DE1961762A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kegel- oder Hyperboloid-Raedern mit Bogenverzahnung mittels eines das Werkstueck spanlos verformenden Werkzeugs - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE Dipl.-Ing. M ARTI N LICHT

PATENTANWALTELICHT₇HANSMANn₁HERRMANN Dr. REINHOLD SCHMIDT

MÖNCHEN 2 · TH ERES I ENSTRASSE 33

Dipl.-Wirtsch.-Ing. AXEL HANSMANN 1961762 Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

München,den 9» Dezember 1969

Ihr Zeichen Unser Zeichen

ML/Wö

THE GLEASON WORKS
Rochester_} New York 14603 University Avenue iOOO

V. St. A.

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kegeln oder HyperboloidwRädern mit Bogenverzahnung mittels eines das Werkstück spanlos verformenden Werkzeugs

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Kegel« oder Hyperboloid«Rä« dern mit Bogenverzahnung durch spanlose Verformung des Werkstücks, beispielsweise mittels einer Gesenkpresse oder mittels eines Walzwerks.

Die beiderseitigen Flanken eines jeden Zahnes eines derartigen Zahnrades sind bei Betrachtung in Aohsenriohtung verschieden stark geneigt. Dementsprechend haben die beider» eeitigen Zahnprofile, längs derer eine zum Zahnrad gleich» achsige Zylinderflache die Zahnflanken durchdringt, ungleioh große Neigungen zur Achse des Zahnrades» Wenn das der span» ° losen Verformung dienende Werkzeug, z. B. das Preesengesenk, ein· tranalatoriaohe Veriohubbewegung relativ zu» Werketüok n> in dessen Aohsenriohtung erfährt, dann nähern tion die bei«· ^ den Flanken elnee jeden Zahnes de· Werkzeuge dem zu verfor« «enden Werkstoff mit verschieden großen Vorsohubgeeohwindig« ** Patentanwalt» Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtich.-Ing. Axel Hanimann, Dipl.-Phyi. Sebaitian Herrmann

tO I MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · T«hjfon: 281202 · Tilieramm-Adr Upqtl!/München

Bay«r. Vereinibank Münthin, Zweigst. Oikar-von-Millcr-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Postiduck-Kontoi Munchan Mr. 163397 Opp.n 111er ÖufO: PAiEMrAMWALf DR. REINHOLD SCiMSOT

keiten. Die in ihrer Längsrichtung konvexe Zahnflanke eines jeden Werkzeugzahnes nähert sich nämlich dem zu verformenden Werkstoff wesentlich langsamer als die in Längsrichtung konkave Flanke. Diese konkave Flanke preßt pro Zeiteinheit daher mehr Werkstoff fort als die andere Flanke. Dadurch entsteht ein erhebliches Drehmoment zwischen dem Gesenk und dem Zahnrad. Auch ist die verformende Wirkung auf die beiderseitigen Zahnflanken sehr ungleich·

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, dieses Drehmoment zu verringern und die verformende Wirkung zu ver» bessern. Ferner soll sich das Verfahren auoh in solchen Fäl« len anwenden lassen, in denen das Zahnprofil, längs dessen eine gleichachsige Zylinderfläche die Zahnflanken durchdringt, auf der einen Seite der Zahnlücke eine negative Neigung hat und aus diesem Grunde durch eine rein axiale translatorische Vorschubbewegung nicht geformt werden kann. Eine solche nega— tive Profilneigung haben manche Hyperboloid-Zahnräder, bei denen die Achsen des Zahnradpaares um einen großen Abstand zueinander versetzt sind.

Auch soll das Walzwerk nach der Erfindung so ausgestal« tet sein, daß eine Verzerrung des Werkstücks vermieden oder auf ein Mindestmaß verringert wird.

