DE1960284A1 - Verfahren und Werkzeug zum Walzen von Zahnraedern - Google Patents

Description

Verfahren und Werkzeug zum Walzen von Zahnrädern

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Werkzeuge zum Walzen von Zahnrädern.

Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Walzen von Zahnrädern aus kreisrunden, d.h. zylindrischen Rohteilen bekannt, doch führt die Anwendung dieser Vorrichtungen gewöhnlich dazu, daß das verdrängte Metall des zylindrischen Rohteils so nach außen gedrückt wird, daß voneinander getrennte VorSprünge entstehen, die nach ihrer Querschnittsgestalt auch als "Hasenohren" bezeichnet werden. Diese Vorsprünge erreichen schließlich den Grund der Lücken zwischen den Zähnen des Walzwerkzeugs bzw. der Walzwerkzeuge und werden dort so zusammengedrückt, daß. einander gegenüber liegende, sich berührende Flächen verbleiben, die sich jeweils vom Kopf des betreffenden Zahns aus in den Zahn hinein erstrecken und allgemein als Kaltjschweißstellen ("cold shuts") bezeichnet werden.

Zu den Verfahren zum Walzen von Zahnrädern, bei denen diese Erscheinung auftritt, gehört das Walzen von Zahnrädern zwischen zwei einander gegenüber angeordneten zahn-

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radähnlichen Werkzeugen, die aufeinander zu bewegt werden, " so daß ihre Zähne in den Werkstoff des kreisrunden Rohteils eindringen. Femer gehören hierzu Walzverfahren, bei denen auf das zylindrische Rohteil einander gegenüber angeordnete, sich in' entgegengesetzten Richtungen bewegende Werkzeuge in. Form modifizierter Zahnstangen wirken. Weiterhin gehören zu dieser Gruppe diejenigen Verfahren, bei denen zwei oder mehr sich allgemein verjüngende Walzwerkzeuge mit ihren Achsen entweder parallel oder sich kreuzend angeordnet sind, und bei "denen das zylindrische Rohteil in axialer Richtung durch den Raum zwischen den Wälzwerkzeugen hindurch bewegt wird.

Das Werkzeug gemäß der Erfindung ist zur Anwendung bei dem Verfahren der zuletzt erwähnten Art gedacht, bei dem vorzugsweise zwei einander gegenüber angeordnete, auf besondere' Weise modifizierte zahnradähnliche Walzwerkzeuge verwendet werden· Bei einer solchen Anordnung nimmt jedes der beiden Werkzeuge jeweils den von dem anderen Werkzeug auf das Rohteil ausgeübten Drück auf, so daß es nicht notwendig ist, für das Rohteil eine besonders starre Unterstützung vorzusehen, während es zum Erzeugen der Verzahnung gedreht wird. Grundsätzlich ist es nach der Erfindung aber auch möglich, nur ein einziges Werkzeug zu benutzen, vorausgesetzt, daß das Werkzeug und das Rohteil gegen jede seitliche Verlagerung ausreichend abgestützt werden.

Beim Herstellen eines Zahnrads wird das Rohteil in axialer Richtung gegenüber dem Walzwerkzeug bzw. -den beiden Walzwerkzeugen "bewegt. Wenn zwei einander gegenüber liegende Walzwerkzeuge vorgesehen sind* bewegt sich das Werkstück in axialer Richtung durch den Raum zwischen den beiden Werkzeugen, und genauer gesagt wird, beim Vorschieben des Werkstücks seine Achse in der durc.h die Achsen der beiden Werkzeuge definierten Ebene gehalten.

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- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und Werkzeuge für. das Herstellen von Zahnrädern durch Walzen zu schaffen, bei dem die Verlagerung des Werkstoffs in die Zähne so geregelt bzw. beeinflußt wird, daß das Entstehen gespaltener Zähne bzw. von Kaltschweißstellen vollständig oder im wesentlichen vollständig vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung der Werkstofffluß, der neben den in den Umfang des Rohteils eindringenden Zähnen hochsteigen möchte, mittels an dem Werkzeug vorgesehener Flächen etwa in Umfangsrichtung zur Mitte der Lücke zwischen den Werkzeugzähnen hingeleitet. Um ständig das örtliche Verlagern von Werkstoff auf den beiden Seiten der Zahnlücken während ihres Bildens zu verhindern, welches, zum Entstehen der sog. Hasenohren führt, haben bei dem Werkzeug zum Ausführen des Verfahrens gemäß der Erfindung die Lücken zwischen den Zähnen eine solche Form, daß bestimmte Flächen dieser Lücken das Entstehen der Hasenohren verhindern und den Werkstoff, der aus den Zahnlücken des entstehenden Zahnrades verdrängt wird, zwingen , in Richtung auf die Mitte des zu erzeugenden Zahns 2u fließen.

Man-kann dies dadurch erzielen, daß man an dem Werkzeug e\ Zähne und Zahnlücken so verjüngt ausbildet, daß das genschte Ergebnis erzielt wird. Da jedoch der Form des Zahns beim Bilden aus dem aus den Zahnlücken des Werkstücks verdrängten Werkstoff während der Zwischenstadien des Kaltwalzens der Verzahnung keine kritische Bedeutung zukommt, genüget es, an dem Werkzeug im Grund der Zahnlücken Flächen vorzusehen, die den von den Zähnen des Werkzeugs verdrängten Werkstoff veranlassen, seitlich zur Mitte des an dem Werkstück entstehenden Zahns zu fließen. Nur innerhalb desjenigen Abschnitts bzw. jedes Werkzeugs, der die endgültige Form der Zahnradzähn'e bestimmt, ist es von kritischer"Bedeutung, die Zahnlücken einschließlich der dem Zahnfuß benachbarter Flanken und gewöhnlich auch die Flächen am Zahnfuß so zu gestalten, daß sie den Zähnen des Werkstücks die erforderliche.Form geben» ' -■ 4 -

