Die Erfindung betrifft eine Werkzeugeinrichtung zur Ver
wendung auf Drück- und Drückwalzmaschinen,
mit einer ein Werkstück aufnehmen
den, drehantreibbaren Spindel, mit mindestens einer in
Radialrichtung des Werkstücks zustellbaren Zahnrolle,
die um eine zur Spindel parallele abstandsveränderliche
Drehachse drehbar auf einem Rollenhalter gelagert ist,
und mit einem Synchrongetriebe zum Antreiben der Zahnrol
le synchron zum Werkstück, wobei ein erstes Zahnrad dreh
fest mit der Spindel verbunden ist, wobei mit dem ersten
Zahnrad ein zweites Zahnrad kämmt, das um eine parallel
zur Spindel verlaufende Drehachse drehbar ist und wobei
zwischen dem zweiten Zahnrad und der Zahnrolle Drehmo
mentübertragungsmittel vorgesehen sind. Mit der Werkzeug
einrichtung sind rotationssymmetrische verzahnte Werk
stücke, insbesondere Zahnräder oder Zahnriemenscheiben
herstellbar.
Aus der DE-OS 24 39 690 sind ein Verfahren zum Herstel
len von Zahnräder, Zahnsegmenten oder dergleichen aus
einem Metallblechzuschnitt sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens bekannt. Die bekannte Vor
richtung weist zwei den Metallblechzuschnitt zwischen
sich aufnehmende Druckplatten auf, die über eine An
triebswelle mit einem Antrieb in Verbindung stehen, der
über ein Getriebe eine Zahnrolle synchron antreibt, wo
bei die Zahnrolle auf den Metallblechzuschnitt zu bzw.
von diesem weg bewegbar gelagert ist. Das Getriebe um
faßt ein auf der Antriebswelle für den Metallblechzu
schnitt drehfest angeordnetes erstes Zahnrad, welches
über Zwischenräder die Zahnrolle antreibt. Die Zwischen
räder sind auf einer Schwinge angeordnet, welche an
ihrem einen Ende an dem freien Ende eines auf der An
triebswelle frei drehbar gelagerten Hebels angelenkt
ist. Ein erstes, mit dem ersten Zahnrad in Eingriff ste
hendes Zwischenrad des Getriebes ist mit seiner Achse in
der Anlenkungsachse der Schwinge mit dem Hebel gelagert.
Ein zweites, mit dem ersten Zwischenrad kämmendes Zwi
schenrad des Getriebes ist ein Ritzel, welches mit einem
auf der Welle für die Formrolle drehfest angeordneten An
triebsritzel kämmt.
Mit dieser Vorrichtung lassen sich zwar Zahnräder, Zahn
segmente oder andere verzahnte Werkstücke herstellen, wo
bei diese aber hinsichtlich der Genauigkeit und Qualität
der erzeugten Verzahnung nur begrenzten Anforderungen ge
nügen können. Ungenauigkeiten bei der Formgebung und Maß
haltigkeit der Verzahnung ergeben sich insbesondere da
durch, daß die Zahnrolle, die die Verzahnung in dem
Außenumfang des Werkstücks erzeugt, an einem verschwenk
baren Hebel gelagert ist. Jede Verschwenkungsbewegung
des Hebels führt zu einer relativen Verdrehung zwischen
dem ersten, mit der Antriebsvorrichtung drehenden Zahn
rad und der Zahnrolle. Dies stört die gewünschte Synchro
nität und führt zu gegenseitigen Phasenverschiebungen
zwischen dem Antriebszahnrad und der Zahnrolle, die von
der jeweiligen Verschwenkungsstellung des die Zahnrolle
tragenden Hebels abhängen.
