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Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Zahnrädern.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern
insbesondere mit Schraubenverzahnung, bei dem ein mit einer Bohrung versehener Rohling
durch einen Preßstempel mittels eines die formende Gegenverzahnung aufweisenden
Extrusionswerkzeuges zum Zahnrad verformt wird.
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Bei einem aus der US-PS 3 605 475 bekannten Verfahren der vorgenannten
Art findet die Extrusion des Rohlings in radialer Richtung statt, so daß es also
zu einer Materialverdrängung
gegen die Bohrung hin kommt. Das hat
nachteilig zur Folge, daß wenigstens diese Bohrung des fertig extrudierten Zahnrades
noch besonders bearbeitet werden muß, um das Fertigmaß zu erhalten, wobei diese
Bearbeitung besonders unter dem Gesichtspunkt schwierig ist, daß die Bohrung des
Rohlings während der Extrusion eine ziemlich unregelmäßige Verformung erfahren kann,
so daß um die bereits dieserhalb schwer auffindbare Zentrierachse herum wechselnde
Materialmengen weggenommen werden müssen, um eine zentrierte Bohrung zu erhalten.
Dabei ist es dann auch meistens unerläßlich, auch die Verzahnung des Zahnrades noch
fertigzubearbeiten, also insbesondere die einzelnen Zähne auf das Fertigmaß zu stoßen
bzw. zu fräsen, wodurch die besonders auf der Kostenseite liegenden Vorteile des
Extrusionsverfahrens teilweise wieder rückgängig gemacht werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein solches Extrusionsverfahren
so weiterzubilden, daß nach der abgeschlossenen Extrusion des Rohlings das erhaltene
Zahnrad nicht mehr nachgearbeitet werden muß und also sofort verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zuerst in die
Bohrungen des Rohlings und des in dessen Achsverlängerung angeordneten Werkzeuges
ein das Fertigmaß der Bohrung des Zahnrades aufweisender Dorn des Preßstempels vorgeschoben
und dabei gleichzeitig mittels einer auf dem Dorn angeordneten Druckhülse eine für
eine teilweise Extrusion in die Zahnzwischenräume des Werkzeuges ausreichende axiale
Extrusionskraft auf den Rohling ausgeübt wird, und daß der Dorn und die Druckhülse
dann zurückgezogen und nach erfolgter Anordnung eines weiteren Rohlings wieder vorgeschoben
werden zur dann fertigen Extrusion des einen Rohlings und gleiohzeitigen Teilextrusion
des weiteren Rohlings.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also eine zweistufige Verformung
des Rohlings praktiziert, wobei an der zweiten Stufe ein weiterer Rohling teilnimmt,
um so gleichzeitig die erste Stufe seiner Verformung zu erfahren. Bei der Verformung
kommt es dabei zu einem in Achsrichtung verlaufenden Materialfluß, der durch den
in der Bohrung des Rohlings sitzenden Dorn eine entsprechende Abstützung in radialer
Richtung erfährt. Diese Abstützung steuert die während der Extrusion stattfindende
Materialverdrängung so, daß am fertig extrudierten Zahnrad nicht nur die Bohrung
ein dabei noch ziemlich eng toleriertes Fertigmaß aufweist, vielmehr auch die Verzahnung
dann bereits Fertigmaß hat und bis auf ein Plandrehen der Stirnflächen zur Beseitigung
an den einzelnen Zähnen axial vorstehender Extrusionsansätze keine weitere Nachbearbeitung
bedarf.
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Hierbei ist noch bezüglich des Dornes festzuhalten, daß dieser während
des Extrusionsprozesses mit einer bestimmten Teillänge über das die formende Gegenverzahnung
aufweisende Werkzeug axial vorsteht. Der Durchmesser der Bohrung wird folglich durch
die Hauptlänge des Dornes beeinflußt, die zu diesem Zweck entweder zylindrisch oder
aber auch leicht kegelförmig ausgebildet ist, wobei zweckmäßig ein Schaftdurchmesser
für diese Hauptlänge des Dornes verwirklicht ist, der etwas kleiner als das Fertigmaß
der Bohrung des fertigen Zahnrades ist. Dieses Fertigmaß wird dann durch ein am
Dornende ausgebildetes kreisförmiges Formteil erhalten, das also während des Extrusionsprozesses
außerhalb des Werkzeuges angeordnet ist und beim Zurückziehen des Dornes und der
Druckhülse eine Art glättende Wirkung auf die Wandung der Bohrung ausübt. Diese
glättende Wirkung findet insgesamt dreimal statt, nämlich zuerst bei dem erstmaligen
Zurückziehen des Dornes nach der Beendigung der ersten Stufe der Extrusion, dann
beim Vorschieben des Dornes zu Beginn der zweiten Stufe der Extrusion
und
schließlich nach dem dann wieder erfolgenden Zurückziehen des Dornes nach der Beendigung
der zweiten Extrusionsstufe. Durch diese dreimalige Glättung ist die vorerwähnte
Möglichkeit gegeben, dieses Fertigmaß der Bohrung des Zahnrades auch enger zu tolerieren,
verbunden mit der Erfüllbarkeit einer höheren Oberflächengüte. Es ist daher nicht
erforderlich, nach abgeschlossener Extrusion die Bohrung des somit fertigen Zahnrades
noch nachzuarbeiten.
