DE2720822A1

DE2720822A1 - Verfahren zum herstellen von gerade oder schraeg verzahnten maschinenelementen, insbesondere stirnzahnraedern, durch kaltumformen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2720822A1
Application number: DE19772720822
Authority: DE
Inventors: Ernst Grob; Hans Krapfenbauer
Original assignee: FA ERNST GROB; GROB ERNST FA
Current assignee: Ernst Grob AG
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1977-05-09
Publication date: 1978-01-12
Also published as: US4116032A; JPS6054131B2; CH609261A5; DE2720822C2; JPS533946A

Description

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemässe Vorrichtung weist ein Maschinengestell (auch Maschinenrahmen genannt) auf, an welchem alle relativ zueinander beweglichen Teile gelagert sind. Die Rollkopfträger 34 und 34' für die Rollköpfe 1 bzw. 2 sind so am Maschinengestell 35 starr befestigt, dass die Rollköpfe 1 und 2 vertikal zur Werkstückachse 81 verschieblich sind. Zur Bewerkstelligung dieser Schiebebewegung ist auf jedem Rollkopf 1 und 2 ein Aussengewinde 32 bzw. 32' vorgesehen, auf denen je eine an ihrem äusseren Umfang gezahnte Mutter 31 bzw. 31' durch je ein Verstellritzel 30 bzw. 30' über die Welle 29 synchron verstellbar ist. Damit die Muttern 31 und 31' am zugehörigen Rollkopfträger 34 bzw. 34' satt anliegen, ist jeder Rollkopf 1 und 2 mit einem im Maschinenrahmen 35 beweglichen Kolben 33 bzw. 33' verbunden, der in Richtung des in ihn eingezeichneten Pfeiles wirkt. Die Welle 29 kann entweder von Hand für eine bestimmte feste Einstellung gedreht werden, oder aber sie kann im Zuge des Walzens durch das Kopiergerät 24, welches die Kopierschablone 23 abtastet, fortlaufend während des Walzvorgangs verstellt werden, zu welchem Zweck das Kopiergerät mit einer Schubstange 25 verbunden ist, die an ihrem einen Ende eine Zahnstange 26 trägt, welche Zahnstange 26 ein Ritzel 26' antreibt, welches wiederum die Ritzelwelle 27 und damit das Winkelgetriebe 28 dreht, das seinerseits die Welle 30 der Zahnräder 30 und 30' antreibt. Man kann

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durch diese kontinuierliche Verstellbarkeit der Roll köpfe 1 und 2 sowohl eine gewollte Formänderung am gewalzten Zahnrad erzeugen, als auch der Bildung von ungewollten Formänderungen entgegenwirken. Dadurch nämlich, dass das Werkstück 4 zwischen den harten Pressstempeln 3 und vorgespannt iut, können eich scino den Prcoüutempeln 3 und benachbarten Teile nicht in gleicher Weise verformen wie der von den Pressstempeln 3 und 5 entferntere mittlere Bereich. Auch zwischen dem am Anfang des Walzvorganges bearbeiteten Teil des Werkstückes 4 und dem gegen Schluss des Walzvorganges bearbeiteten Teil des Werkstücks 4 können sonst Unterschiede eintreten.

Am Rollkopf 1 ist der Walzrollenträger 6 mit seiner Walzrolle 7 und am Rollkopf 2 der Walzenrollenträger 6^f mit seiner Walzrolle 7¹ gelagert, wobei die Rollenträger und 6' im Sinne der aif ihnen eingezeichneten Pfeile motorisch synchron umlaufend antreibbar sind, wobei die Walzrollen 7 und 7¹ in der weiter vorne beschriebenen Weise die Oberfläche des Werkstückes 4 bearbeiten, wie dies ausführlicher in der deutschen Patentschrift 1 016 222 beschrieben ist. Dabei wird bei jedem Umlauf der Walzrollenträger das Werkstück 4 in Fig. 1 von rechts nach links entlang der Werkstückachse 81 vorgeschoben und gleichzeitig im Sinne des in den Fig. 3 und 5 eingezeichneten Pfeiles um einen Zahn weitergedreht. Die Einzelangriffe der Walzrollen 7 und 7¹ erfolgen also je auf einer schraubenlinienartig

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um das Werkstück herum verlaufenden Bahn, die durch die Vorschubbewegung entlang der Werkstückachse 81 und durch die Drehbewegung 100 bestimmt ist.

