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Vorrichtung zum Herstellen von Verzahnungen an Zahnrädern, Vielnutwellen,
kerbverzahnten Wellen od.dgl. durch spanlose Formgebung Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Zahnrldern, kerbverzahnten Wellen u.dgl.
durch spanlose Pormgebung, indem Abrollwerkzeuge verformens auf ein Werkstflck einwirken.
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Es ist bekannt, zum genauen Fertigbearbeiten roh vorgearbeiteter Zahnräder
zwangsläufig angetriebene, zahnradförmige Werkzeuge zu benutzen, die dauernd mit
dezit Werkstück abrollen und hierbei gegenüber dem Werkstück in axiale Richtung
verschoben werden, so daß das überschüssige Material der zu bearbeitenden Flachen
des Werkstücks durch die Kanten oder Flanken der Werkzeugaähne verteilt und weggedrückt
wird.
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Bei diesem bekannten Verfahren ist es notwendig, die Zahnräder roh
vorzuarbeiten. Ferner werden beim axialen Vorschieben des
Werkstückes
an den Kanten der Werkzeugzähne Späne abgehoben.
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Man hat auch schon Rändel- oder Kerbverzahnung im Wälzverfahren hergestellt,
indem Abrollwerkzeuge, die an ihrem Umfang mit eine entsprechenden Zahnung versehen
sind, radial zrun Werkstück zugestellt wurden. Bei diesem Verfahren müssen die Werkzeuge
einen relativ grossen Durchmesser haben und die so erzeugten Zähne können nur eine
sehr geringe Höhe haben, da sonst die zu Beginn der Bearbeitung hergestellten Zähne
bei weiterer, radialer Zustellung der Werkzeuge wieder von den Abrollwerkzeugen
zerdrückt werden. Diese Erscheinung beruht darauf, daß sich beim radialen Zustellen
der Werkzeuge der Teilkreisdurchmesser von Abrollwerkzeug und Werkstück ändert und
damit auch der Abrollumfang um das Maß # x Zustellweg kleiner wird.
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Zum spanlosen Herstellen der Zahnung an Zahnrädern, Vielnutwellen
oder kerbverzahnten Wellen im Wälz- oder Abroliverfahren ist eine Vorrichtung bekannt,
aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 924 067, bei der mindestens zwei mit gleicher
Zahnteilung versehene, kegelradförmige Walzwerkzeuge, deren Drehachsen gegenUber
der Achse des Werkstückes geneigt sind, an einem zylindrischen WerkstUck dauernd
abrollen und hierbei das Werkstück gegentiber den Werkzeugen in axialer Richtung
verschoben wird und die dadurch g e k e n n z e i c h n e t ist, daß die Drehachsen
der Werkzeuge zur Achse des Werksttickes derart geneigt sind, daß der Abstand der
Kopfkegel der Werkzeuge
von der Achse des Werkstückes im Bereich
der grossen Kegelraddurchmesser etwas grösser ist als der halbe Durchmesser des
Werkstückes und der -Abstand der Kopfkegel der Werkzeuge von der Achse des Werkstückes
im Bereich der kleinen Kegelraddurchmesser etwa dem halben Grundkreisdurchrnesser
der herzustellenden Zahnung entspricht, und der Abstand der Grundkegel von der Achse
des Werkstückes an den kleinen Kegelraddurchmesser etwas grösser ist als der halbe
Kopfkreisdurchmesser der herzustellenden Zahnung, so daß bei Beginn des Wälzverfahrens
die Kante an der Stirnfläche des Werkstückes im Bereich der grossen Regelraddurchmesser
gegen Zahnköpfe der Werkzeuge stösst und bei weiterer Bearbeitung das von den Zähnen
der Werkzeuge verdrängte Material in die Zahnlücken der Werkzeuge gedrückt wird.
