaterial (1) ausgeübt wird, um es unter plastischer Verformung an die gezahnte Umfangsflä­ che der Matrize (2) anzupressen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den gesamten Umfang gleichzeitig mit einer Vielzahl von Stempeln (5) der zur Formung der Innenverzahnung des Werkstücks (1) erforderliche Druck ausgeübt wird.

3. Formwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine dornartige Ma­ trize (2) mit einer auf ihrer Umfangsfläche ausgebildeten Negativform (3) der herzustellenden Innenverzahnung und mit wenigstens einem relativ zur Matrize (2) radial be­ wegbaren Stempel (5) mit einer teilzylindrischen Innen­ fläche oder mit einer Innenverzahnung, deren Zähne (6) den Zahnzwischenräumen (7) der Matrize (2) radial ge­ genüberliegen.

4. Formwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Negativform (3) der herzustellenden Innenverzahnung unmittelbar am freien Ende der dornartigen Matrize (2) ausgebildet ist, welches durch gegenseitigen axialen Ein­ griff mit einem Gegenhaltedorn (4) radial abstützbar ist.

5. Formwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß über den gesamten Umfang der Matrize (2) Stempel (5) angeordnet sind, deren Zähnezahl insgesamt mit der Zähnezahl der Matrize (2) übereinstimmt.

6. Formwerkzeug nach einem Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich jeder Stempel (5) über einen Um­ fangsbereich von etwa 10-20° erstreckt.

7. Formwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (5) zwischen axialen und seitlichen Führungsflächen einer das Rohr (1) umgebenden Aufnahme (8) geführt sind.