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Die vorstehend beschriebene Wirkung wird dadurch erzielt,

daß an dem Werkzeug gemäß der Erfindung an einem Ende ein glatter kreisförmiger Querschnitt vorgesehen wird, dessen Durchmesser gleich oder im wesentlichen gleich dem Erzeugungs- oder Wälzkreisdurchmesser (generating diameter) ist. Von diesem kreisrunden Ende des Werkzeugs aus erstrecken sich Zähne am anderen Ende des Werkzeugs, deren Höhe zunimmt,so daß das Werkzeug eine allgemein konische Außenfläche hat.. Auch die Tiefe der Lücken zwischen den Zähnen des Werkzeugs nimmtim wesentlich gleichmäßig zu. Die '"ahne und die Zahnlücken können an den Enden, an denen sie in den zylindrischen Abschnitt des Werkzeugs übergehen, sich gleich weit in Umfangsrichtung erstrecken. Darüber hinaus ™ bleibt die Umfangserstreckung der Zähne und der Zahnlücken über die ganze Länge der Zähne vom einen Ende des Werkzeugs bis zum anderen Ende längs des gleichen Durchmessers gleich. Diese Bedingung braucht jedoch nicht notwendigerweise erfüllt zu sein, solange die Werkzeuge in jeder beliebigen radialen Ebene in den Zahnlücken einen Raum bieten, der gerade etwa ausreicht, um den aus den Zahnlücken des Werkstücks verdrängten Werkstoff aufzunehmen, und solange die Werkzeuge Flächen aufweisen, die den Fluß des verdrängten Werkstoffs so leiten, daß das Bilden der hasenförmigen Vorsprünge verhindert wird.

| Es ist wichtig, ein sorgfältig dem zylindrischen Rohteil angepaßtes Werkzeug oder Werkzeugpaar zu verwenden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Natürlich liegt es _-v, auf der Hand, daß der gesamte aus den Zahnlücken des Werkstücks verdrängte Werkstoff in diejenigen Teile der Zähne hinein verdrängt wird, welche sieh gegenüber dem Ursprungliehen Durchmesser des Ronteils radial nach außen erstrecken. Diese Feststellung ist natürlich durch die Berücksichtigung der Tatsache zu berichtigen, daß beim Walzen eines Zahnrades mit einer endlichen axialen Abmessung eine gewisse Werkstoff menge an einem Ende oder an beiden Enden äes Werk-? • Stücks in axialer Richtung verdrängt werden kann. Ein solches axiales Fließen des Werkstoffs tritt jedoch innerhalb des

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mittleren Teils des Werkstücks oder bei den inneren Werkstücken beim Walzen einer Folge mehrerer Zahnräder nicht auf, und daher muß man das bzw. jedes Werkzeug so ausbilden, daß es in den Zahnlücken genügend Raum für den gesamten aus den Zahnlücken verdrängten Werkstoff bietet und aus diesem Werkstoff die benötigten oberen Abschnitte der Zähne formt.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Au&führungsbeispielen näher.erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch das Entstehen sogenannter Hasenohren bzw. gespaltener Zähne bei einem gewalzten Zahnrad.

Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung erfindungsge-

raäßer Werkzeuge zum V/alzen von Zahnrädern.

Fig. 3 ist ein Teilschnitt· längs der Linie 3-3 in Fig.2.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Folge von rechtwinklig zur Achse eines Walzwerkzeugs verlaufenden Schnitten und läßt die jeweilige Querschnittsform der Zähne erkennen.

Fig. 5 veranschaulicht scheraatisch die ursprüngliche Form eines Werkstücks, während des Walzvorgangs durchlaufene Zwischenstadien sowie die endgültige Form des Werkstücks.

Fig. 6ist ein Teil einer in einem größeren.Maßstab gezeichneten Stirnansicht eines erfindungsgeraäßen Zahnradwalzwerkzeugs. . . '"

Fig. 7 zeigt einen Teil einer Seitenansicht des Werkzeugs nach Fig. 6.

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■ Fig. 8 ist ein Teilschnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 6,

Fig. 9 und 10 zeigen in Fig. 8 ähnelnden Teilschnitten abgeänderte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Zahnradwaizwerkzeuge.

Bei dem Herstellen von Zahnrädern oder anderen mit Zähnen versehenen Bauteilen unter Benutzung von Vorrichtungen, die bewirken, daß Werkstoff aus den Zahnlücken des entstehenden Zahnrades oder dergleichen zu den Zähnen fließt, besteht die Gefahr, daß der Werkstoff längs einer den geringsten Widerstand bietenden Bahn fließt und anfänglich örtlich Vorsprünge bilden, die den Begrenzungsflächen der entstehenden Zahnlücken am nächsten benachbart sind. Wenn ständig weiterer Werkstoff aus den Zahnlücken verdrängt wird, nehmen diese örtlichen Vorsprünge erhebliche Abmessungen an. Wie erwähnt, werden diese Vorsprünge auch als "Hasenohren" bezeichnet, und sie bilden schließlich gespaltene Zahnradzähne.

In Fig, 1 sind verschiedene Zwischenstadien dargestellt, die beim Walzen eines Zahnrades durchlaufen werden, wenn einander gegenüber liegende zahnradförmige Walzwerkzeuge radial in Richtung auf ein umlaufendes Rohteil vorgeschoben werden. Man erkennt, daß zunächst Werkstoff gegenüber einem ursprünglichen Durchmesser entsprechend der Fläche 10 so verdrängt wird, daß Vertiefungen 12 entstehen, bei denen es sich jeweils um den Beginn der Zahnlücken zwischen den ·*» Zähnen des herzustellenden Zahnrades handelt. Die ,in diesem Stadium des Walzens entstehenden Zähne sind in Fig. 1 allgemein mit 14 bezeichnet, und man erkennt nacheinander verschiedene Stadien der Entstehung von Zähnen, die mit 14a, 14b, 14c und 14d bezeichnet sind. Wenn ständig- weiterer Werkstoff aus den Zahnlüqken 12 verdrängt wird, fließt dieser Werkstoff natürlich in die Zähne hinein und er wird durch damit zusammenarbeitende Flanken der Zähne der Walzwerkzeuge in die gewünschte Form gebracht, so daß z.B. Zähne mit evolventenförmig gekrümmten Flanken entstehen* - ? -