Um die in Fig. 2 mit den Pfeilen P angegebene Vorspannung zwischen den Pressstempeln 3 und 5 zu erzeugen, wird wie folgt vorgegangen:

Der Pressstempel 5 ist über einen mit ihm drehfest verbundenen Pressdorn 9 und ein Drucklager 10 am Werkstückspindelstock 12 abgestützt. Der Werkstückspindelstock seinerseits ist durch die Vorschubspindel 15 über die Vorschubmutter 16 und den Vorschubantrieb 17 am Maschinengestell 35 abgestützt. Damit die vom Werk stück-Vorschubantrieb 17 über die Vorschubspindel 15 auf den Spindel-L-i. -Δ und von diesem über den Pressdorn 9 und den Pressstempel 5 auf das Werkstück 4 übertragene Längs-Vorschubbewegung entlang der Werkstückachse 81 sauber erfolgt, ist der Werkstückspindelstock 12 über Führungen 18 und 18* zusätzlich am Maschinengestell 35 gelagert.

Der Werkstückspindelstock 12 ist über die beiden Zuganker 19 und 19' starr mit dem Gegenhalter 20 verbunden, welcher auf Führungen 22 und 22' entlang der Werkstückachse 81 verschieblich im Maschinengestell 35 gelagert ist. Der mit dem anderen Pressstempel 3 verbundene Pressdorn 8 ist als Kolbenstange eines Hydraulikkolbens 21 ausgebildet, welcher im Gegenhalter entlang der Werkstückachse 81 ver-

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schieblich und um diese Werkstückachse 81 frei drehbar gelagert ist. Führt man in den Zylinder 21' Drucköl ein, so wird der Kolben 21 zusammen mit dem Pressdorn 8 und dem Pressstempel 3 im Sinne des Pfeiles P in Pig. I von links nach rechts bewegt und an das Werkstück 4 angepresst, welches in der beschriebenen Weise über den Pressstempel 5 am Maschinengestell 35 abgestützt ist. Die von der Werkstück-Vorschubspindel 15 her stammende Bewegung, welche schon beschrieben wurde, iut in Fig. 1 mit Pfeilen 101 am Werkstückspindelstock 12 und am Gegenhalter 20 gezeigt, um zu zeigen, dass diese beiden Teile durch die Zuganker 19 und 19' zur simultanen gleichgerichteten Bewegung verbunden sind, die somit auch auf das zwischen den Pressstempeln 3 und 5 eingespannte Werkstück 4 übertragen wird. Das Werkstück wird im Zuge der Bearbeitung daher von rechts nach links bewegt und befindet sich in Fig. 1 am Schluss der Bearbeitung. Durch dieses Vorgehen wird ein sauberer gerader Verlauf der Verzahnung erreicht, weil die schon früher beschriebene Verdrehung jenes Werkstückteiles, der gerade bearbeitet wird, gegenüber dem bereits bearbeiteten Werkstückteil auf diese Weise beim nicht angetriebenen Stempel 3 liegt, der sich gegenüber Anpressstempel 5 (in noch näher beschriebener Weise) teilweise verdrehen kann.

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Aus diesem Grunde ist auch der Rotationsantrieb des Werkstückes 4 über den Anpressstempel 5 bewerkstelligt, indem der Anpressstempel 5 mit dem Pressdorn 9 und dieser mit der Spindel 11 drehfest verbunden ist und über ein Teilgetriebe 13 (das hier sehr vereinfacht dargestellt ist) der Teilantrieb erfolgen kann, der durch das Winkelgetriebe 14 vom Rollkopfträger 6¹ über die Welle 14' synchron angetrieben werden kann. Natürlich können in diesem Antrieb genau wie im Vorschubantrieb stufenlos oder gestuft schaltbare Getriebe vorgesehen sein, um die Vorschubbewegung 101 und die Drehbewegung 100 des Werkstückes 4 richtig aufeinander abstimmen zu können. Diese Getriebemittel können in an sich bekannter Weise ausgebildet sein.