Die Erfindung sei nachstehend anhand einiger bevorzugter AusfUhrungsbeispiele erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen

Fig. 1 einen Grundriß eines Kegelrades, dessen Bogenzähne zum Teil sohematisch wiedergegeben sind, Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Zahnrad im Aufriß, Fig. 3 das in Fig· 1 gezeigte Zahnrad in Seitenansicht,

Fig. k das Zahnprofil, längs dessen eine zum Zahnrad gleiohachsige Zylinderfläohe die Zahnflanken durchdringt, wobei diese Zylinderfläohe abgewickelt ist, und zwar unter Darstellung eines Werkzeugzahnes vor Erreichen der vollen Eingriffstiefe während der in Aohsenriohtung translatorisch erfolgenden Vorsohubbewegung,

Fig. 5 eine der Fig. k entsprechende Darstellung von Werkzeug und Werketüok, wobei die relative Vorschubbewegung zwischen Werkzeug und Werkstuok schraubenförmig erfolgt,

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Pig.6 eine der Pig« 5 entsprechende Darstellung, wobei die eine Zahnflanke einer jeden Zahnlücke des Werkstücks ein negativ geneigtes Profil hat,

Pig. 7 eine Gesenkpresse nach der Erfindung, teilweise im Schnitt,

Pig. 8 schematisch ein Walzwerk, dessen Werkzeug ein Wälzkörper ist, der sich auf dem Werkstück abwälzt und da« bei in volle axiale Eingriffstiefe gelangt ist,

Pig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Darstellung der Anfangslage des Wälzkörpers bei Beginn des Walzvorganges, Fig. IO das Walzwerk teilweise im Schnitt und

Fig. 11 einen Teil Grundriß eines Tellerrades mit Bogen« verzahnung, das mit dem Walzwerk der Fig. 10 herstellbar ist.

Das in Fig. 1 im Grundriß gezeigte Tellerrad 8 hat eine bogenförmige Spiralverzahnung 10, die nur anhand ihrer Teil-« kegellinien dargestellt ist. Errichtet man an einer mittleren Stelle P der auswärtsgerichteten Zahnflanke eine Lotrechte, dann ist diese in den Fig. 1, 2 und 3 durch die Linie 11 wie« dergegeben. Diese Zahnflanke ist diejenige, die der Länge nach konvex gestaltet ist. Die Normale 11 verläuft geneigt zu einer Ebene 12, die den Teilkegel des Zahnrades 8 berührt, wobei der Neigungswinkel der Eingriffswinkel der Verzahnung ist. Die Normale 11 bildet einen viel kleineren Neigungs-« winkel mit einer Ebene 13 (Fig. 3), die rechtwinklig zur Zahnradachse 9 verläuft. Dieser kleinere Neigungswinkel ist in Fig. 3 mit lh bezeichnet. Dieser Winkel l*t stellt auch die Neigung des· Zahnflankenprofils 16 dar, längs dessen die Zylinderfläche 15, die gleichachsig mit der Zahnradachse 9 verläuft, die Zahnflanken durchdringt. Gemeint ist damit die Neigung des Zahnflankenprofils l6 zur Achsenrichtung· Die Neigung des Profils 17 der gegenüberliegenden Flanke ist viel größer.

Der Unterschied dieser beiden Neigungswinkel der Profile 16 und 17 ist bei Hyperboloid»»Zahnrädern noch größer. Spiralkegelräder, bei denen die Achsen eines Zahnradpaares einander schneiden, haben ungefähr gleiche Eingriffswinkel für beide Flanken eines jeden Zahnes mit Bezug auf die Ebene 12. Bei

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Hyperboloid-Tellerrädern ist im allgemeinen der Eingriffs— winkel der in ihrer Längsrichtung konvexen Zahnflanken wesentlich kleiner als der Eingriffswinkel der in ihrer Längsrich— tung konkaven Zahnflanken. Das kann in manchen Fällen dazu führen, daß die Neigung des Profils l6* der in Längsrichtung konvexen Zahnflanken, Fig. 6, negativ wird.

Der Unterschied der Neigungswinkel der beiderseitigen Zahnflanken der Bogenzähne ist auch ersichtlich, wenn man das Tellerrad 18 gemäß Fig. 11 in Achsenrichtung betrachtet. Dann nämlich sind die in Längsrichtung konvexen Zahnflanken 20 kaum zu sehen, während die in Längsrichtung konkaven Zahnflanken 21 in voller Breite zu sehen sind.

