DE2819701A1 - Verfahren und vorrichtung zum rollen von verzahnungen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum rollen von verzahnungenInfo
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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- B21H5/00—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms
- B21H5/02—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms with cylindrical outline, e.g. by means of die rolls
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Description
SOUTHWESTERN INDUSTRIES, INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates California,
5880 Centinela Avenue, Los Angeles, California 90045 (Y. St. A.)
Verfahren und Vorrichtung zum Rollen von Verzahnungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nebst Vorrichtungen zur Herstellung von Verzahnungen, insbesondere zum
Kaltrollen von fertigen Zahnradzähnen in eine "jungfräuliche", d.h. im wesentliche glatte Oberfläche
eines Zahnradrohlings relativ großen Durchmessers unter" Verwendung einer Fonnrolle, deren Zähne den in dem Zahn«-
radrohling zu formenden Zähnen identisch und zugeordnet sind.
Die deutsche Offenlegungsschrift 2439420 beschreibt ein Verfahren nebst Vorrichtung zum Formen von vollständig
fertigen Zähnen in eine glatte Oberfläche eines Zahnradrohlings lediglich durch Kaltverformung. Im
Sinne der Offenlegungsschrift 2439420 und der vorliegenden Erfindung ist eine glatte Oberfläche die
mit Zähnen zu versehende Oberfläche des Zahnradrohlings vor dem Beginn des Kaltrollens, die weder mit rudimentären
Zähnen (wie z.B. bei zum Zahnradfräsen alternativen Zahnrollprozessen) noch die Teilung zwischen benachbarten
— zu formenden Zähnen anzeigenden Vertiefungen oder anderen Merkmalen versehen ist. Die deutsche Offenlegungsschrift
2439420 beschreibt das Kaltrollen von Zahnrädern sowohl
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für ausreichend kleine Zahnräder, die sich in einer Centerless-Zahnrollvorrichtung formen lassen, als auch
für relativ größere Zahnräder, die eine ausreichende eigene strukturelle Festigkeit besitzen, so daß sich
die Zahnrolloperation auf einer Drehbank oder einer Drehmaschine durchführen läßt. Die Erfindung betrifft
Zahnräder der letzteren Art, d.h., das Kaltformen von Zähnen in Zahnradrohlinge ausreichender Festigkeit,
für die die Anwendung der Centerless-Zahnrolltechnik nicht erforderlich ist.
Das in der deutschen Offenlegungsschrift 2439420 anhand Figur 1-3 beschriebene Verfahren nebst Vorrichtungen
zum Kaltrollen von großen Zahnrädern ist voll wirksam; bei der Anwendung dieses Verfahrens und
dieser Vorrichtungen muß jedoch der Zahnradrohling sehr präzise gefertigt sein. Der Durchmesser des Zahnradrohlings
muß äußerst präzise festgelegt sein; wenn ein Zahnradrohling nur geringfügige Über- oder Untergröße
besitzt, werden entweder zu viel oder zu wenige Zähne erzeugt, oder es werden Zähne mit beträchtlichen Ungenauigkeiten
erzeugt. Präzisionsfertigungen sind teuer, bedingt sowohl durch die zu ihrer Ausführung erforderliche
Maschinenzeit, als auch durch die an die Arbeiter mit der erforderlichen Geschicklichkeit zu zahlenden,
vorherrschenden Löhne, und durch die zu ihrer Ausführung erforderlichen Präzisionsmaschinen. Ein Hauptvorteil der
Verfahren zum Kaltrollen von Zahnrädern ist, daß sie nicht arbeitsintensiv und relativ schnell und daher billiger
als andere Zahnformverfahren sind. Die bei dem bei der deutschen Offenlegungsschrift 2439420 beschriebenen
Verfahren erforderliche Präzisionsfertigung der Zahnradrohlinge verzehrt jedoch wieder einen Teil des wirtschaftlichen
Vorteils.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren nebst Vorrichtungen zum Kaltrollen von Zähnen in Zahnradrohlinge
relativ großen Durchmessers vorzuschlagen, für das eine hochgradige Präzisionsfertigung der Zahnradrohlinge in