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Auf diese Weise ist ein kontinuierliches und spanloses Herstellen
einer Zahnung bzw. eines Zahnradproflles möglich. Die Umfangsgeschwindigkeiten der
arbeitenden Bereiche der Werkzeuge entsprechen trotz der unterschiedlichen Eindringtiefe
der Zähne stets den Umfangsgeschwindigkeiten der sich verformenden Bereiche des
Werkstücks.
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Die Abrollwerkzeuge haben eine Kegelform, bei der der Kegelmantel
um einen relativ kleinen Winkel 6 I insbesondere zwischen 5 und 250 von einem Zylindermantel
abweicht. Die Abrollwerkzeuge werden so angestellt, daß das Kleinerwerden des Kopf-
und Grundkreisdurchmessers der kegelradförmigen Werkzeuge dem Kleinerwerden
des
Teilkreisdurchmessers des Werkstücks entspricht.
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Mit dieser Vorrichtung ist zwar ein spanloses Herstellen von Zahnrädern
möglich, jedoch genügt die Oberflächenbeschaffenheit und Maßgenauigkeit, insbesondere
der Zahnköpfe, nicht höchsten Ansprüchen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung zu schaffen,
mit der auch Zahnungen mit höchsten Ansprüchen an Maßgenauigkeit und Oberfllchenbeschaffenheit
spanlos im kalten Roll- oder Wälzverfahren hergestellt werden können.
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Ausgehend von der zuletzt beschriebenen bekannten Vorrichtung, bei
der mindestens zwei mit gleicher Zahnteilung versehene, kegelradförmige Walzwerkseuge,
deren Zahnungsprofil an der Auslaufseite, d.h., im Bereich des kleinen Kegelraddurchmessers
da herzustellenden Zahnungsprofil der Werkstücke entsprechen, an eine zylindrischen
Werkstück dauernd abrollen und hierbei das Werkstück gegenüber den Werkzeugen in
axialer Richtung verschoben wird, wobei im Bereich des kleinen Kegelraddurchmessers
der Abstand der Kopfkegel der Werkzeuge von der Achse (A) des Werkstückes etwa dem
halben Grundkreisdurchmesser (G) der herzustellenden Zahnung und der Abstand der
Grundkegel der Werkzeuge von der Achse (A) des Werkstückes etwa dem halben Kopfkreisdurchmesser
(K) der herzustellenden Zahnung (Z) entspricht, wird diese Aufgabe erfindungsgemlss
dadurch gelöst, daß der
größte Durchmesser des Grundkegels an der
Einlaufseite etwa dem Mittelwert (M) zwischen dem kleinsten Durchmesser des Grundkegels
und dem des Kopfkegels an der Auslaufseite entspricht und die kegelradartigen Zähne
entlang einer vom Grundkegel an der Einlaufseite bis zum Kopfkegel an der Auslaufseite
sich erstreckende Rotationsfläche abgeschnitten sind.
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Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung werden also zunächst die Zahnköpfe
aus den Stangenaaterial des Werkstückes entsprechend dem Fertigprofil herausgedrückt
und erst am Ende des Roll- oder Wälzvorganges werden die Zahnlücken des Werkstückes
auf das Fertigprofil gebracht. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß während des
Rollvorganges außer den Verformungskräften keine zusätzlichen Querkräfte auf das
Werkzeug und auf das Werkstück ausgetibt werden. Auch werden Verwerfungen und Aufschüipungen
oder Gratbildungen vermieden.
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Zweckmässigerweise ist die Erzeugende der Rotationsfläche eine Kurve,
deren Neigung zur Werkzeugachse vom Wert O bis zu eine Maximalwert steigt. Um eine
möglicht günstige Materialverschiebung zu erreichen, steigt die Neigung vom Wert
0 bis zum Maximalwert entsprechend der Abnahme der Werkzeug-Zahnbreite.
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Dadurch, daß erfindungsgemäss bei einem kegelradähnlichen Werkzeug-Rohling
die Zihne entlang einer vom Grundkegel an der Einlaufseite bis zum Kopfkegel an
der Auslaufseite sich erstrockende Rotationsfläche abgedreht bzw. abgeschnitten
sind, sind die
in das Werkstück drückenden Zähne des Werkzeugas
an der Einlaufseite erheblich breiter als an der Auslaufseite. Damit ein günstiger
Materialfluß erreicht wird, müssen die Zahnlücken im Bereich der Auslaufseite stärker
nach außen vorspringen als im Bereich der Einlaufseite.