Aus der DE 42 05 711 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstel
lung eines außen verzahnten Getriebeteils bekannt, wobei
auch hier die Profilierung nach Zustellen wenigstens ei
ner Zahnrolle mittels dieser durch Drücken erfolgt. Das
Getriebeteil bzw. dessen Rohling sitzt auf einem Werk
zeug, das stationär auf einer Aufnahmespindel angeordnet
ist. Die Zahnrolle ist auf einem Schlitten angeordnet,
der auf das Werkzeug zu bewegbar ist, wobei die das Werk
zeug tragende Aufnahmespindel ein Kettenrad trägt. Die
Zahnrolle trägt ein zweites Kettenrad. Die beiden Ketten
räder sind miteinander über eine Kette verbunden, wobei
in diese Kette zwei auf einem Schlitten gelagerte Um
lenk- und Spannrollen eingeschaltet sind, die über eine
hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung gegenüber dem die
Zahnrolle tragenden Schlitten verstellbar sind und als
Kettenspanner wirken. Die Kette, die Kettenräder und die
Umlenk- und Spannrollen bilden ein Synchrongetriebe, wo
bei aber auch hier der Nachteil besteht, daß eine sehr
hohe Genauigkeit der Synchronisation nicht erreichbar
ist. Es ist einschlägig bekannt, daß in einem Kettenge
triebe das Abtriebskettenrad nicht mit konstanter Winkel
geschwindigkeit rotiert, sondern mit einer um einen Mit
telwert pendelnden Winkelgeschwindigkeit. Dies beruht
darauf, daß die Kette aus einer Anzahl von starren, ge
lenkig miteinander verbundenen Kettengliedern besteht,
wodurch sich der an dem Kettenrad angreifende Hebel stän
dig ändert. Dies führt zu der erwähnten Schwankung der
Winkelgeschwindigkeit.
Aus der EP 0 565 225 A1 ist eine einschlägige Vorrich
tung bekannt, deren Funktionsprinzip demjenigen der
voranstehend erläuterten Vorrichtung entspricht. Zur Ver
meidung der durch die Kette verursachten Nachteile wird
hier allerdings ein Zahnriemen verwendet. Der Zahnriemen
verbindet ein erstes Zahnrad, das auf der Spindel sitzt,
mit einem zweiten Zahnrad, das verdrehfest mit der Zahn
rolle verbunden ist. Weiterhin sind zwei symmetrisch an
geordnete Spannrollen vorgesehen, die zur Strammhaltung
des Zahnriemens bei der Verstellung der Zahnrolle rela
tiv zur Spindel dienen. Um die gewünschte Synchronität
sicherzustellen, müssen die beiden Spannrollen symme
trisch zueinander verstellt werden.
Mit dieser Vorrichtung wird zwar eine synchrone Rotation
von Werkstück und Zahnrolle gewährleistet, jedoch ist
der Aufwand für die Realisierung des Synchrongetriebes
verhältnismäßig groß. Insbesondere die Notwendigkeit von
zwei symmetrisch gegengleich zueinander verstellbaren
Spannrollen macht die Vorrichtung aufwendig und damit
teuer in der Herstellung. Zahnriemen unterliegen mit den
Spannrollen einem erheblichen Verschleiß und zeigen Län
genänderungen, insbesondere Dehnungen während des Be
triebes, die die Genauigkeit der Synchronisation nachtei
lig beeinflussen.
Allen vorstehend beschriebenen Vorrichtungen nach dem
Stand der Technik ist der Nachteil gemeinsam, daß sie
reine Einzweck- oder Sondermaschinen sind, die nicht für
andere Bearbeitungsvorgänge benutzbar sind.
Es stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Werkzeugein
richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die
aufgeführten Nachteile vermeidet und die ohne großen Auf
wand in Drück- und Drückwalzmaschinen
integriert werden und bei Bedarf für
andere Nutzungen der Maschinen wieder entfernt werden
kann, um einen flexiblen und wirtschaftlichen Maschinen
einsatz zu ermöglichen. Außerdem soll eine exakte, von
Phasenverschiebungen und Winkelgeschwindigkeitsschwankun
gen freie Synchronisation zwischen dem Werkstück und der
Zahnrolle gewährleistet sein. Außerdem soll die Werkzeug
einrichtung robust, verschleißfest und wirtschaftlich
herstellbar und betreibbar sein.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch
eine Werkzeugeinrichtung der eingangs genannten Art, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Drehmomentübertra
gungsmittel eine Radialversatzkupplung mit mehreren in
Radialebene der Zahnrolle verschwenkbaren Lenkern umfas
sen, wobei einerseits Lenker mit ihrem einen Ende mit
dem zweiten Zahnrad oder mit einer dieses verdrehfest
tragenden Welle und andererseits Lenker mit ihrem ande
ren Ende mit der Zahnrolle oder mit einer diese verdreh
fest tragenden Welle schwenkbar verbunden sind.