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Bezüglich der Formgebung der eigentlichen Verzahnung ist davon auszugehen,
daß hierbei der axiale Materialfluß durch die Abstützung mittels des Dornes unterstützt
wird, denn der Dorn verhindert bis auf eine vernachlässigbar kleine Teilmenge, die
in dieser Größenordnung allerdings für gewisse Formgebungszwecke besonders am Zahngrund
gewünscht wird, einen Materialfluß in radialer Richtung. Durch den axialen Materialfluß
findet dann eine Materialverdrängung an dem im Außendurohmesser im wesentlichen
mit dem fertigen Zahnrad gleichen Rohling in die Vertiefungen der formgebenden Gegenverzahnung
des Werkzeuges statt, wobei im Falle einer Schraubenverzahnung der Rohling eine
gewisse Drehung um seine Achse erfährt, während er unter der Druokbeaufschlagung
der Druckhülse steht. Durch diese Relativdrehung wird die Genauigkeit gefördert,
mit der die Verzahnung an dem Rohling ausgebildet wird, so daß auch diesbezüglich
keine Nachbearbeitung anfällt.
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Was das eigentliche Extrusionswerkzeug anbetrifft, so sollte dasselbe
zweckmäßig aus drei Teilstücken bestehen, an derem mittlerem die formende Gegenverzahnung
ausgebildet ist und die insgesamt in der konischen Bohrung einer Spannhülse angeordnet
sind, welche ihrerseits in die konische Bohrung eines Spannringes eingesetzt ist.
Die formende Gegenverzahnung sollte zweckmäßig nur über eine kleine Teillänge die
volle
Zahntiefe des Fertigmaßes aufweisen, im übrigen aber mit einer
wenn auch genügend kleinen Hinterschneidung versehen sein, um den axialen Materialfluß
nicht zu bremsen. Im Ubrigen sollte diese Gegenverzahnung für die Erzielbarkeit
einer gewissen Zahnkorrektur ausgelegt sein, um das etwas elastische Verhalten des
Zahnrades beim Austritt aus dem Werkzeug entsprechend zu berücksichtigen. Die entsprechenden
Bemessungen, die insbesondere materialabhängig sind, werden dabei zweckmäßig empirisch
ermittelt.
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Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind
in den einzelnen Unteransprüchen erfaßt.
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Ein Ausführungabeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt
durch ein Werkzeug, mit dem ein unbearbeiteter, massiver Rohling vorbearbeitet wird,
Fig. 2 und 3 entsprechende Längsschnitte durch Werkzeuge, mit denen dieser Rohling
kalibriert und schließlich mit einer Bohrung versehen wird, Fig. 4 einen Längsschnitt
durch das Extrusionswerkzeug, mit dem der Rohling in zwei Stufen zum fertigen Zahnrad
geformt wird, und Fig. 5 bis 10 Ansichten der Teile, die nach einer jeweils abgeschlossenen
Stufe bei der Verformung eines massiven Rohlings (Fig. 5) zum fertigen Zahnrad mit
einer Sahraubenverzahnung (Fig. loB) erhalten werden.
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Bei dem Werkzeug gemäß Fig. 1 ist ein Spannring 10 verwirklicht, der
an seinem einen Ende eine konische Bohrung 12 hat, die sich an ihrem größeren Ende
in einer zylindrischen Bohrung größeren Durchmessers fortsetzt. In die konische
Bohrung 12 sind zwei Einsatzstücke 14 und 32 eingesetzt, während die zylindrische
Bohrung ein Einsatzstück 55 aufnimmt. Das EinsatzsOUck 14 hat eine Bohrung mit einer
am einen Ende ausgebildeten zylindrischen Führung 18 für einen Preßstempel 24, der
eine flache Stirnfläche 54 aufweist.
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Mit dieser flachen Stirnfläche 54 beaufschlagt der Preßstempel 24
den in die Restlänge der Bohrung des Einsatzstückes 14 eingelegten massiven Rohling
22, so daß dieser mit seiner anderen Stirnfläche durch die Spitze 28 eines Gegenstempels
26 verformt wird, der durch eine indas Einsatzstck 32 eingefügte Hülse 20 geführt
wird. Der nach dieser Bearbeitungsstufe erhaltene Rohling hat die in Fig.
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7 gezeigte gestauchte Form, bei der also in der einen angefasten Stirnfläche
eine zentrale Aussparung ausgebildet ist, die durch das Ende 28 des Gegenstempels
26 geformt worden ist, während die Anfasung durch das Zusammenwirken der Hülse 20
und des Einsatzstückes 52 geformt worden ist.