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Die erfindungsgemässen Rollwerkzeug-Rohlinge werden in einfacher Weise
dadurch hergestellt, daß das Profil der Zahnlücken an der Auslaufseite des Werkzeuges
über die Breite des Werkzeuges bis zur Einlaufseite des Werkzeuges hin durchgearbeitet
ist, so daß die Sohle der Zahnlücken in gleicher Breite vom kleinsten Durchmesser
des Grundkegels zum größten Durchmesser des Grundkegels verläuft. während die Rücken
der Zahnköpfe von der Auslaufseite sur Einlauseite hin breiter werden.
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In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht der erfindungsgemässen Rollvorrichtung
Mit der Anordnung des Werkstücks und derfWerkzeuge bei der Bearbeitung, Pig. 2 eine
Teilansicht auf die Werkzeug. und das Werkstück nach Fig 1, Fig. 3 eine Seitenansicht,
teilweise geschnitten, eines Werkzeugen Rohlings,
Fig. 4 eine Seitenansicht,
teilweise geschnitten, eines aus dem Werkzeug-Rohling nach Fig. 3 hergestellten
Rollverkzeuges, Fig. 5 eine Draufsicht auf den Werkzeug-Rohling nach Fig. 3, Fig.
6 eine Draufsicht auf das Rollwerkzeug nach Fig. 4, Fig. 7 eine Draufsicht auf die
Auslaufseite eines Werkzeugen Rohlings, Fig. 8 eine Draufsicht auf die Auslaufseite
eines aus da Rohling nach Fig. 7 hergestellten Rollwerkseuges, Fig. 9 eine Seitenansicht,
teilweise geschnitten, des Werkzeugen Rohlinge nach Fig. 7, Fig. 10 eine Seitenansicht,
teilweise geschnitten, des Rollwerkzeuges nach Fig. 8.
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Goilss Fig. 1 wird das zylindrische Werkstück 1 gegenüber den Rollwerksaugen
2 axial vorgeschoben. Die Werkzeuge 2 sind kegelradförnige Walzen, die um Achsen
3 drehbar im Werkzeughalter 4 gelagert sind. Die Zahnung Z des bearbeiteten Werkstückes
1' entspricht im wesentlichen der Zahnung an der Auslaufseite 5 der Rollwerkzeuge
2. Der Ausgangsdurchmesser des unbearbeiteten Werkstücks 1 entspricht ungefähr dem
Mittelwert M zwischen da Kopfkreisdurchmesser K und dem Grundkreisdurchmesser G
beziehungsweise dem Teilkreisdurchmesser der herzustellenden Zahnung Z.
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Die Werkzeuge 2 sind einander genau gegenüberliegend angeordnet, und
zwar derart, daß der Abstand der Grundkegel -11 der Werkzeuge 2 an der Einlaufseite
6 etwa dem Ausgangsdurchmesset des Werkstücks 1 und damit dem Teilkreisdurchmesser
(M) der herzustellenden Zahnung Z entspricht. Der Abstand der Kopfkegel lo der Werkzeuge
2 an der Auslaufseite 5 entspricht etwa dem Grundkreisdurchmesser G der herzustellenden
Zahnung Z.
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Damit das Werkstück 1 zwischen die Rollwerkzeuge 2 einlaufen kann,
sind die Werkzeug-Zähne im Bereich der Einlaufseite 6 bis auf den Grundkegel 11
weggeschnitten.