Die Drehmomentübertragungsmittel der erfindungsgemäßen
Werkzeugeinrichtung sind drehsteife Elemente, die einen
präzisen Antrieb bei stets konstanter Winkelgeschwindig
keit gewährleisten. Der Parallelversatz der Drehachsen
kann dabei relativ hoch sein, in der Praxis beispielswei
se bis etwa 20 mm, was für üblicherweise durchzuführende
Verzahnungs-Bearbeitungsvorgänge vollkommen ausreichend
ist. Die beiden Drehachsen sind dabei im Betrieb der
Werkzeugeinrichtung, d. h. bei Drehung unter Last in Ra
dialrichtung gegeneinander verstellbar. Die Winkelge
schwindigkeiten von Antriebsseite und Abtriebsseite blei
ben unabhängig von dem Versatz der beiden Drehachsen ge
geneinander stets gleich und frei von periodischen
Schwankungen und Phasenverschiebungen. Außerdem benötigt
eine solche Radialversatzkupplung nur einen sehr kleinen
Einbauraum, wodurch eine kostengünstige und übersichtli
che Bauweise gewährleistet ist. Auch Verschleißteile,
wie Riemen oder Ketten, weist die Radialversatzkupplung
nicht auf. Außer dem synchronischen Eindrücken von Ver
zahnungen sind mit der Werkzeugeinrichtung auch übliche
Drück-, Drückwalz-, Spalt- und/oder Bordieroperationen
auszuführen, wofür jeweils nur der Austausch der Zahn
rolle gegen eine entsprechende andere Drückrolle nötig
ist. Die Werkzeugeinrichtung kann bei jeder beliebigen
Drück- oder Drückwalzmaschine
eingesetzt werden, so daß Nach- und Um
rüstungen problemlos möglich sind.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Werkzeugeinrich
tung ist vorgesehen, daß die Radialversatzkupplung zwei
Gruppen von Lenkern umfaßt, wobei die Längsrichtung der
Lenker der einen Gruppe zu der Längsrichtung der Lenker
der anderen Gruppe um 90° um die Zahnrollen-Drehachse
verdreht ist und wobei zwischen den Lenkern der ersten
Gruppe und den Lenkern der zweiten Gruppe ein Zwischen
körper angeordnet ist, an dem jeweils das eine Lenkeren
de aller Lenker schwenkbar gelagert ist. Durch diese
Gestaltung wird eine besonders drehsteife, winkeltreue
und spiel freie Verbindung zwischen dem zweiten Zahnrad
und der Zahnrolle gewährleistet.
Weiter ist vorgesehen, daß das zweite Zahnrad an einem
Lagerkörper gelagert ist, der seinerseits auf einer
Schiebeführung an dem Rollenhalter gehaltert ist, wobei
die Verschiebungsrichtung der Schiebeführung parallel
zur Zustellrichtung des Rollenhalters verläuft und wobei
der Lagerkörper durch eine in Richtung zur Spindel wei
sende Ausschubkraft vorbelastet oder vorbelastbar ist.
Mittels der Ausschubkraft wird das zweite Zahnrad stets
in Richtung zum ersten Zahnrad gedrückt und so gegen
dieses vorgespannt. Hierdurch wird ein spielfreier Ein
griff zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahn
rad gewährleistet, unabhängig davon, in welcher Stellung
sich die Zahnrolle relativ zur Spindel bzw. zum Werk
stück gerade befindet. Diese Maßnahme trägt mit zu einer
hohen Genauigkeit, hier durch Vermeidung von Bewegungs
spiel zwischen den Zahnrädern, bei.