besondere im Hinblick auf ihren Durchmesser nicht erforderlich ist.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren nebst Vorrichtungen
gestattet die wirksame Formung von Zähnen in einen Zahnradrohling, der mit wesentlich geringerer Präzision
als bisher erforderlich gefertigt werden kann, ausschließlich in einer Kaltrolloperation. Das erfindungsgemäße
Verfahren nebst Vorrichtung ermöglicht es daher der Industrie, die wirtschaftlichen Vorteile des Kaltrollens
von Zahnrädern in der Getriebefertigung stärker zu nutzen.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Fahren nebst Vorrichtungen gestattet das Kaltrollen von Zähnen in eine glatte
Oberfläche eines rotierenden Zahnradrohlings aus Metall durch die kraftvolle Einwirkung einer profilierten Zahnformrolle
auf die glatte Oberfläche. Die Vorrichtung besitzt Einrichtungen zur drehbaren Befestigung des Zahnradrohlings
und der Zahnformrolle auf einer ersten bzw. einer zweiten Welle. Der Zahnradrohling oder die Zahn—
formrolle ist mit Antriebseinrichtungen gekuppelt, durch die sich der Zahnradrohling oder die Zahnformrolle in
Rotationsbewegung um ihre Mittellinie versetzen lassen. Eine der Wellen ist mit Vorschubeinrichtungen gekuppelt,
die, während der Drehbewegung des Zahnradrohlings oder der Zahnformrolle die eine Welle derart relativ zu der
anderen Welle bewegen, daß der Zahnradrohling und die Zahnformrolle so ausreichend kräftig miteinander zum
Eingriff gebracht werden, daß die Zahnformrolle Zähne kalt in den Zahnradrohling formt. Zwischen den Zahnrad-
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rohling und die Zahnformrolle sind Getriebeeinrichtungen derart gekuppelt, daß der Zahnradrohling und die
Zahnformrolle in Rotationsbewegung um ihre Mittelinien versetzt werden, wenn der Zahnradrohling oder die Zahnformrolle
angetrieben werden. Die Vorschubeinrichtungen und die Getriebeeinrichtungen sind zusammenwirkend relativ
zueinander so angeordnet, daß der Zahnradrohling und die Zahnformrolle um ihre Mittellinien rotieren,
bevor der Zahnradrohling und die Zahnformrolle in Eingriff kommen, und daß diese Rotationsbewegungen mit einem
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis geschehen, das durch die Getriebeeinrichtungen vorgegeben ist. Das Winkelgeschwindigkeit
sverhältnis ist,nachdem der Zahnradrohling und die Zahnformrolle miteinander in Eingriff gekommen
sind,während der Relativbewegung der Wellen zueinander konstant.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einiger in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen ausführlich
beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen vereinfachten, teilweise geschnittenen Aufriß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnrollvorrichtung;
Fig. 2 eine vereinfachte und stark vergrößerte fragmentarische Ansicht des Zusammenwirkens der Vorgelegeräder
der Zahnrollvorrichtung gemäß Fig.1;
Fig. 3 eine Tabelle geometrischer Beziehungen, die vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Zahnrollvorrichtung bestehen;
Fig. 4 eine vereinfachte fragmentarische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsge-·
mäßen Zahnrollvorrichtung.
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/ο
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform 10 einer erfindungsgemäßen Zahnrollvorrichtung. Die Zahnrollvorrichtung 10
enthält einen Zahnradrohling 11, eine Zahnformrolle 12, ein antreibendes Vorgelegerad 13 und ein mitlaufendes (angetriebenes)
Vorgelegerad 14. In Fig. 1 sind die Elemente 11, 12, 13 und 14 zusätzlich durch die Bezugszeichen
B, R, D und I gekennzeichnet, so daß sie sich leicht ansprechen und in Fig. 1 leicht lokalisieren lassen. Die
Umfangsoberflache des Zahnradrohlings 14 ist glatt; sie
ist die unverformte Oberfläche, in die die Zähne durch die Zahnformrolle 12 kalt eingerollt werden sollen.