Anhand der Fig. 4 soll nun das Einspannen des Werkstückes näher beschrieben werden. Auf dein Pressdorn 9 befindet sich der Pressstempel 5» welcher einen Portsatz 50 aufweist, der in die Bohrung des noch rohen Werkstückes 4 mit Spiel eingeführt werden kann, wobei die Zentrierung hier durch einen Federring 51 erfolgt. Das Werkstück 4 wurde vor dem Aufsetzen auf denj?ortsatz des Pressstempels 5 entlang seiner Rohkontur 4" abgedreht, wobei sein dem anderen Pressstempel 3 zugewandtes Ende ringförmig gefast ist, wie dies in Fig. 4 bei 61 angedeutet wurde. Die genaue Zentrierung des Werkstückes

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gegenüber dem Pressstempel 5 erfolgt nun dadurch, dass ein Zentrierring 60 von links nach rechts an das Werkstück herangeschoben wird, mit der Ringfase 61 in Kontakt tritt und das Werkstück dadurch zentriert. Nun wird der zweite Pressstempel 3, welcher auf seinem Pressdorn 8 montiert ist, durch den hinsichtlich Fig. 1 genau umschriebenen Kolben 21 fest an das Werkstück 4 angepresst, so dass das Werkstück zwischen den Pressstempeln 3 und 5 vorgespannt wird. Damit das Werkstück 4 in dieser vorgespannten Stellung sauber und nicht verrückbar sitzt, weisen die beiden Pressstempel 5 und 3 ringförmig vorstehende Rippen 54 bzw. 54' vor, die in das Werkstück 4 eindringen. Radial gesehen ausserhalb dieser Rippen 54 und 54' entstehen die für die spätere Weiterbearbeitung des fertig gewalzten Werkstückes erforderlichen Bezugsflächen 80 im Zuge des Walzvorgangs. Die Flächen 80 sind vertikal zur Werkstückachse 81.

Da die beiden Pressstempel die in Pig. 5 gezeigte Kontur 3' bzw. 5' aufweisen, die ähnlich verzahnt ist wie die spätere Verzahnung des fertigen Werkstückes, die in Fig. 5 mit 4' angegeben wurde, ist es erforderlich,, dass die beiden Pressstempel 3 und 5 miteinander ausgerichtet sind. Um dieses Ausrichten zu bewerkstelligen, ist der Bolzen 43 über noch näher zu beschreibende Hülsen 40, 41 und 42 im Pressstempel 3 so federnd gelagert, dass er

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beim Anpressen des Pressstempels 3 an das Werkstück in die Bohrung 52 des Portsatzes 50 des Pressstempels eindringt, wenn die Verzahnung der Pressstempel 3 und miteinander übereinstimmt. Erst jetzt kommt der Pressstempel 3 voll zum Anliegen am Werkstück 4, wie dies bereits beschrieben wurde. Da nun aber, wie schon ausgeführt, durch den auf einer Schraubenlinie erfolgenden intermittierenden Angriff der Walzrollen 7 und eine gewisse Verdrehung des Werkstoffes und somit des Werkstückes 4 stattfindet, die sich bei den gezeichneten Grössenordnungen im Bereich von Millimeterbruchteilen hält, ist der Bolzen 43 über die Gummihülse 42, die zwischen den Hülsen 40 und 41 liegt, leicht elastisch gelagert, so dass er eine geringfügige Verdrehung des Pressstempels 3 gegenüber Pressstempel 5 zulassen kann. Dadurch ist der Ausgleich in der bereits beschriebenen Weise für eine gut ausgericht verlaufende Verzahnung gewährleistet.