Wenn nun die Zahnflanken des zum spanlosen Herausarbeiten der Verzahnung verwendeten Werkzeugs 19 mit einem trans— latorischen Vorschub in Achsenrichtung auf das Werkstück 8 vorgeschoben werden, wie es Fig. k zeigt, dann wird an der Zahnflanke 17 viel mehr Werkstoff verdrängt als an der Zahnflanke 16. An der Zahnflanke 17 übt der Werkstoff daher einen viel höheren Druck aus. Das führt aber dazu, daß ein erhebliches Drehmoment um die Achsenrichtung zwischen Werkzeug und Werkstück entsteht und daß der Werkstoff an den beiden Zahnflanken eines jeden Werkzeugzahnes verschieden stark fließt. Um diesem Mangel abzuhelfen, findet nun der relative Vorschub zwischen Werkzeug und Werkstück in der geneigten Richtung des Pfeiles 9^f, Fig. 51 statt. Dadurch wird der Werkstofffluß verbessert und das vom Werkstoff ausgeübte Drehmoment verringert oder beseitigt. Der Vorschub erfolgt also schraubenförmig längs der Achse 9 des Werkstücks 8, Er setzt sich also aus einer Verschiebung in Richtung der Achse 9 und aus einer Drehung um die Achse 9 zusammen,

Fig. 6 läßt erkennen, wie sich auf diese Weise das Verfahren so ausgestalten läßt, daß man auf spanlosem Wege eine Verzahnung formen kann, bei der die Neigung des Profils i6·, Fig. 6, negativ ist.

In Fig. 7 ist schematisch eine Gesenkpresse veranschaulicht, die mit Einrichtungen für den schraubenförmigen Vor·· schub ausgerüstet ist. Dabei wird dieser Vorschub dem Gesenk 19 erteilt, und zwar schraubenförmig mit Bezug auf die Achse

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des Gesenkes 19, die mit der Achse 9 des Werkstücks 8 zusam« menfällt. Gleichachsig zur Achse 9 ist ortsfest der hydraulische Preßzylinder 25 angeordnet, Sein Kolben 26 und der Stern« pel 27 werden formschlüssig auf einer schraubenförmigen Bahn geführt. Zu diesem Zweck trägt der Stempel ein sohrägverzahn« tes Stirnrad 28, das an dem Stempel starr befestigt ist und mit einem ortsfesten innen schrägverzahnten Zahnrad 30 in Eingriff steht. Die Einrichtungen zum formschlüssigen Herbei« führen der Schraubenbewegung können jedoch auch anders ausge-· staltet sein.

Das Gesenk 19 ist auf der Stirnfläche des Zahnrades 28 befestigt. Es hat eine kegelförmige Hohlfläche mit einer Ver« zahnung, die das Gegenstück der fertigen Verzahnung des Werk« Stücks 8 darstellt. Am Gesenk 19 ist ein mittleres Stück 31 befestigt, das die inneren Enden der Zähne des Werkstücks und die Kopf flanke 32 des Zahnradflansoh.es bildet.

Die äußeren Enden der Zähne und die Rückseite des Werk« Stücks 8 werden von einem Teil 33 gebildet, der gleichachsig zur Achse 9 angeordnet ist und eine Nabe Jk hat. Die Mittel« bohrung des Werkstücks wird von einer Stange 35 gebildet, die sich in der Nabe 34 befindet und in ein vorgeformtes Looh greift. Das Teil 33 ruht auf dem Bett 36. Sowohl das Teil 33 als auch die Stange 35 werden beim Preßvorgang ortsfest gehalten. Um das Werkstück nach seiner Fertigstellung auszustoßen, wird das Teil 33 in Achsenriohtung vorgeschoben, während die Stange 35 ortsfest gehalten wird. Das Bett 36 ist mit dem obe« ren Ende des Preßzylinders 25 durch starke Zuganker 38 verbun« den.

Es 1st denkbar, daß sioh ein schraubenförmiger Vorsohub auch ohne formschlüssige Führung durch eine Drehung des Werk« stücke erreichen läßt, die stattfindet, während das Gesenk einen rein axialen Vorschub erfährt und das sioh dabei das Werkstück mit Gleitbewegung um seine Aohse dreht, angetrieben durch das vom Werkstoff ausgeübte Drehmoment, wenn dieses eine gewisse Grenze überschreitet. Wegen des hohen axialen Druckes und des hohen Reibungskoeffizienten würde dazu aber ein sehr großes Drehsument erforderlioh werden« Erfolgt der sohraubenföreige Vorsohub aber formschlüssig, dann kann nioht nur das Drehmoment niedrig gehalten werden, sondern dann wird

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auch das Werkstück zuverlässig festgehalten. Das ist besonders dann wichtig, wenn der Preßvorgang mit mehreren Hüben ausgeführt wird.

In den Fig. 8 « 10 ist veranschaulicht, wie sioh die Erfindung beim Walzen des Werkstücks anwenden läßt.