Das antreibende Vorgelegerad 13 ist vorzugsweise integrales Bestandteil einer Welle 15, das in der Nähe eines Endes
der Welle 15 angeordnet ist. Das andere Ende der Welle ist so ausgeführt, daß es sich z.B. in der Antriebsspindel
einer Drehbank oder dem Spannfutter einer Drehmaschine derart befestigen läßt, daß es um seine Mittellinie 16
Rotationsbewegungen ausführen kann. Die Mittellinie 16 ist eine fixierte Mittellinie in der Zahnrollvorrichtung
Das antreibende Vorgelegerad 13 wird von einem Bund gebildet, dessen Durchmesser größer ist als der Basisdurchmesser der
Welle 15; dieser Bund ist in der Nähe einer Stirnfläche der Welle 15 angeordnet. Von der Stirnfläche 17 aus erstreckt
sich ein Gewindezapfen 18 entlang der Mittellinie Der Zahnradrohling 11 besitzt eine axiale Bohrung, so daß
er sich auf den Gewindezapfen 18 aufschieben und mittels einer Unterlegscheibe 19 und einer auf den Gewindezapfen
aufgeschraubten Mutter 20 fest gegen die Stirnfläche 17 der Welle 15 klemmen läßt. Auf diese Weise ist der Zahnradrohling
11 in fester Relation zum angetriebenen Vorgelegerad 13 auf der Welle 15 befestigt, so daß der Zahnradrohling
11 und das antreibende Vorgelegerad 13 als eine Einheit um die Mittellinie 16 rotieren. Falls beim
Einsatz von Zahnradrohlingen größeren Durchmessers als
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2 0 '\ Γ' Γ^ Π 1
in Fig. 1 dargestellt gewünscht wird, kann ein Mitnehmerstift aus der Stirnfläche 17 herausragen, um in
eine geeignete Bohrung des Zahnradrohlings einzugreifen.
Die Zahnformrolle 12 und das angetriebene Vorgelege 14 bilden eine um eine Tragwelle 21 drehbar gelagerte Einheit;
die Welle 21 besitzt eine Mittellinie 22. Die Zahnformrolle 12 und das angetriebene Vorgelegerad 14 sind vorzugsweise
in an entgegengesetzten Enden einer Welle 23 relativ großen Durchmessers angeordneten Bunden geformt.
Die Welle 23 besitzt eine axiale Bohrung 24, die an ihren entgegengesetzten Enden durch Eindrehungen 25 erweitert
ist. In jeder der Eindrehungen 25 ist ein Radiallager 26 und ein Axiallager 27 derart angeordnet, daß die Axiallager
27 entlang der Welle 21 aus den Eindrehungen 25 herausragen, so daß sie an Druckbunden 28 anliegen.
Die Druckbunde 28 sind in der Nähe der entgegengesetzten Stirnflächen der Welle 23 auf der Welle 21 befestigt.
Die Radiallager 26 tragen die Welle 23 drehbar auf der Welle 21, während die Axiallager 27 Bewegungen der Welle
23 axial entlang der Welle 21 verhindern.
Die Welle 21 ist zwischen den Schenkeln eines Joches 29 gelagert. Der dem angetriebenen Vorgelegerad 14 benachbarte
Jochschenkel ist mittels einer Schwalbenschwanzschiene 31 verschieblich an einem Support 30 befestigt;
die Schwalbenschwanzschiene 31 ist mit einer geeigneten, sich senkrecht zur Mittellinie 22 in dem Jochschenkel
erstreckenden Schwalbenschwanznut im Eingriff. Die Schwalbenschwanzschiene 31 ist senkrecht zur Mittellinie
angeordnet, so daß die Mittellinie 22 parallel zur Mittellinie 16 ist; dadurch ist die Mittellinie 22 nur translatorisch
(d.h., immer parallel zur Mittellinie 16) auf die Mittellinie 16 zu und yon der Mittellinie 16 weg
bewegbar. Durch die Vorschubbewegung der Mittellinie 22
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auf die Mittellinie 16 zu kommen zunächst die Vorgelegeräder 13 und 14 miteinander in Eingriff und danach die
Zahnformrolle 12 mit dem Zahnradrohling in Eingriff. Dabei kann der Weg der translatorischen Bewegung der
Mittellinie 22 entweder ein geradliniger Weg oder ein bogenförmiger Weg sein; bei der Zahnrollvorrichtung 10
ist dieser Weg geradlinig.