Wie man in Fig. 5 sieht, ist es in den meisten Fällen erforderlich, die Kontur 3¹» 5¹ der Pressstempel 3, 5 etwas kleiner als die Kontur 4¹ der zu erzeugenden Verzahnung des Werkstücks 4 zu halten, damit die Walzrollen 7 und 7' ausreichend tief in den Werkstoff des Werkstückes 4 eindringen können, um diesem die Möglichkeit zu geben, in seine definiti -

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ve Form (die in Fig. 5 gezeichnet ist) etwas zurückzufedern. Diese etwas kleinere Kontur 3¹» 5' der Pressstempel 3 bzw. 5 ermöglicht es nun aber, dass eine geringe Menge Werkstoff in die Verzahnung der Pressstempel 3 und 5 beim Walzen der den Stirnflächen nahen Partien des Werkstückes 4 eindringt und Brauen bildet, die an der unteren rechten Ecke des Werkstückes 4 in Fig. 4 mit dem Zeichen 70 versehen sind. Diese Brauen können aber nach dem Ausstossen des Werkstückes 4 (nach beendetem Walzen und Wegfahren des Pressstempels 3) durch den Auswerfer 53 leicht entfernt werden. Es sind übrigens auch im Pressstempel 3 Auswerfer vorgesehen, die aber aus Gründen der Uebersichtlichkeit nicht besonders gezeichnet wurden.

Schon zum Entfernen der Brauen 70 erweisen sich die Bezugsflächen 80 , die schon öfter beschrieben wurden, als besonders nützlich, während sie zum Ausschleifen der Bohrung 90 des Zahnrades schlechthin unerlässlich sind. Sie schaffen die Möglichkeit der genauen Ausrichtung des Zahnrades auf den Weiterverarbeitungsmaschinen.

Die Bezugsflächen 80 sind in der Regel hochglänzend und kompakt, weil sie sich auf den Bereich der Werkstückflanken erstrecken, die an den Enden der Verzahnung

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und in deren unmittelbarer Nähe ist, also dort, wo der Werkstoff durch den Walzvorgang zum Fliessen gebracht wurde, so dass er an den entsprechend bearbeiteten gehärteten Flächen der Pressstempel die saubere Bezugsfläche 80 zu bilden vermag.

Patentanwälte

Dip»· -^|ηΠ· ^Ε· ^Eder hisc

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Claims

Patentanwälte / DIpI.-ing. E. Edef - JA - Dlpl.-Ing. K. Schieschke Mönchen 40, U;.3i^eLh:tr23o34 Patentansprüche

1./Verfahren zum Herstellen von gerade oder schräg verzahnten Maschinenelementen, insbesondere Stirnzahnrändern, durch Kaltumformen, dadurch gekennzeichnet , dass ein Einzelzahnrad-Werkstückrohling (4) während des Walzvorganges zwischen zwei Pressstempeln (3; 5) mit solchem Druck axial vorgespannt gehalten wird, dass unter Einwirkung des Walzvorganges zwischen den Pressstempeln und dem Werkstück Druckspannungen entstehen, die mindestens der Streckgrenze des Werkstück-Werkstoffes entsprechen, und dass durch die gleichzeitige Einwirkung der Vorspannkraft und des Walzvorganges an mindestens einer der beiden Stirnflächen des Werkstückes eine genau senkrecht zur Werkstückachse (81) stehende Stirnfläche (80) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am Werkstück zur Anlage kommenden Pressstempelflächen in Grosse und Form auf die Vorspannkraft abgestimmt werden.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Pressstempel mit einer der herzustellenden Werkstückverzahnung ähnlichen, gleich geteilten Verzahnungekontur (3'i 5¹) verwendet werden, deren Aussenabmessungen höchstens gleich gross wie die Aussenabmessungen der herzustellenden Verzahnungskontur (4¹) sind.