' Fig. 8 zeigt ein Werkstück 40, das in vollem Eingriff mit einem sich auf ihm abwälzenden Walzkörper 41 steht, das die Gestalt eines Tellerrades hat, dessen Achse 43 die Achse 42 des Werkstücks im Ort 44 der Kegelspitze schneidet. Der Kopfkegelwinkel des Walzkörpers 41 kann verhältnismäßig groß sein. Es kann sich bei diesem Walzkörper auch um ein Planrad handeln.

Vorzugsweise werden das Übersetzungsverhältnis und der von den Achsen 42, 43 gebildete Winkel so bemessen, daß sich die Momentanachse 45 der Relativbewegung längs der Zahnkopf— fläche des Walzkörpers oder doch dicht an dieser Fläche erstreckt. Wie man das erreichen kann, ist dem Fachmann geläufig. Der Abstand dieser Momentanachse 45 von der Zahnkopffläche des Walzkörpers soll höchstens ein Viertel der Zahnlükkentiefe auf der ganzen Zahnlänge erreichen.

Das bedeutet in anderen Worten, daß das Zähnezahlverhält— η is und der Winkel der Achsen 42, 43 so gewählt werden, daß die Zahnkopffläche des Walzkörpers sich auf der Fußkegelfläche des Werkstüoks abwälzt, wenn der Wälzkörper die volle Eingriffstiefe gemäß Fig. 8 erreicht hat. Dies führt zu einer Abwälzberührung im Zahnlüokengrund, wo der höohste Druck herrscht, und verringert in diesem kritischen Bereich den seitlichen Sohlupf auf ein Mindestmaß.

Bei Beginn des Wälzvorganges vor dem Herausarbeiten der Verzahnung erstreokt sich die glatte Kegelfläohe 46* des Werkstüoks im Inneren der endgültigen Verzahnung, also mit Bezug auf Fig· 8 oberhalb der Kopfkegelfla'ohe 46 der fertigen Verzahnung, Fig· 9 zeigt den Wälzkörper 41 in derjenigen Lage mit Bezug auf das Werkstüok, in der der Walzvorgang beginnt. Während nun bei dem bekannten Walzverfahren der relative Vorsohub längs der Achse 43 de· Wälzkörper* stattfindet oder allgemein gesproohen in einer Richtung, die ungefähr recht«

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winklig zur Teilkegelfläche des Werkstücks 40 verläuft, ge« langt bei der neuen Ausgestaltung des Verfahrens ein Vor« schub zur Verwendung, der in der Richtung der Achse 42 des Werkstücks 40 stattfindet. Dabei verbleibt die Momentanachse 45 fest mit Bezug auf die Achse 43 des Wälzkörpers und erstreckt sich längs der Zahnkopffläche des Walzkörpers 41» Der Eingriff zwischen Werkstück und Walzkörper stellt also eine Abwälzbewegung ohne Schlipf dar« Dabei drücken sich die Zähne des Walzkörpers 41 gerade in das Werkstück ein.

In Fig. 10 sind das Werkstück 18 und der Walzkörper 50 in der gegenseitigen Stellung wiedergegeben, die sie ein« nehmen, wenn der Walzvorgang beendet ist. Das Werkstück 18 ist an einem topfförmigen Körper 51 befestigt, der auf einem Kopf 52 des Preßstempels 53'drehbar gelagert ist. Dieser drehbaren Lagerung dienen ein Rollenspurlager 5^ und ein Querlager 55. Der Vorschub des Stempels 53 in Richtung der Werkstückachse 56 erfolgt hydraulisch.

Der topfförmige Körper 51 hat auf seiner Außenfläche schraubenförmige Keilnuten 57, die in schraubenförmige Keil« leisten eingreifen, welche auf der Innenseite einer Nabe 5& eines Zahnrades 60 vorgesehen sind. Dieses Zahnrad 60 ist auf dem ortsfesten Maschinengestell 6l durch Lager 62, 63 drehbar gelagert und kämmt mit einem Zahnkranz 64, der den Walzkörper 50 gleichachsig umgibt und mit diesem auf einem Kopf 65 befestigt ist, der an einer Werkzeugspindel sitzt, die um ihre Achse 66 umläuft.

Der das Zahnrad 60 tragende Plansch hat auf seinem äuße« rein Umfang eine Stirnradverzahnung 68, die dem Antrieb dient.