Ein Vorschubantrieb 33 bewegt das Joch 29 in Richtung auf die Mittellinie 16 zu. Der Vorschubantrieb 33 fluchtet
mit einer der Mittellinie 16 entgegengesetzt angeordneten Stirnfläche 32 des Joches 29. Der Vorschubantrieb 33
ist vorzugsweise entlang einer Senkrechten zur Mittellinie 22 hin und her bewegbar, die die Mittellinie 22 mittig
zwischen der Zahnformrolle 12 und dem angetriebenen Vorgelegerad 14 schneidet. Der Vorschubantrieb 33 besitzt
an seinem dem Joch 29 benachbarten Ende eine Vertiefung 34 zur Aufnahme einer Druckfeder 35. Zu Beginn der Vorschubbewegung
des Antriebes 33 in Richtung auf die Mittellinie wird das Joch 29 mit einer Kraft gegen die Welle 15 gedrückt,
die durch die Zusammendrückung und die Steifigkeit der Feder 35 bestimmt wird. Danach liegt jedoch der
Antrieb 33 mit seiner Stirnfläche 36 an der Stirnfläche 32 des Joches 29 an, so daß die Position des Joches 29 relativ
zur Mittellinie 16 und die Eingriffskraft der Zahnformrolle 12 auf den Zahnradrohling 11 durch die Position
des Vorschubantriebes 33 bestimmt werden. Daraus ist offensichtlich, daß die Zahnrollvorrichtung 10 die in der
deutschen Offenlegungsschrift 2439420 beschriebene "Weichstart"-Eigenschaft besitzt. Während der Zahnroll··
operation mit der Zahnrollvorrichtung 10 wird auf diese Weise durch das Zusammenwirken der Vorschubgeschwindigkeit
des Antriebes 33 und der Winkelgeschwindigkeit des Zahnradrohlinges 11 um seine Mittellinie 16 die endgültige
Kaltroll-Eingriffskraft der Zahnformrolle 12 auf den
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Zahnradrohling 11 graduell über einige Umdrehungen
des Zahnradrohlings 11 aufgebracht.
Der Umfang der Zahnformrolle 12 ist mit mehreren Formzähnen
37 ausgerüstet. Die Formzähne 37 sind so geformt, daß sie sich mit den im Zahnradrohling 11 zu formenden
fertigen Zähnen paaren lassen. In Fig. 1 sind die Formzähne 37 als Schrägverzahnung dargestellt, d.h., jeder
Formzahn 37 streckt sich entlang einer Schraubenlinie um die Mittellinie 22. Es ist jedoch offensichtlich,
daß die Formzähne 37 auch als Stirnradverzahnung ausgebildet sein können, d.h., daß sich jeder Formzahn 37
zwischen den entgegengesetzten Stirnflächen der Zahnformrolle 12 parallel zur Mittellinie 22 erstreckt.