4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Pressstempel (3, 5) verwendet werden, die an ihrer mit dem Werkstück (4) in Berührung tretenden Fläche einen oder mehrere Vorsprünge, insbesondere eine ringartige Rippe, aufweisen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Verzahnung durch Kaltumformung des Werkstückes (4) das Werkstück entlang seiner Längsachse (81) vorgeschoben (101) und um diese Achse gedreht (100) und von aussen mit wenigstens einer ringartig profilierten Walzrolle (7» 7¹) bearbeitet wird, die in einem umlaufenden Rollkopf (1, 2) drehbar gelagert ist, wobei man mit jeder Walzrolle (7, 7¹) in auf die Zahnteilung und den Werkstückvorschub (100, 101) abgestimmter rascher Folge schlagartige Einzelwalζvorgänge im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufenden Richtungssinne durchführt, so dass mit der gleichen Walzrolle (7, 7¹) aufeinanderfolgend geführte

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Einzelwalzvorgänge auf einer durch den Werkstückvorschub (100, 101) bestimmten schraubenlinienförmigen Zone der Werkstückoberfläche in Umfangsrichtung nebeneinander gesetzt werden, und in Profillängsrichtung aufeinanderfolgende Einzelwalzvorgänge sich hinsichtlich ihres Angriffs am Werkstück überdeckend geführt werden, dergestalt, dass bei den Einzelwalzvorgängen Werkstoff entlang eines jeweils relativ kleinen Werkstücklängsabschnittes in hauptsächlich radialer Richtung verdrängt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzvorgang an jenem Werkstückende begonnen wird, welcher dem den Werkstückvorschub übertragenden Pressstempel (5) am nächsten ist und der andere Fressstempel (3) gegenüber dem antreibenden Pressstempel in einem begrenzten Bereich im Zuge des Walzens verdreht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustellung der Rollköpfe zum Werkstück im Zuge des Walzvorganges verändert wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum axialen Einspannen des Werkstücks (4) zwischen zwei Pressstempel (3 t 5) vorgesehen sind.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8 zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 3 und 5, bei welcher Mittel zum Verschieben des Werkstückes entlang seiner Längsachse und zum Drehen des Werkstückes um seine Längsachse, sowie wenigstens ein umlaufend antreibbarer Rollkopf und darin mindestens eine planetenartig gelagerte Walzrolle zur Bearbeitung des Werkstückes, und Mittel zur Abstimmung der Bewegungen von Werkstück und Walzrolle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einspannen des Werkstückes (4) in Axialrichtung an den Werkstückbewegemitteln vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Maschinengestell (35) ein durch Axialvorschubmittel (15, 16, 17) entlang der Werkstückachse (81) bewegbarer Spindelstock (12) beweglich gelagert (18, 18') ist, in dem eine mit einem Pressstempel (5) drehfest verbundene Spindel (11) um die Werkstückachse (81) drehbar gelagert ist, an welchem Spindelstock (12) ein Drucklager (10) für die Aufnahme von auf den genannten Stempel (5) entlang der Werkstückachse einwirkenden Druckkräften vorgesehen ist, welcher Spindelstock durch Zug anker (19, 19') mit einem Gegenhalter (20) starr aber mit diesem bewegbar verbunden ist, welcher G-egenhalter Pressmittel (21, 21·, 8) zum Bewegen des anderen Pressstempels (3) entlang der Werkstückachse (81) aufweist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Verstellmittel (23 bis 34') zum Regeln der Eingrifftiefe der Walzrollen (7, 7') ins Werkstück (4) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pressstempel (3, 5) in Arbeitsstellung durch einen im einen Stempel (3) in einer federnden Führung (40, 41, 42) verschieblich gelagerten Bolzen (43) ausgerichtet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein parallel und koaxial zum einen Pressstempel (3) auf den anderen Pressstempel (5) zu verschieblicher Zentrierring (60) zum Zentrieren des Werkstückes (4) beim Einspannen vorgesehen ist.

Patentanwälte

DIpI.-Ing. E. Eder

DIpI.-Inc·. K. Schier.jiikb

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