Im Betrieb erfährt das umlaufende Werkstück 18 einen Vorschub in Richtung auf den umlaufenden Walzkörper 50» wo« bei dieser Vorschub eine Schraubenbewegung um die Achse 56 darstellt. Diese Sohraubenbewegung wird formschlüssig durch die Keilführung 57 herbeigeführt. Handelt es sioh bei der Spiralverzahnung des Werkstücks 18 um eine rechtsgängige Verzahnung, dann verlaufen auch die schraubenförmigen Keilnuten rechtsgängig. Sie verlaufen linksgängig, wenn die Spiralverzahnung des Werkstücks linksgängig ist.

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Das Verfahren ist keineswegs auf eine Ausführung beschränkt, bei der das Werkstück im Ausgangszustand eine glatte Kopfkegelfläche hat. Denn das Verfahren ist auch auf Werkstücke anwendbar, die bereits verzahnt sind und deren Zähne durch die spanlose Verformung geschlichtet werden.

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Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zum Herstellen von Kegel« oder Hyperboloid« Rädern mit Bogenverzahnung mittels eines das Werkstück span« los verformenden Werkzeugs, das zur Einwirkung auf das Werk« stück durch Vorschub in dessen Achsrichtung bis in eine End*· stellung gebracht wird, in der es der Verzahnung des Werkstücks die endgültige Gestalt gibt, dadurch gekennzeichnet, daß wan« rend des axialen Vorschubes eine relative Drehung zwischen Werkzeug (19, 50) und Werkstück (8, 18) um die Werkstückachse (9, 56) herbeigeführt wird, wobei diese Drehung für eine reohtsgängige Verzahnung im Uhrzeigersinn und für eine links» gängige Verzahnung im Gegenuhrzeigersinn erfolgt.
2. 2. Verfahren naoh Anspruoh 1, bei welchem man als Werk« zeug ein Gesenk verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Gesenk (19) beim Vorschub in Richtung auf das Werkstück (8) formschlüssig eine Schraubenbewegung um die Werkstückach« ■· (9) erteilt.
3. 3. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Werkzeug (50) und Werketüok (18) während dee Vor·οhub·· •ioh aufeinander abwälzen.
4. 4. Verfahren »men Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daft dae Abwälzen duroh Umlauf des Verketuoke (18) um eelne Ach·· (56) Md de· Werkzeuge (50) um seine Aohee (66) er··

   Patentanwalt· D}pl.-fng. Martin Licht, Dift-WtA.ing. Axfl ftanimann, Dipl.-Phyi. Sebaitlan Herrmann

   PATENTANWALT DR. REIN HOLD SCHMIDT

   folgt, wobei sich diese Achsen schneiden und die Momentanach-, se (45) der Abwälzbewegung dicht an der Zahnkopffläche des Werkzeugs verläuft und von dieser einen Abstand von höchstens einem Viertel der Zahnlückentiefe über die ganze Zahnlänge hin aufweist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Momentanachse 45 der Abwälzbewegung in derjenigen Richtung erstreokt, in der in einem axialen Schnitt das Profil der Zahnkopffläche des Werkzeugs verläuft.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schraubenförmige relative Vorschub um die Achse (42, 56) des Werkstüoks erfolgt.
7. 7. Gesenkpresse zum Ausführen des Verfahrens nach An« spruch 1 mit einem Gesenk, dessen Bogenverzahnung auf einer kegelförmigen Hohlfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Freßgesenk (19) befestigter Preßstempel (27), der längs der Achse (9) der Hohlkegelfläche verschiebbar ist, durch einen formschlüssigen Antrieb (28, 30) während seines Vorschubes längs dieser Achse (9) um diese Achse drehbar ist.
8. 8. Walzwerk zum Ausführen des Verfahrens naoh Anspruch 1 mit einem sioh auf dem Werkstück abwälzenden Walzkörper (50), der längs eines Kreises mit einer Bogenverzahnung versehen und um seine Achse (66) drehbar gelagert ist, welche die Achse (56) des ebenfalls drehbar gelagerten Werkstücks (18) schneidet, gekennzeichnet duroh ein Vorschubwerk (57, 58), das während des relativen Vorsohubes längs der Werkstuokaohse (56) eine relative Drehung um diese Achse zwischen dem Walzkörper (50) und den Werkstück (18) hervorruft.

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