Vorzugsweise haben die Zahnformrolle 12 und das angetriebene Vorgelegerad 14 weitgehend gleiche Durchmesser. Die
Zahnformrolle 12 und der Zahnradrohling 11 haben vorzugsweise ungleiche Durchmesser; der Durchmesser der Zahnform—
rolle 12 ist vorzugsweise größer als der Durchmesser des Zahnradrohlings 11, wobei sich das Verhältnis der Durchmesser
der Zahnformrolle 12 und des Zahnradrohlings 11
einer irrationalen Zahl nähert. Dadurch kommen während des Zahnformvorganges individuelle Zahnformzähne 37 mit dem
Zahnradrohling 11 an verschiedenen Stellen entlang seines
Umfanges in Berührung, so daß Fehler der Formzähne 37 über die in den Zahnradrohling 11 geformten Zähne ausgeglichen
werden. Falls ein Fehlerausgleich jedoch nicht gewünscht wird, können der Zahnradrohling 11 und die Zahnformrolle
gleichen Durchmesser haben.
Der Durchmesser des Zahnradrohlings 11 ist geringer als der Durchmesser des antreibenden Vorgelegerades 13.
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Dadurch kommen die Vorgelegeräder 13 und 14 miteinander
in Eingriff, bevor die Zahnformrolle 12 infolge der Vorschubbewegung des Antriebes 33 die glatte Umfangsoberflache
des Zahnradrohlings 11 berührt. Dadurch rotieren der Zahnradrohling 11 und die Zahnformrolle 12 bereits
mit einem durch das Übersetzungsverhältnis der Vorgelegeräder 13 und 14 vorgegebenen Winkelgeschwindigkeitsverhältnis, wenn die Zahnformrolle 12 und der Zahnradrohling
miteinander in Berührung kommen.
In einer erfindungsgemäßen Zahnrollvorrichtung wirken die Vorgelegeräder und die Vorschubeinrichtungen zum Verschieben
der Mittellinien 22 und 16 relativ zueinander derart zusammen, daß das zum Zeitpunkt der ersten Berührung
zwischen der Zahnformrolle und dem Zahnradrohling bestehende Winkelverhältnis zwischen der Zahnformrolle und
dem Zahnradrohling sich während der weiteren Vorschubbewegung der Zahnformrolle· in Richtung auf den Zahnradrohling
nicht ändert. In der Zahnrollvorrichtung 10 werden diese Bedingungen im wesentlichen durch die Form der Zähne
der Vorgelegeräder 13 und 14 und auch durch die Zahnteilung
eines der Vorgelegeräder relativ zur Zahnteilung des anderen der Vorgelegeräder geregelt. Bei der Zahnrollvorrichtung
in Fig. 4 werden diese Bedingungen durch die Anordnung der Zahnformrolle und ihres Vorgelegerades
relativ zum Zahnradrohling und seines Vorgelegerades und durch die Art und Weise, in der die der Zahnformrolle zugeordneten
Antriebseinrichtungen die Mittellinie der Zahnformrolle realtiv zur Mittellinie des Zahnradrohling bewegen,
geregelt.
Wie in Fig. 1 und Fig. 2 im Detail gezeigt,besitzen das
antreibende Vorgelege 13 und das angetriebene Vorgelege mehrere Zähne 40 und 41 entlang ihres Umfanges. Da die
Formzähne 37 der Zahnformrolle 12 als Schrägverzahnung
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ausgeführt sind, bilden die Zähne 41 des angetriebenen
Vorgelegerades 14 ebenfalls eine Schrägverzahnung. Die
den Zähnen 37 und 41 zugeordneten Schraubenlinien haben die gleich Teilung und die gleiche Richtung um die Mittellinie
22. Dadurch wird verhindert, daß axiale Bewegungen der Zahnformrolle 12 entlang der Mittellinie 22 Änderungen
der momentanen Winkelgeschwindigkeit der Zahnformrolle
relativ zum Zahnradrohling 11 zur Folge haben. Da die
Zähne 41 eine Schrägverzahnung bilden, sind die Zähne 40 des antreibenden Vorgelegerades 13 ebenfalls als Schräg—
verzahnung ausgeführt.