Bevorzugt ist die Ausschubkraft durch eine Federanord
nung und/oder durch mindestens eine Kolben-Zylinder-Ein
heit aufbringbar. Die Verwendung einer Federanordnung er
gibt eine sehr einfache und wartungsarme Konstruktion,
die besonders kostengünstig ist. Die ausschließliche
oder zusätzliche Verwendung mindestens einer Kolben-Zy
linder-Einheit bietet die zusätzliche Möglichkeit, die
Ausschubkraft gezielt zu verändern. Außerdem wird hier
bei die Möglichkeit geschaffen, den Eingriff zwischen
dem ersten Zahnrad auf der Spindel und dem zweiten Zahn
rad, das um eine parallel zur Spindel verlaufende Dreh
achse drehbar ist, aufzuheben, falls dies für bestimmte
Bearbeitungsvorgänge, bei denen eine Synchronisation
nicht erforderlich ist, zweckmäßig ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeich
nung zeigen:
Fig. 1 eine Werkzeugeinrichtung in einer schematischen
Teil-Schnittdarstellung, in einem Betriebszu
stand vor der Erzeugung einer Verzahnung an ei
nem Werkstück, und
Fig. 2 die Werkzeugeinrichtung aus Fig. 1 in gleicher
Darstellungsweise, in einem Betriebszustand wäh
rend der Erzeugung der Verzahnung an dem Werk
stück.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt oben einen Teil einer Spin
del 2 als Teil einer Werkzeugeinrichtung, die an einer
im übrigen nicht dargestellten Drückmaschine angeordnet
ist, wobei die Spindel 2 um ihre Drehachse 20 im Sinne
des Drehpfeiles 20′ drehantreibbar ist. Das linke Stirn
ende der Spindel 2 bildet eine Aufnahme für ein Werk
stück 1, das hier ein flach-topfförmiger Vorzug aus Me
tallblech, z. B. Stahlblech oder Aluminiumblech, ist. Das
Werkstück 1 besitzt einen flachen Nabenbereich 11, in
dessen Zentrum eine Durchbrechung 10 angebracht ist. Mit
dieser Durchbrechung 10 ist das Werkstück 1 auf einen
Zentrierdorn 21 aufgesetzt, der ein Teil der Spindel 2
ist.
Von links her ist ein Gegenhalter 22 in Richtung zur
Spindel 2 zugestellt, wodurch das Werkstück 1 zwischen
der Spindel 2 und dem Gegenhalter 22 fest eingeklemmt
ist. Zur gegenseitigen Zentrierung von Spindel 2 und Ge
genhalter 22 besitzt letzterer eine Zentrierbohrung 23,
die den Zentrierdorn 21 in sich aufnimmt.
Radial außen im Anschluß an den Nabenbereich 11 besitzt
das Werkstück 1 einen etwa rechtwinklig umgebogenen Um
fangsbereich 12, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel
in Axialrichtung nach links und rechts durch in Radial
richtung verlaufende Flächenbereiche der Spindel 2 und
des Gegenhalters 22 eingegrenzt ist.
Rechts von dem Werkstück 1 ist mit der Spindel 2 ein er
stes Zahnrad 25 verdrehfest verbunden.
Im unteren Teil der Fig. 1 ist ein Rollenhalter 3 teil
weise dargestellt, der in seinem hier nicht sichtbaren
Teil mit einer Vorschubeinrichtung oder einer Supportan
ordnung verbunden ist, mittels welcher der Rollenhalter
3 im Sinne der Bewegungspfeile 39 in Radialrichtung der
Spindel 2 und des Werkstücks 1 zustellbar ist. In dem in
Fig. 1 linken Teil des Rollenhalters 3 ist eine Zahnrol
le 31 auf einer Welle 33 angebracht und mit dieser in La
gern 34 um die Drehachse 30 im Sinne des Drehpfeils 30′
drehbar gelagert. An ihrem Außenumfang trägt die Zahnrol
le 31 eine Verzahnung 32, die die Negativ-Kontur einer
am Umfangsbereich 12 des Werkstücks 1 durch Drücken zu
erzeugenden Verzahnung hat. Für die Erzeugung einer sol
chen Verzahnung im Umfangsbereich 12 des Werkstücks 1
ist eine synchrone Drehung des Werkstücks 1 und der Zahn
rolle 31 erforderlich. Hierzu dient ein Synchrongetrie
be, das im folgenden beschrieben wird.