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D.ie Neigung.des aus den Vertiefungen oder Nuten 12 verdrängten Werkstoffs, längs einer den geringsten Widerstand bietenden Bahn zu fließen, führt zur Entstehung örtlich begrenzter Vorsprünge 16a,- die dem Anfangsstadium des Entstehens der erwähnten gespaltenen Zähne entsprechen. Werin der Walzvorgang fortgesetzt und ständig weiterer Werkstoff aus den Zahnlücken 12 verdrängt wird, nimmt die Höhe der entstehenden Zähne zu, wie es in Fig. 1 bis 14b, 14c und 14d dargestellt ist. In dem bei 14b dargestellten Stadium sind die mit 16b bezeichneten Vorsprünge erheblich höher als die bei 16a dargestellten, und der Zahn 14b beginnt, die gewünschte Form anzunehmen, wobei zum Beispiel Evolventenflanken entstehen. Der Zahn 14c ist das Ergebnis einer noch weitergehenden Verdrängung von Werkstoff aus den Zahnlücken.12 in Richtung auf die Zähne, und man erkennt, "daß die "Hasenohren" bzw. Vorsprünge 16c beginnen, gegeneinander gedrückt und in Berührung miteinander gebracht zu werden. Nach dem Erzreichen der endgültigen Zahnform sind diese Vorsprünge zur vollständigen Anlage aneinander gebracht· worden; an den Zahnköpfen ist also kein homogener Werkstoff vorhanden. Auf diese Weise entstehen die erwähnten Kaltschweißstellen 18, die zu einer Schwächung der Zähne führen, und die es bis jetzt erforderlich machen, die Zahnköpfe durch Abschleifen oder mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs zu bearbeiten, bis z.B. ein*Außendurchmesser entsprechend dem Kreisbogen erreicht ist, d.h. bis diejenigen Teile der Zähne entfernt worden sind, in denen sich die Kaltschweißstellen ausgebildet haben. -

Bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung mit gemäß der Erfindung gestalteten Werkzeugen wird ein Zahnradrohteil 22 verwendet, das gemäß Fig. 2 eine zentrale Bohrung 24 zum Aufnehmen eines Tragdorns aufweist. Die beiden Walzwerkzeuge 26 und 28 haben parallele Achsen 30;- In der diese Achsen enthaltenden Ebene liegt während des Walzvorgangs auch die Achse.des Rohteils * 22. Weiter unten wird die

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genaue Form der Zähne der Werkzeuge 26 und 28 mit weiteren Einzelheiten beschrieben, doch sei zunächst nur bemerkt, daß die Zähne 32 der Werkzeuge, die man vorläufig als gleich betrachten kann, in Längsrichtung verjüngt sind. Genauer gesagt weisen die Zähne 32 gemäß Fig.. 2 einen von links nach rechts im Durchmesser zunehmenden Kopfabschnitt 34 und. einen von links nach rechts im Durchmesser abnehmenden Fußbabschnitt 36 auf. Man kann ganz allgemein sagen, daß die Lücken zwischen den Zähnen 32 der' Werkzeuge insbesondere an,und nahe ihren Fußabschnitteneine solche Form haben, daß die Vorsprünge, die bestrebt sind, sich zu bilden, wenn die Kopfabschnitte der Zähne der Werkzeuge in das Rohteil eindringen, mit den Flächen an und nahe dem Zahngrund zusammenwirken und auf diese Weise das Entstehen der Vorsprünge in der Form von Hasenohren am Werkstück verhindert wird; statt dessen wird der verdrängte Werkstoff gezwungen, in Richtung auf die Mittelebenen der entstehenden Zähne des Werkstücks zu fließen.

Gemäß Fig. 2 sind die !linken Enden der Werkzeuge 26 und 28 zylindrisch und so angeordnet, daß sie an der glatten zylindrischen Außenfläche des Rohteils 22 anliegen oder dieser Fläche sehr nahe sind.

Um das Rohteil zu einem Zahnrad zu verarbeiten, werden die Werkzeuge 26 und 28 mittels eines Getriebes in der gleichen Drehrichtung mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit angetrieben. Die Werkzeuge stehen dabei so zueinander, daß"' dann, wenn das zu walzende Zahnrad eine gerade Zähnezahl erhalten soll, die Mittellinien der Zähne der Werkzeuge 26 und 28 die die Achsen der Werkzeuge enthaltende Ebene gleichzeitig durchlaufen. Wenn das Zahnrad eine ungerade Zähnezahl erhalten soll, stehen die Werkzeuge·-so zueinander,

die

daß sich gleichzeitig Mittellinie eines Zahns eines der beiden Werkzeuge und die' eine Zahnlücke des anderen Werkzeugs halbierende Ebene durch die die Achsen der Werkzeuge enthaltende Ebene bewegen'.

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In Fig. 2 ist schematisch eine Beschickungsrutsche 40 zum Aufnehmen mehrerer Rohteile 22 dargestellt. Das vorderste Rohteil wird mit -Hilfe entsprechender Mittel von der Rutsche einer Lagebestimmungsvorrichtung zugeführt, die in Fluchtung mit einem Rohteilaufnahmedorn 42 angeordnet ist, weicher einen Abschnitt 44 von kleinerem Durchmesser trägt, der genau in die Bohrung 24 des Rohteils paßt und eine Schulter 46 bildet, die mit einer Stirnfläche des Rohteils zusammenarbeitet. Ferner ist eine nicht gezeigte Kraftbetätigungsvorrichtung vorgesehen, mittels derer der Dorn 42 in axialer Richtung durch den Räum zwischen den beiden Werkzeugen hindurchgeschoben wird. Sobald das Rohteil 22 von den den benachbarten zjrlindrisehen Enden der Werkzeuge erfaßt wird, oder wenn der vordere Rand des Rohteils mit den geneigten Kopfabschnitten 34 der Werkzeugzähne zusammenzuarbeiten beginnt, wird das Rohteil in der richtigen zeitlichen Abstimmung auf die Drehbewegung der Werkzeuge gedreht. Beim Vorschieben des Rohteils v/ird durch die geneigten Kopfabschnitte der Werkzeugzähne Werkstoff in die zunehmend tiefer werdenden Zahnlücken hinein verdrängt, wobei in der vorher beschriebenen Weise das Entstehen gespaltener Zähne vermieden wird.