Die Zähne 40 und 41 der Vorgelegeräder 13 und 14 haben einen effektiven Zahndruckwinkel von 0 auf ihre während
des Betriebes der Zahnrollvorrichtung 10 in Eingriff kommende Flanken. Mit anderen Worten, wie in Fig.2 dargestellt,
haben die Eähne 40 und 41 Sägezahnkonfugiration; die Zähne jecles Vorgelegerades besitzen eine Berührungsflanke 42, die unter Berücksichtigung der Schraubenform
der Zähne radial zur Mittellinie angeordnet ist. D.h., in jeder senkrecht zur Rotationsmittellinie eines
Vorgelegerades durch das Vorgelegerad verlaufenden Bezugsebene sind die Schnittlinien der Berührungsflanken
der einzelnen Zähne des Vorgelegerades mit der Bezugsebene radial zur Rotationsmittellinie des Vorgelegerades verlaufende
Linien. Jeder der Zähne 40 und 41 besitzt eine abfallende rückwärtige Flanke 43; die rückwärtige Flanke
ist keine Berührungsflanke. Die Zahnhöhe der Zähne 40
und 41 ist mindestens gleich der Summe aus (a) der Differenz zwischen den Radien des antreibenden Vorgelegerades 13 und des Zahnradrohlings 11 und (b) und der
Zahnhöhe der Formzähne 37. Diese Eigenschaft der Zähne 40 und 41 stellt sicher, daß sich das Verhältnis der
Winkelgeschwindigkeiten der Vorgelegeräder 13 und 14
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mit wachsendem kämmenden Eingriff des Vorgelegerades
in das Vorgelegerad 13 nicht verändert.
Die Sägezahnzähne der Vorgelegeräder 13 und 14 sind gemäß Fig. 2 vorzugsweise so angeordnet, daß sie miteinander
nur zum Eingriff kommen, wenn sie sich infolge der Rotation der Vorgelegeräder auseinanderbewegen.
Vorzugsweise ist nur eine minimale Anzahl der Zähne 40 und 41 miteinander im Eingriff. Daraus folgt, daß die
jeweils im Eingriff miteinander stehenden Zähne 40 und sich auf der "stromabwärts" gelegenen Seite einer die
Mittellinien 16 und 22 enthaltendenBezugsebene 44 liegen. Ferner ist, wie in Fig. 2 stark vergrößert dargestellt,
die Zahnkopfteiling d-j der Zähne 40 des antreibenden
Vorgelegerades 13 vorzugsweise größer als oder mindestens gleich der Zahnkopfteilung d£ der Zähne 41 des angetriebenen
Vorgelegerades 14. Diese Beziehung ist in Fig. 1 durch die Formel (1) dargestellt. Fig. 3 zeigt
die bereits erwähnten weiteren Beziehungen in Formel (2): die Kopfkreisradien des antreibenden Vorgelegerades r^
und des antreibenden Vorgelegerades rj sind ungleich,
und in Formel (3): der Radius r,, des antreibenden Vor—
gelegerades 13 ist größer als der Radius rß des Zahnradrohlings
11 vor Beginn der Kaltrolloperation zum Formen der Zähne in den Umfang des Zahnradrohlings 11.
Der Unterschied von dp und d.. z.B. über 4 Zähne gemessen
kann ungefähr 0,005 mm betragen. d2 = d^ ist zulässig;
dp kleiner als d^ ist jedoch nicht zulässig. Durch die
Einhaltung der Beziehung (1) wird sichergestellt, daß sich die Zähne der Vorgelegeräder 13 und 14 nicht mit
ihren Zahnköpfen oder ihren rückwärtigen Flanken 43 einander berühren; dadurch wird jede Änderung des
Phasenwinkels zwischen den Vorgelegerädern verhindert, nachdem sie zum Eingriff gekommen sind.