Mit dem erwähnten, mit der Spindel 2 drehenden ersten
Zahnrad 25 kämmt ein zweites Zahnrad 55, das auf einer
zweiten Welle 53 verdrehfest angebracht ist, wobei die
Welle 53 in Lagern 54 um eine Drehachse 50 im Sinne des
Drehpfeils 50′ drehbar gelagert ist. Die Drehachse 50
verläuft parallel zur Drehachse 20 der Spindel 2 und
auch parallel zur Drehachse 30 der zuvor erwähnten er
sten Welle 33 mit der Zahnrolle 31.
Die die Welle 53 aufnehmenden Lager 54 sind in einem La
gerkörper 5 angeordnet, der mittels einer Schiebeführung
36, 56 mit dem Rollenhalter 3 verbunden ist. Die Schie
beführung wird durch zwei Führungsbolzen 36, die mit dem
Rollenhalter einstückig oder verbunden sind, und zwei
diese aufnehmende Führungsbohrungen 56 im Lagerkörper 5
gebildet. Die Verschiebungsrichtung des Lagerkörpers 5
verläuft dabei parallel zur Zustellrichtung 39 des Rol
lenhalters 3 in Radialrichtung der Spindel 2 und des
Werkstücks 1. Im Bereich der Schiebeführung 36, 56 ist
weiterhin eine Druckfeder 37 vorgesehen, deren eines En
de sich an dem Rollenhalter 3 und deren anderes Ende
sich an dem Lagerkörper 5 abstützt. Die Feder 37 bela
stet den Lagerkörper 5 mit einer in Ausschubrichtung,
d. h. mit einer in Richtung zur Spindel 2 weisenden Kraft
vor. Diese Kraft sorgt dafür, daß das erste Zahnrad 25
und das zweite Zahnrad 55 stets spielfrei in einem fe
sten Eingriff stehen, unabhängig davon, welche Position
der Rollenhalter 3 innerhalb seines Zustellbereiches re
lativ zum Werkstück 1 gerade einnimmt. Die Feder 37 kann
durch eine Kolben-Zylinder-Einheit, die vorzugsweise
hydraulisch betätigbar ist, ersetzt oder ergänzt werden.
Die Welle 53 mit dem zweiten Zahnrad 55 behält demnach
während des Drückens der Verzahnung einen festen, gleich
bleibenden Parallelabstand zur Spindel 2; die Welle 33
mit der Zahnrolle 31 hat dagegen einen variablen Abstand
von der Spindel 2 und vom darauf aufgespannten Werkstück
1. Um dennoch das von dem ersten Zahnrad 25 auf das zwei
te Zahnrad 55 übertragene Drehmoment mit konstanter Win
kelgeschwindigkeit und phasenverschiebungsfrei auf die
Zahnrolle 31 übertragen zu können, sind Drehmomentüber
tragungsmittel 4 vorgesehen, welche zwischen dem linken
Ende der Welle 53 und dem rechten Ende der Welle 33 an
geordnet ist.