Wenn das fertige Zahnrad aus dem Raum zwischen den Werkzeugen 26 und 38 austritt, wird ein auf einem Halter 50 angeordneter Abstreifer 48 hinter dem fertigen Zahnrad 22a eingefügt, woraufhin der Dorn 42 zurückgezogen wird.

Der eigentliche Walzvorgang wird ausgeführt, während die Werkzeuge 26 und 28 mit einer erheblichen Drehzahl umlaufen, und zwar vorzugsweise mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 40 m/min. Der Dorn 42 wird mit einer Geschwindigkeit vorgeschoben, die sich nach dem Werkstoff der Rohteile, ihrem Durchmesser und anderen*Faktoren richtet. Es sei jedoch bemerkt, daß sich einwandfreie.Ergebnisse erzielen lassen, wenn die Vorschubgeschwindigkeit der Rohteile etwa 430 m/min beträgt.

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"Die Zähne der Werkzeuge 26 und 28 können so abgeändert . sein, daß sie auf einem kurzen Endabschnitt parallel zur Achse der Werkzeuge verlaufen, so daß sie eine Endbearbeitungswirkung oder Glättung auf die Zähne.des hergetellten Zahnrades ausüben; Alternativ kann es zweckmäßig sein, gesonderte Fertigbearbeitungswerkzeuge vorzusehen, deren Zähne nicht modifiziert sind, die das Zahnrad fertigbearbeiten, nachdem es die mit konischen Zähnen versehenen Werkzeuge 26 und 28 passiert hat. Diese Fertigbearbeitungswerkzeuge können an den benachbarten Stirnflächen der Walzwerkzeuge stumpf anliegen oder von ihnen getrennt angeordnet sein. Bei dieser Anordnung kann man die axiale Vorschubgeschwindigkeit der Rohteile erhöhen.

Bei der Konstruktion der Walzwerkzeuge und der Wahl des Ausgangsdurchmessers der Rohteile oder Werkstücke handelt es sich um kritische Faktoren, die für den Erfolg oder das Versagen des Walzvorgangs ausschläggebend sind. Da das Werkstück lediglich dadurch in Drehung versetzt wird, daß es von den Walzwerkzeugen erfaßt wird, ist es wichtig, dem Werkstück einen Aus gangs durchmess er zu geben, der durch die Umf angsteilung der Zähne gemessen am kleinsten Zahnkopfdurchmesser bestimmt ist, so daß die erste Vertiefung, die durch einen Zahn des einen Werkzeugs erzeugt worden ist, genau mit einem Zahn des anderen Werkzeugs zusammentrifft, nachdem eine anfängliche Drehung um 180° herbeigeführt worden ist. Ferner liegt es auf der Hand, daß dann, „enn man den aus den Stirnflächen des ursprünglichen Rohteils axial, nactr außen verdrängten Werkstoff unberücksichtigt läßt,- der gesamte aus den Zahnlücken verdrängte Werkstoff bei dem fertigen Zahnrad als Werkstoff erscheint, der außerhalb des ursprünglichen Außendurchmessers liegt. Hierzu ist natürlich zu bemerken, daß nicht notwendigerweise genau der aus einer Zahnlücke verdrängte Werkstoff im äußeren Teil eines Zahns erscheint. Vielmehr kann Werkstoff in Richtung auf die Mittellinie bzw. Mittelebene eines Zahns verlagert werden» so

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daß andere Teile des Werkstoffs veranlaßt werden, allgemein radial nach außen zu fließen und sich über den ursprünglichen Außendurchmesser des Rohteils hinaus zu bewegen. Im allgemeinen bildet somit der ursprüngliche Außendurchmesser des Zahnrades den Wälzkreisdurchmesser, der gegebenenfalls mit dem Teilkreisdurchmesser des Zahnrades zusammenfallen kann. Daher werden die Walzwerkzeuge in der Weise konstruiert, daß man zuerst die erforderliche volle Zahnform des herzustellenden Zahnrades bestimmt, und daß man danach den Durchmeser des Rohteils so wählt, daß die Ouerschnittsfläche der innerhalb dieses Durchmessers liegenden Teile der Zahnlücken annähernd gleich der Querschnüfcsfläche der radial außerhalb dieses Durchmesers liegenden Teile des Zahnprofils ist. Dann besteht der nächste Schritt darin, ein Walzwerkzeug mit einer geeigneten Zahl von Zähnen der gewünschten Form so zu konstruieren, bei dem die Zahnlücken bezüglich ihres Grundes und der Flanken nahe des Lückengrundes so gestaltet sind, daß das Entstehen der hasenohrförmigen Vorsprünge und damit gespaltener Zähne im wesentlichen vollständig verhindert wird, und daß der durch die Zähne der Walzwerkzeuge verdrängte Werkstoff veranlaßt wird, ein Fließen von Werkstoff in Richtung auf die Mittelebenen der Zähne zu bewirken, so daß keine gespaltenen Zähne entstehen.

Wie erwähnt, ist die richtige Konstruktion der Walzwerkzeuge von kritischer Bedeutung. Wenn kein ausreichender Raum verfügbar, bleibt, der ein geregeltes Fließen von -*' Werkstoff in die Zahnprofilbereiche des Zahnrades ermöglicht, da die Zahnlückenquerschnitte der Werkzeuge zu klein sind, treten übermäßig hohe Drücke auf. Wenn dagegen zu viel Raum verfügbar ist, und zwar insbesondere nahe den seitlichen Rändern der Zahnlücken des entstehen-^ den Zahnrades, entstehen Vorsprünge, und wenn dies einmal geschehen ist, kann dieser Fehler nicht mehr beseitigt werden.