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Der Durchmesser des antreibenden Vorgelegerades 13 ist geringfügig größer als er nach dem zwischen den
beiden Vorgelegerädern 13 und 14 bestehenden Übersetzungs verhältnis sein sollte. Für korrekt bemessene Zahnräder
D und I besteht zwischen der Anzahl N ihrer Zähne und ihren Durchmessern D die folgende Beziehnungi
Formel
Nn Dn
Im Falle der Zahnrollvorrichtung 10 besteht für die
Vorgelegeräder 13 und 14 jedoch die folgende Beziehung:
Formel
Nn . DT n
(6): ^DD
(6): ^DD
Die Anzahl der Zähne der betreffenden Vorgelegeräder kann praktisch nicht geändert werden, da die Anzahl der
Zähne eine diskontinuierliche (periodische) Funktion der Zahnpaarung der Vorgelegeräder ist und eine Änderung der
Anzahl der Zähne eine Änderung des effektiven Übersetzungsverhältnisses bedeuten würden. Demgemäß werden die Durchmesser
der Vorgelegeräder 13 und 14 so bemessen, daß der Durchmesser des antreibenden Vorgelegerades 13 geringfügig
größer ist, als er zur Erfüllung der Formel (5) sein müßte. Durch diese bevorzugte geringfügige Überdimensionierung
des antreibenden Vorgelegerades 13 zusammen mit dem bevorzugten Verhältnis der Kopfkreisteilungen der Zähne
der Vorgelegeräder 13 und 14, Formel (1) , wird sichergestellt, daß die Vorgelegeräder 13 und 14 nur "stromabwärts"
von der Bezugsebene 44 miteinander in Berührung kommen. D.h. , diese Beziehungen stellen sicher, daß
während des dem Eingreifen der Vorgelegeräder 13 und 14
miteinander folgenden Vorschubes der Zahnformrolle 12 in Richtung auf den Zahnradrohling 11 keine Änderung des
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Phasenwinkels zwischen den Vorgelegerädern auftritt (weder augenblicklich noch anderweitig), wenn einmal
z.B. angenommen wird, daß die Vorgelegeräder gleiche Durchmesser statt wie bevorzugt ungleiche Durchmesser
besitzen.
Ferner wird gemäß Formel (4) in Fig. 3 der effektive Teilkreisdurchmesser des Zahnradrohlings 11 geringfügig
unterdimensioniert, d.h., der durch zerspanende Verformung oder anderweitig hergestellt Ausgangsdurchmesser
vor Beginn der Kaltrolloperation zur Herstellung der Zähne. D.h., der Zahnradrohling 11 ist geringfügig
unterdimensioniert gegenüber dem Durchmesser, den er haben würde, um die richtige Anzahl der durch die Zahnformrolle
aufzurollenden Zähne zu erzeugen, wenn in der Zahnroll— vorrichtung keine Vorgelegeräder vorhanden wären. Diese
Bedingung verhindert die Erzeugung von in falscher Richtung auf die Vorgelegeräder wirkenden Drehmomentenrückkoppelungen
zwischen dem Zahnradrohling und der Zahnformrolle; d.h., die Erzeugung von Drehmomentenrück—
koppelungen in einer Richtung, in der das angetriebene Vorgelegerad dazu neigen würde, das antreibende Vorgelegerad
zu führen. Yfenn der Zahnradrohling einen größeren Durchmesser hätte als seinen zum Kaltrollen von Zähnen
in einer Zahnrollvorrichtung ohne Vorgelegeräder, z.B. in einer Vorrichtung gemäß der Deutschen Offenlegungsschrift
2439420, erforderlichen theoretischen Durchmesser, würde die Drehmomentenrückkoppelung in der Vorrichtung
in einer Richtung auf die Vorgelegeräder wirken, in der das angetriebene Vorgelegerad 14 versuchen würde, das
antreibende Vorgelegerad 13 zu führen; dadurch würden die Zähne der Vorgelegeräder mit ihren abfallenden
rückwärtigen Flanken 43 statt mit ihren radialen vorderen
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Flanken 42 zum Eingriff kommen, wenn die Mittellinie 22 während der Vorschubbewegung des Vorschubantriebes 33
in Richtung auf die Mittellinie 16 bewegt wird. Durch die Neigung des angetriebenen Vorgelegerades, das antreibende
Vorgelegerad zu führen, wird der gewünschte Phasenwinkel-Synchronismus sowohl zwischen dem Zahnformrad und dem
Zahnradrohling als auch zwischen dem Zahnradrohling und den Vorgelegerädern zerstört.