Die Drehmomentübertragungsmittel 4 werden hier durch ei
ne Radialversatzkupplung gebildet, die mehrere Scheiben
43, 44, 45 und zwischen diesen angebrachte, verschwenk
bare Lenker 41, 42 umfaßt. Die rechte Scheibe 45 ist
drehfest mit der Welle 53 verbunden. Auf der linken
Stirnseite der Scheibe 45 sind zwei parallel zueinander
verlaufende, in der gezeichneten Drehstellung gerade
übereinanderliegende Lenker 42 verschwenkbar gelagert,
wobei sich die Lenker 42 hier genau überdecken, so daß
nur der obere Lenker 42 sichtbar ist. Das jeweils andere
Ende der Lenker 42 ist verschwenkbar an der nach links
folgenden mittleren Scheibe 44 gelagert. Auf der anderen
Stirnseite der Scheibe 44 sind wiederum zwei weitere
Lenker 41 verschwenkbar gelagert, wobei die Längsrich
tung der Lenker 41 gegenüber der Längsrichtung der Len
ker 42 um 90° verdreht ist, sofern die Scheiben 43, 44,
45 genau in Flucht miteinander ausgerichtet sind. Bei
dem in Fig. 1 gezeigten Zustand der Drehmomentübertra
gungsmittel 4 liegt ein Versatz zwischen den Wellen 33
und 53 vor, wobei der Abstand der Welle 33 von der Dreh
achse 20 der Spindel 2 größer ist als der Abstand der
Welle 53 von der Drehachse 20. Demzufolge sind die Len
ker 41 mit ihrem in der Fig. 1 hinteren Ende etwas nach
unten verschwenkt, wodurch der Versatz der Wellen 33, 53
überbrückt wird. Diese Überbrückung des Wellenversatzes
wird auch bei Rotation der Wellen 53, 33 unter Last
durch die Drehmomentübertragungsmittel 4 ermöglicht, oh
ne daß Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit oder Pha
senverschiebungen bei den Drehbewegungen der Wellen 53
und 33 auftreten. Damit ist eine vollkommene Synchroni
tät der Drehungen des Werkstücks 1 und der dessen Außen
umfang durch Drücken bearbeitenden Zahnrolle 31 gewähr
leistet.
Um den Außenumfangsbereich 12 des Werkstücks 1 durch
Drücken umformen zu können, wird der Rollenhalter 3 in
Richtung der Bewegungspfeile 39 zugestellt, wobei sich
die Drehachse 30 der Welle 33 stetig näher zur Drehachse
20 der Spindel 2 hin bewegt. Für diesen hier beispiel
haft beschriebenen Drückvorgang wird ein Bewegungsweg S
der Drehachse 30 in Richtung zur Drehachse 20 der Spin
del 2 hin benötigt.
Fig. 2 der Zeichnung zeigt den Zustand während des Ein
drückens der Verzahnung in den Umfangsbereich 12 des
Werkstücks 1 durch die Verzahnung 32 der Zahnrolle 31.
Der Rollenhalter 3 ist hier um seinen maximalen Weg S
zum Werkstück 1 hin zugestellt, wobei in dem nun erreich
ten Betriebszustand die Drehachse 30 der Welle 33 mit
der Zahnrolle 31 näher an der Spindel 2 liegt als die
Drehachse 50 der Welle 53 mit dem zweiten Zahnrad 55.
Dieser Versatz der Wellen 33 und 53 relativ zueinander
während des Zustellens des Rollenhalters 3 wird von den
Drehmomentübertragungsmitteln 4 in der zuvor beschriebe
nen Art und Weise überbrückt.
Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, hat der Lagerkör
per 5 mit der Welle 53 und dem zweiten Zahnrad 55 seine
Stellung relativ zur Spindel nicht verändert. Die Stel
lung relativ zum Rollenhalter 3 hat sich jedoch infolge
des Zustellens des Rollenhalters 3 verändert. Die Druck
feder 37 ist nun um den Weg S (siehe Fig. 1) zusammen
gedrückt, wobei sich der Rollenhalter 3 und der Lager
körper 5 entlang der Gleitführung 36, 56 relativ zuein
ander verschoben haben.
Nach dem Eindrücken der Verzahnung in den Umfangsbereich
12 des Werkstücks 1 wird der Rollenhalter 3 zurückgefah
ren, wonach dann der Gegenhalter 22 nach links vom Werk
stück 1 weggefahren werden kann. Danach kann das fertig
bearbeitete Werkstück 1 abgenommen und durch ein neues,
noch zu bearbeitendes Werkstück 1 ersetzt werden.