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Wie erwähnt,, ist außer an den Enden der Zähne, wo die endgültige Formgebung der Zähne des Werkstücks stattfindet, die genaue Querschnittsforra der Zahnlücken zwischen "benachbarten Zähnen der Werkzeuge und Insbesondere die genaue Form des Bereichs des Zahnlückengrundes nicht von kritischer Bedeutung. Daher kann das Profil der Fußabschnitte de'r Zähne der Werkzeuge in dem Eintrittsende des Rohteils benachbarten Querschn.it-

. ten geneigte Abschnitte umfassen, mit denen anfangs Werkstoff zusammenarbeitet, der bestrebt ist, so zu fließen, daß sich die zu vermeidenden VorSprünge ausbilden; und diese geneigten Abschnitte können in einem Kanal enden, der durch den Schnitt dieser geneigten Flächen oder in einem geeigneten Fall "durch einen gesonderten Kanal zvi sehen den geneigten Flächen

. gebildet wird, in den der verdrängte Werkstoff hineinfließt, während er längs der geneigten Flächen in Richtung auf die Mittelebenen der Zähne des Zahnrades verdrängt wird.

Vorstehend wurde ein Walzen von Zahnrädern beschrieben, bei dem Walzwerkzeuge besonderer Form benutzt werden, die bei optimaler Konstruktion das bis jetzt bei gewalzten Zahnrädern nicht zu vermeidende Entstehen von Kaltschweißstellen vollständig verhindern, doch sei bemerkt, daß unter die Erfindung auch Walzwerkzeuge fallen, die so ausgebildet sind, daß sie lediglich das Ausbilden von hasenohrförmigen Vorsprüngen und der auf sie zurückzuführenden Kaltschv/eißstellen beschränken, s<|jfedaß das fertige gewalzte Zahnrad im Vergleich zu den auf bekannte Weise gewalzten Zahnrädern nur insoweit verbes-• sert ist, als die Kaltschweißstellen im Bereich der Zahnköpfe kleinere Abmessungen haben. In diesem Fall kann man, wie schon erwähnt, auf bekannte Weise eine gewisse Werkstoffmenge von den Zahnköpfen abtragen, um so die Kaltschweißstellen zu beseitigen, doch genügt es bei der Anwendung der erfindungs-.gemäßen V/erkzeuge, eine kleinere Werkstoffmenge zu entfernen. Hierbei ist es natürlich erforderlich, den Ausgangsdurchmesser des Rohteils entsprechend der gewünschten endgültigen Zahnform- zu wählen und hierbei die Tatsache zu berücksichtigen, daß bei der Endbearbeitung eine vorbestimmte Werkstoffmenge von den Zahnköpfen abgetragen wird.

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Die Fig. 6 bis 8 zeigen weitere Einzelheiten der Form der Zähne der erfindungsgemäßen Zahnradwalzv/erkzeuge. In Fig. ist das eigentliche Werkzeug mit 60 bezeichnet, und es weist mehrere durch Zahnlücken 64 getrennte Zähne 62 auf. Die Zähne 62 sind so ausgebildet, daß jeder Zahn einen zunehmenden Durchmesser hat. Genauer gesagt, jeder Zahn besitzt eine sich, verjüngende Scheitelfläche 72, die vom dünneren Ende des Werkzeugs in Richtung auf das dickere Ende so nach außen geneigt ist, daß das Werkzeug allgemein eine konische Form hat. In den Fig. 6 bis 8 sind die Neigung der Zahnradzähne sowohl an ihrem Scheitel als auch an ihrem Fuß sowie die in der Sehnenrichtung gemessene Dicke-der Zähne der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt. Die Bodenflächen 74 der Zahnlücken sind im Vergleich zu den Scheitelflächen *. 72 der Zähne in der entgegengesetzten Richtung geneigt. Es sei bemerkt, daß am dünneren Ende des Werkzeugs sein äußerer Rand durch einen im wesentlichen ununterbrochenen Kreis 70 gebildet ist. Dieser' Kreis bestimmt den Abrolloder Wälzkreisdurchmeser des Werkzeugs und damit auch denjenigen des mit seiner Hilfe hergestellten Zahnrads. Dieser Durchmeser ist bei dem fertigen Zahnrad annähernd, jedoch nicht notwendigerweise gleich dem Teilkreisdurchmesser.

Die konische *Orm der Zähne ist vorzugsweise so gewählt, daß jede Steigung, die auf einer Zahnflanke längs einer zur Achse des Zahns parallelen Linie gemessen v/ird, den gleichen Wert zeigt wie die auf der anderen Flanke des betreffenden Zahns längs einer entsprechenden Linie gemessene Steigung. ·»' In den Fig. 6 bis 8 sind die Zähne des Werkzeugs der Einfachheit halber als Stirnzahnradzähne dargestellt. Jedoch müssen Schrauben- oder Schrägzahnradzähne den gleichen Erfordernissen entsprechen, und die Steigung bzw. der Schraubenoder Schrägungswinkel, der auf einer Flanke der Zähne längs einer bestimmten Linie gemessen wird, muß der gleiche sein wie der auf der anderen Seite des betreffenden Zahns längs einer von der Achse gleich weit entfernten Linie gemessene.

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" Aus Gründen der Bequemlichkeit und größeren Deutlich-· keit sind gleiche Bereiche der Werkzeugzähne in der nachstehend angegebenen Weise mit "bestimmten Bezugszahlen "bezeichnet. Die Scheitel oder Köpfe der Zähne sind durch die Flächen 72 begrenzt. Die Flanken der Zähne werden von den Flächen 74 gebildet. Die Flächen am Grund der Zahnlücken sind mit 76 bezeichnet. Die in der Sehnenrichtung gemessene Dicke der Zähne ist an dem Wälzkreisdurchmesser 70 von einem Ende jedes Zahns bis zum anderen Ende gleich und.ist gleich dem in der Sehnenrichtung an diesem Durchmesser gemeseenen ebenfalls gleichen Abstand zwischen benachbarten Zahnflan- £ ken.