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Der Rohling wird dann in einem nächsten Werkzeug kalibriert, das in
Fig. 2 gezeigt ist und in seinem Aufbau im wesentlichen demjenigen gemäß Fig. 1
entspricht. Das eine Einsatzstück 36 hat wieder eine zylindrische Bohrung 40 zur
Führung des Preßstempels 42, der auch hier eine flache Stirnfläche aufweist, die
an dem Rohling 22 zur Beaufschlagung kommt.
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Die bei der Kalibrierung auftretenden Reaktionskräfte werden hier
hauptsächlich durch die Werkzeugteile 57 und 39 abgefangen. Mit dem in Fig. 3 gezeigten
Werkzeug wird an dem so kalibrierten Rohling die zentrale Bohrung ausgeformt, wobei
aber diese Bohrung ausweislich der Fig. 9 zuerst noch nicht vollständig über die
gesamte Axiallänge zur Ausbildung kommt.
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Das Werkzeug gemäß Fig. 5 hat ein Einsatzstück 48, das in eine zylindrischeBohrung
50 eines Spannringes 52 eingesetzt ist und selbst eine Zylinderbohrung 56 aufweist,
welche der Aufnahme des Rohlings 22 und auch der Führung einer Druckhülse 58 dient,
die an einem Stempel 60 angeordnet ist. Bei diesem Werkzeug findet ein rückwärtiger
Materialfluß statt, d.h. das Material wird entgegen der Bewegungsrichtung des Stempels
60 nach rückwärts verdrängt, so daß eine Art topfförmiger Rohling gebildet wird,
bei dem die Bohrung bodenseitig durch einen dünnen Boden 64 verschlossen ist. Dieser
Boden wird dann mittels des in Fig. 3a gezeigten Werkzeuges durchgestoßen, das ein
Einsatzstück 66 mit einer Zylinderbohrung 68 umfaßt, welches in die Zylinderbohrung
70 eines Spannringes 71 eingesetzt ist. Dieser Spannring 71 ist wie im übrigen auch
der Spannring 52 des Werkzeuges gemäß Fig.
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5 beweglich angeordnet und durch Federn 73 abgestützt, welchen Federn
55 bei dem Werkzeug der Fig. 3 entsprechen und welche beim Auswurf der Rohlinge
mitwirken. Im übrigen ist in Fig. 3a noch der das Durchstechen des Bodens 64 der
Bohrung des Rohlings bewirkende Stempel 78 in einer entsprechenden Druckhülse 80
angeordnet, die gemeinsam mit dem Stempel 78 in das Einsatzstück 66 vorgeschoben
wird, wenn durch das vordere Ende 76 des Stempels der Boden 64 des Rohlings im Zusammenwirken
mit einer an einer Stützhülse 72 ausgebildeten Scherkante abgeschert wird.
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Der mit einer Bohrung versehene Rohling gemäß Fig. 10 wird dann in
das Extrusionswerkzeug gemäß Fig. 4 eingelegt, das aus einem Spannring 82 besteht,
welcher praktisch wie bei dem Werkzeug der Fig. 1 eine konische Bohrung 84 aufweist,
die an ihrem größeren Ende in eine größer dimensionierte Zylinderbohrung übergeht.
In die konische Bohrung 84 ist eine Spannhülse 86 eingesetzt, welche drei Einsatzstücke
88, 90 und 92 aufnimmt, von welchen wenigstens das mittlere
Einsatz
stück 90 eine formgebende Verzahnung 22 hat, deren Zähne 100 eine zu Fig. 10 komplementäre
Ausbildung haben.
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Das Einsatzstück 92 hat eine zylindrische Bohrung, die zur Führung
einer Druckhülse 94 des Preßstempels 98 dient, der im übrigen noch einen Dorn hat,
welcher aus einem geradlinigen Abschnitt 105 besteht, an dessen Ende ein kreisförmiger
Formteil 104 ausgebildet ist. Mit diesem Dorn wird der Rohling während seiner beiden
Stufen der mit desem Werkzeug durchgeführten axialen Extrusion abgestützt, so daß
also das dabei durch die Druckhülse 94 verdrängte Material nur in Achsrichtung fließt,
dagegen nicht oder nur unwesentlich in Radialrichtung, wodurch die Bohrung auf Fertigmaß
bearbeitet wird, wenn der Dorn nach Beendigung der zweiten Stufe der Extrusion aus
dem dann fertigen Zahnrad wieder nach oben zurückgezogen wird. Zu diesem Zeitpunkt
ist dann bereits ein nächster Rohling entsprechend Fig. 10A teilweise extrudiert
und wird durch das Einsatzstück 90 gehalten, so daß bei diesem Zurückziehen des
Dornes durch den Formteil 104 die Bohrung dieses nächsten Rohlings bereits eine
erste Glättung erfährt, die dann noch zwei weitere Male wiederholt wird, wenn der
Dorn an diesem weiteren Rohling während der zweiten Extrusionsstufe zur Wirkung
kommt.