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Die Rollwerkzeuge 2 sind aus Werkasug-Rohlingen 2' hergestellt, die
in den Fig. 1 und 3 gestrichelt eingezeichnet sind. Die Fig. 3 und 5 sowie 7 und
9 zeigen ebenfalls Werkzeug-Rohlinge 2' aus denen die erfindungsgemässen Rollwerkzeuge
2 hergestellt werden, in dem die Zähne entlang einer sich vom Kopfkegel 10 an der
Auslaufseite 5 bis zum Grundkegel 11 an der Einlaufseite 6 sich erstreckenden Rotationsfläche,
die von einer Erzeugenden 7 gebildet ist, abgeschnitten sind.
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Die Drehachse A des Werkstückes 1 und die Drehachsen 3 der Werkzeugt
2 verlaufen parallel zueinander. Der Grundkegel 11 hat an der Einlaufseite 6 einen
Abstand von der Achse A des Werkstücks, welcher der Bälfte des Ausgangsdurchmessers
des Werkstücken 1 und des Teilkreisdurchmessers des hergestellten Zahnrades entspricht.
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Die Erzeugende 7 verläuft im Bereich der Einlaufseite 6 zunächst fast
parallel zu den Drehachsen der Werkzeuge 2 und des Werkstückes und hat ihre stärkste
Neigung an der Auslaufseite 5. Die Stirnfläche des Werkstückes 1 stößt beim axialen
Vorschieben zunächst im Bereich der Einlaufseite 6 gegen die bis zum Grundkegel
11 abgeflachten Zahnrücken 15. Dabei werden im Werkstück 1 die Zahnköpfe der herzustellenden
Zahnung herausgedrückt.
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Der Verlauf der Erzeugenden 7, die am Werkzeug die Zahnlücken 1S
bildet,
ist so gewählt, daß der Abrollradius vom Beginn des Rollvorganges bis zu seine Ende
konstant ist, so daß die Umfangsgeschwindigkeiten der arbeitenden Bereiche der Werkzeuge
trotz der unterschiedlichen Eindringtiefe der Werkzeug-Zähne gleich den Umfangsgeschwindigkeiten
der sich verformenden Bereiche des Werkstückes ist.
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Bei der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 6 sind die Werkzeuge 2 zur
Herstellung einer Kerbverzahnung geeignet. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß das Profil
der Zahnlücken 14 an der Auslaufseite 5 des Werkzeuges über die Breite des Werkzeuges
entlang einer Mantellinie des Grundkegels 11 zur Einlaufseite 6 des Werkzeuges 2
hin gleichbleibend durchgearbeitet ist, so daß die Zahnlücken 15 am Werkzeug-Rohling
2' von der Auslaufseite 5 zur Einlaufseite 6 hin breiter werden.
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Das Rollwerkseug nach den Fig. 7 bis lo ist zur Herstellung eines
Getriebe-Zahnrades bestimmt. Die breiten~ZahnrUcken 15 im Bereich des Einlaufs 6
drücken aus dem Stangenmaterial des Werkstückes zunächst die Zahnköpfe heraus und
erst im letzten Teil des Rollvorganges wird im Werkstück das Profil der Zahnlücken
gedrückt.
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Den Rollwerkzeugen 2 können Glättwerkzeuge unmittelbar nachgeschaltet
werden. Diese Glättwerkzeuge haben ein fertiges Zahnprofil, welches die Aufgabe
hat, Unebenheiten am Werkstück 1 zu
glätten. Im Werkzeughalter
4 sind zweckmässigerweise zwei, drei oder vier Werkzeuge 2 gelagert. Die miteinander
arbeitenden Werkzeuge 2 können über miteinander kämmende Zahnräder so gekuppelt
sein, daß die Zähne der Werkzeuge stets genau in die vom jeweils anderen Werkzeug
hergestellten Eindrückungen im Werkstück 1 eingreifen.
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Ferner kann bei der erfindungsgemässen Vorrichtung entweder das Werkstück
oder ein oder mehrere Werkzeuge oder sowohl das Werkstück als auch die Werkzeuge
angetrieben werden. Es ist auch möglich, nur den Werkzeughalter 4 anzutreiben, sofern
dieser um die Achse A des Werkstücks 1 drehbar gelagert ist.