In Fig. 4 ist in einer einzigen Zeichnung der Verlauf der Querschnittsform eines erfindungsgemäßen Zahnradwalzwerkzeugs und insbesondere seiner Zähne dargestellt. In Fig. 4 erscheint die Form eines Zahns und einer Zahnlücke bei Betrachtung, dieser Teile in einer diametralen Ebene nahe dem Eintrittsende des Werkzeugs, beispielsweise für die in Fig. 2 angedeutete Ebene A, in der Weise, daß der betreffende Zahn mit 80a und die betreffende Zahnlücke mit 82a bezeichnet ist. Der Kreisbogen 84 repräsentiert die glatte kreisrunde Außenfläche des Werkzeugs an dessen ι Eintrittsende, an dem die Zähne 80 enden. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Bogenlänge des Zahns 80a im wesentlichen gleich der Bogenlänge der Zahnlücken 82a ist. Außerdem ist die Höhe des Zahnabschnitts 80a annp" .^%nd gleich ■ der Tiefe der Zahnlücke 82a. Bei dieser Anordnung kann ·*' der durch den Zahnabschnitt 80a verdrängte Werkstoff von den Zahnlücken 84a aufgenommen werden und diese Zahnlücken im wesentlichen.vollständig ausfüllen. Außerdem ist festzustellen, daß die den Grund der Zahnlücken 82a bildenden Flächen eine solche Lage haben,daß mit ihnen die VorsprUn-

■ ge zusammenarbeiten, die "bestrebt sind, sich nach den beiden Seiten der durch den Zahn 80a des Werkzeugs erzeugten Zahnlücke. Gemäß Fig. 4 verhindern die Flächen 86a und die

■ ihnen benachbarten Seitenflächen jeder Zahnlücke das Ent stehen solcher Vorsprünge und sie leiten den verdrängten

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Werkstoff in Richtung auf den mittleren Teil der Zahnlücke, durch den in Fig. 4.die radiale Linie 88a verläuft.

Statt eine sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckende Bodenfläche 86a am Grund der Zahnlücken vorzusehen, ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, eine Bodenfläche der bei 89a angedeuteten Art vorzusehen, die bewirkt, daß der gesamte durch einen Vferkzeugzahn verdrängte Werkstoff in Richtung auf den mittleren Bereich der Zahn-, lücke geleitet wird. In diesem Fall wird nicht nur das Entstehen der unerwünschten Vorsprünge verhindert, sondern es wird überhaupt kein Verdrängen -von V/erkstoff auf den äußersten Seiten einer Zahnlücke zugelassen. Vielmehr wird der gesamte V/erkstoff in Richtung zur Mitte der Zahnlücke verdrängt. Die einzige Forderung, die in diesem Augenblick erfüllt werddn muß, besteht darin, daß die den Zahngrund bildenden Flächen zwischen den Zähnen des Walzwerkzeugs das Entstehen von Vorsprüngen am Werkstück nicht zulassen, und es erweist sich als ziemlich zweckmäßig, den gesamten ' Werkstoff in diesem Herstellungsstadium in Richtung auf die Mitte der Zahnlücken'des Werkzeugsbzw., auf die Mitte der entstehenden Zahnradzähne zu verdrängen.

Betrachtet man einen radialen Schnitt entsprechend der in Fig. 2 angedeuteten Ebene B, die gegenüber derEbene A nach rechts versetzt ist, erkennt man, daß sich die Höhe der Werkzeugzähne 80b vergrößert hat, und daß sich entsprechend die Tiefe der Lücke zwischen benachbarten Zähnen vergrößert hat, wie es bei 82b angedeutet ist. Auch in diesem Fall ist die Forderung erfüllt, daß die Tiefe der Zahnlücke unterhalb des Wälzkreisdurchmessers 84 und ihre ^orm derart ist, daß diese Zahnlücke den gesamten durch den Werkzeugzahn 80b verdrängten Werkstoff aufnehmen kann. Ferner ist es erforderlich, daß die Fläche 82b so liegt, daß das durch den Werkzeugzahn 80b verdrängte Metall veranlaßt wird, in Richtung auf den mittleren Bereich der entstehen-' den Zahnradzähne zu fließen. . - 16 -

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Auf ähnliche Weise zeigt ein weiterer Schnitt durch das Werkzeug 26, dessen Lage z.B. der in Fig. 2 angedeuteten Ebene C entspricht, daß hier ein Werkzeugzahn 80c vorhanden ist, dessen Abschnitt erheblich höher ist als der Kopfabschnitt des gleichen Zahns in der Schnittebene B. Entsprechend hat sich die Tiefe der Zahnlücke vergrößert, wie es bei 82c dargestellt ist. Auch in diesem Fall ist die Anordnung derart, daß die Guerschnittsflache der Zahnlücke unterhalb des l'/älzkreisdurchmessers 84 innerhalb bestimmter Grenzen gleich der Querschnittsfläche des Zahns 80c oberhalb des l'/älzkreisdurchmessers ist. Ferner ist ersichtlich, daß der Werkzeugzahn 80c auf erkennbare Weise begonnen hat, seine Evolventenform,anzunehmen.

Schließlich nimmt nahe dem Austrittsende des Werkzeugs 26 jeder Werkzeugzahn die in Fig. 4 bie 8Od dargestellte Form an, wobei der Grund 82d der Zahnlücke noch weiter nach innen verlagert ist. Die hier erreichte Zahnform entspricht im wesentlichen dem Profil der Zähne, die an dem Werkstück erzeugt werden sollen;

In der vorstehenden Beschreibung blieb die Tatsache unberücksichtigt, daß eine gewisse Werkstoffmenge des Rohteils in axialer Richtung verdrängt werden mag. Dann, wenn ein axiales Fließen von Werkstoff auftritt, und das Ausmaß dieser Erscheinung etwa voraussagbar ist, wird die Konstruktion der Werkzeuge in dem betreffenden Bereich so abge^ ändert j daß man unterhalb des Wälzkreisdurchmesers nur eine kleinere Querschnittsfläche der Zahnlücken hat, da nicht die gesamte Werkstoffmenge, die durch einen oberhalb des Wälzkreisdurchmessers liegenden Abschnitt eines Werkzeugzahns verdrängt wird, jLn die Zahnlücke hinein verdrängt wird. - - .

Wie erwähnt, ist in den Querschnitten A,B,C und D des Werkzeugs 26 die in der Sehnenrichtung gemessene Zahndicke

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an dem Wälzkreisdurchmesser über die ganze Länge des Werkzeugs gleich, und das gleiche gilt für die in der Sehnenrichtung gemessenen Abstände zwischen benachbarten Zähnen auf dem Wälzkreisdurchmesser.

In Fig. 5 list das Erzeugen oder Ausbilden von Zähnen an einem massiven Rohteil 90 schematisch dargestellt. Wenn von einem massiven Rohteil gesprochen wird, so schließt dies natürlich nicht die Möglichkeit aus,daß das Rohteil mit einer zentralen Bohrung entsprephend der Bohrung 24 nach Flg. 2 versehen ist. Wenn von einem massiven Rohteil gesprochen wird, so bedeutet dies, daß die Zähne des zu erzeugenden Zahnrades vollständig von Werkstoff gebildet werden, der von einem Rohteil kommt, das anfänglich eine glatte zylindrische Außenfläche hat. In Fig. 5 ist die Breite des Walzwerkzeugs durch die Maßlinie 92 angedeutet; wenn das massive .Rohteil 90 zur Anlage am linken Ende des Walzwerkzeugs kommt, weist es an dieser Stelle eine glatte kreisrunde bzw. zylindrische Form 'auf, wie es durch den Kreis 94 angedeutet ist. Es sei bemerkt, daß das Rohteil 90 bei seiner Bearbeitung parallel zu seiner Achse bewegt wird, und die scnematische Darstellung in Fig. 5 soll lediglich die Vergrößerung des Durchmesser des Kreises, auf dem die Scheitel der Zähne des Werkstücks und die Verkleinerung des Durchmessers des Kreises zeigen, . auf dem die Bodenflächen der Zahnlücken des Werkstücks liegen, während das Werkstück in axialer Richtung vom einen Ende zum anderen Ende des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge vor- _Λ, gesehen wird. Gemäß Fig. 5 ist das Werkstück bei 90a auf seinem Umfang so verformt worden, daß der Kreis 94a die Scheitelflächen der teilweise ausgebildeten Zähne enthält, und daß der Kreis 96a die Bodenflächen der in diesem Zeitpunkt teilweise ausgebildeten Zahnlücken enthält oder berührt.

Wenn das Werkstück die bei 90b angedeutete Stellung erreicht hat, liegen die Scheitelflächen der teilweise geformten Zähne auf dem Kreis 94b, während der Kreis 96b die Bodenflächen der Zahnlücken enthält bzw, berührt, - 18 - '

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Wenn das Werkstück aus dem Austrittsende der .Werkzeuge' austritt, wie es "bei 90c dargestellt .ist, sind die Zähne des Zähnrades so geformt worden, 'daß der Kreis 94c die Scheitelflächen der Zähne enthält und der Kreis 96c die Bodenflächen der Zahnlücken enthält oder berührt«

Wenn man die Konstruktionslinien 97 und 98 mit der Bezugslinie 99 vergleicht, erkennt man, daß die Zunahme der Höhe der Zahnradzähne gegenüber dem der Linie 99 entsprechenden Wälzkreisdurchmesser gleich oder im wesentlichen gleich der Zunahme der Tiefe der Zahnlücken innerhalb des Wälzkreisdurchmessers ist. Gemäß Fig. 5 verläuft außerdem die Zunahme der Scheitelhöhe der Zähne im wesentlichen gleichmäßig und in gleicher Weise wie die Zunahme der Zahnlückentiefe. .

Vorstehend wurden Walzwerkzeuge beschrieben, die sich paarweise benutze η lassen, um in der beschriebenen Y'eise einwandfreie Zahnräder aus massivem Werkstoff zu erzeugen. Natürlich versteht a\ ch, daß die genaue Zahnform der tatsächlich in der Praxis erprobten Werkzeuge keinen kritisehen Faktor darstellt. Die einzige wichtige· zu erfüllende Forderung besteht darin, daß die Zähne von einem Ende zum anderen so verlaufen müssen, daß die Zahnhöhe zunimmt, daß ferner die Tiefe der Zahnlücken größer wird, und daß außerdem die Flächen, welche die Lücken zwischen den Zähnen des Werkzeugs abgrenzen, Flächen umfassen müssen, die so liegen, daß sie dem Werkstoff des Rohteils, der andern-¹ falls örtlich in die unerwünschten Vorsprüi _ci fließen-wür- .·*»' de, den Weg versperren und ihn nach innen in Richtung auf die Mitte der entstehenden Zahnradzähne leiten, während die Zähne aus dem. Werkstoff geformt werden, der aus jenen Teilen des Rohteils verdrängt wird, an denen das fertige Zahnrad die Zahnlücken aufweisen soll.

Zwar wurde vorstehend eine Anordnung beschrieben, bei der die Achsen der Werkzeuge parallel zueinander und auch parallel zur Achse des Rohteils verlaufen, doch sei bemerkt,

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daß sich die Erfindung auch "bei einer Anordnung anwenden läßt, bei der die Werkzeuge.so konstruiert sind, daß sie den Walzvorgang mit zu der Achse des Rohteils bzw. des herzustellenden Zahnrades gekreuzten Achsen ausführen. In diesem Fall-müssen sich die Achsen der beiden Werkzeuge natürlich unter einem Winkel kreuzen, der doppelt so groß ist wie der Winkel, unter dem die Achsen der einzelnen Werkzeuge die Achse des Rohteils oder Werkstücks kreuzen.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Zunahme der Scheitelhöhe der Werkzeugzähne und die Abnahme des Fußdurchmessers der Werkzeugzähne von einem Ende zum anderen im wesentlichen gleich und linear.

Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Werkzeug 100 Zähne 102 aufweist, deren Scheitelflächen 104 zwischen dem - dünneren und dem dickeren Ende des Werkzeugs gekrümmt sind. Bei dieser Ausführungsform verkleinert sich·jedoch der Durchmesser des Grunds 106 der Zahnlücken- gleichmäßig.

In Fig. 10 ist eine allgemein ähnliche A_Usführungsform der Erfindung dargestellt. In diesem Fall besitzt das Werkzeug 110 Zähne 112,.bei denen die Zunahme der Höhe der Scheitelflächen 114 in Richtung vom dünneren Ende zum dickeren Ende des Werkzeugs kleiner wird, so daß die Scheitelflächen, wie aus Fig. 10 ersichtlich, gekrümmt sind» Bei dieser Ausführungsform nimmt der Durchmesser des Grunds 116 der Zahnlücken im wesentlichen in dem gleichen Maße ab wie die Zunahme des Kopfkreisdurchmessers der Zähne abnimmt.

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Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglichen es, das

Fließen des Werkstoffs des Werkstücks zu beeinflussen, und ihre Anwendung ermcg licht das-Erzielen einer, höheren Fließgeschwindigkeit während des anfänglichen Ausbildens der Zähne und ein Verringern der Fließgeschwindigkeit bei der Annähe-, rung der Zähne des Werkstücks an ihre endgültige Gestalt.

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Die erfindungsgemäßen Werkzeuge zum Walzen von Zahnradern aus zylindrischen Rohteilen (im Gegensatz zum Fertigwalzen) bieten erhebliche' Vorteile im Vergleich mit bekannten Walzwerkzeugen in Walzvorrichtungen, bei denen einander gegenüber angeordnete Werkzeuge in radialer Richtung gegen ein Rohteil vorgeschoben werden, das anfänglich einen Außendurchmesser hat, der annähernd gleich dem Teilkreisdurchmesser ist; denn bei Anwendung der Walzwerkzeuge gemäß der Erfindung wird die Umfangsfläche des Rohteils von den Walzwerkzeugen bzw. ihren Zähnen anfangs annähernd am Teilkreisdurchmesser berührt, und daher ergeben sich mit ihnen Arbeitsbedingungen, die praktisch den Arbeitsbedingungen bei dem bekannten Fertigwalzen von im wesentlichen vollständig vorgeschnittenen Zähnen ähneln. Da der am Anfang des Walzvorgangs zur Wirkung kommende Durchmesser der Walzwerkzeuge gleich dem Teilkreisdurchmesser ist, haben die Werkzeuge und die hergestellten Zahnräder nahezu die gleiche Umfangstellung.

Patentansprüche: 0,09828/105 5

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum Walzen einer Verzahnung am Umfang eines Zylindrischen Rohteils, bei dem dieses längs seiner Achse durch den Raum zwischen zwei oder mehr mit ihren Achsen parallel oder sich kreuzend angeordneten und gleichsinnig mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit angetriebenen, sich' konisch erweiternden zahnradförmigen Werkzeugen hindurchgeschoben wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Werkstofffluß, der neben den in den Umfang des Rohteils eindringenden Zähnen hochsteigen möchte, mittels an dem Werkzeug vorgesehener Flächen etwa in Umfangsrichtung zur Mitte der Lücke zwischen den Werkzeugzähnen hingeleitet wird.

   2, Zahnradförmiges Werkzeug zum Ausführen des, Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Werkzeug (60) Zähne (62) besitzt, die in der Längsrichtung in der Weise verjüngt ausgebildet sind, daß sie Scheitelflächen (72) von zunehmender Höhe und Bodenflächen (76) der Zahnlücken (64) von zunehmender Tiefe aufweisen, und daß die Flächen des V/erkzeugs am und in der Nähe des Grundes der Zahnlücken zwischen den·Zähnen so angeordnet sind, daß sie dem von den Werkzeugzähnen verdrängten Werkstoff des Rohteils (90), der bestrebt ist, neben diesen Zähnen hochzusteigen, den Weg versperren, und den Werkstofffluß zur Mitte ^ der entstehenden Zahnradzähne leiten.

   3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Höhe der Zähne (62) des Werkzeugs (60) in einer dem einen Ende des Werkzeugs benachbarten Zone so verringert, .daß in dieser Zone ein im wesentlichen ununterbrochener Kreis (70,84) vorhandenist, der den Wälzkreisdurchmesser des V/erkzeugs gegenüber einem Zahnradrohteil (90) bestimmt.

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   "4." Werkzeug nach Anspruch·3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (60) zur Anwendung auf ein Rohteil (90) bekannten Durchmessers konstruiert ist und die Umfangsteilung der Zähne (62) des Werkzeugs an dem durch den Kreis (70,84) bestimmten Wälzkreisdurchmesser gleich der am Umfang des Röhteils gemessenen Umfangsteilung des herzustellenden Zahnrades ist.

   5. Werkzeug nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer beliebigen radialen Ebene (A,B,C,D) die Querschnittsfläche der außerhalb des.Wälzkreises (70,84) liegenden Teile der Werkzeugzähne im wesentlichen gleich der Querschnittsfläche der innerhalb des Wälzkreises liegenden Teile der Zahnlücken ist.

   6. Werkzeug nach Anspmch 2 bis 5, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß die Bodenflächen (89a) der Zahnlücken des Werkzeugs e.ine von den Flanken der Werkzeugzähne in Richtung zur Mitte der Zahnlücken zunehmende Tiefe haben.

   7. Werkzeug nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Scheitels (72) der Zähne (62) des Werkzeugs (6o) von einem zum anderen Ende im gleichen Maß zunimmt, in dem der Durchmesser des Bodens (76) der Zahnlücken (76) abnimmt.

   8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch ge e η η -

   ζ e ic h η et , daß der Scheitel (72) der Zähne (62) des Werkzeugs (60) vom einen Ende zum anderen Ende im Durchmesser im wesentlichen gleichmäßig bzw. linear zunimmt.

   9. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchmesser des Zähnkopfes (104) von einem zum anderen Ende der Zähne (102) anfangs steiler und am Ende flacher zunimmt (Fig.9).

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   10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß sowohl die Zunähme des Durchmessers des Zahnkopfes (114) als-auch die Abnahme des Durchmessers des Zahnlückenbodens (116) am Anfang der Zähne (112) größer ist als am Ende (Fig. 10).

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