Auf die angetriebene Welle 23 wird ein Bremswiderstand aufgebracht, so daß während der Zeit zwischen dem ersten
Eingriff der Vorgelegeräder miteinander und dem Eingriff der Zahnformrolle 12 mit dem Zahnradrohling 11 während
der Vorschubbewegung des Vorschubantriebes 33 sichergestellt ist, daß das Vorgelegerad 14 in Abhängigkeit von
der Rotation der Welle 15 immer von dem Vorgelegerad 13
angetrieben wird, und zu keiner Zeit dazu neigt, das Vorgelegerad 13 zu überholen. Der Bremswiderstand wird
durch einen zylindrischen Kunststoffzapfen 47 aufgebracht,
der in einer Bohrung 48 in dem der Zahnformrolle 12 benachbarten Arm des Joches 29 angeordnet ist. Der Kunststoffzapfen
47 wird von einer schwachen Druckfeder 49 gegen die benachbarte Stirnfläche der Zahnformrolle 12
gedrückt. Die Druckfeder 49 ist zwischen dem Kunststoffzapfen 47 und einem Gewindezapfen 50 angeordnet, der in
das der Zahnformrolle 12 abgewandte Ende der Bohrung 48 eingeschraubt ist.
Der Vorteil der Zahnrollvorrichtung 10 ist, daß sie die zulässigen Toleranzgrenzen des vorgefertigten Zahnradrohlings
11 beträchtlich erweitert, solange der tatsächliche Durchmesser des Zahnradrohlings 11 gemäß
Formel (4) in Fig. 3 kleiner ist als der theoretische Durchmesser.
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Fig. 4 zeigt eine alternative erfindungsgemäße Zahnformvorrichtung 51. Ein antreibendes Vorgelegerad
ist integrales Bestandteil einer Antriebswelle 53, wie anhand der Torrichtung 10 beschrieben. Ein Zahnradrohling
54 mit einer glatten ümfangsfläche, in die Zähne kalt
gerollt werden sollen, ist mittels einer Mutter 55 an einem Ende der Welle befestigt. Die Mutter 55 ist auf
einen Gewindezapfen 56 der Welle 53 aufgeschraubt. Der Gewindezapfen 56 erstreckt sich von einer Stirnfläche
der Antriebswelle 53 aus entlang der Mittellinie 57 der Antriebswelle 53. Der Zahnradrohling 54 wird von der
Mutter 55 und einer zwischen der Mutter 55 und dem Zahn— radrohling 54 angeordneten Unterlegscheibe 59 gegen die
Stirnfläche 58 geklemmt. Das dem Zahnradrohling 54 abgewandte Ende der Antriebswelle 53 ist mit einem geeigneten
Antriebsmechanismus verbunden, der die Antriebswelle 53 in Rotation um ihre Mittellinie 57 versetzt.
Eine angetriebene (mitlaufende) Welle 60 ist um eine
MitteMnie 61 drehbar. Die Mittellinie 61 ist relativ zur Mitellinie 51 bewegbar. Ein mit dem antreibenden
Vorgelegerad 52 kämmendes angetriebenes (mitlaufendes) Vorgelegerad 52 ist auf einer angetriebenen (mitlaufenden)
Welle 60 befestigt. Eine Zahnformrolle 63 ist so auf der angetriebenen Welle 60 befestigt, so daß sich ihr Umfang
durch die nachstehend beschriebene Bewegung der Mittellinie 61 relativ zur Mittellinie 57 mit dem Zahnradrohling
in Eingriff bringen läßt, pie Zähne der Vorgelegeräder 52 und 62 sind so ausgeführt, daß sie eine Schwenkbewegung
zwischen den Mittellinien 57 und 61 zulassen und eine Drehmomentenübertragung in beiden Richtungen ohne Flankenspiel
zwischen den kämmenden Zähnen gestatten.
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Gemäß Fig. 4 sind die Vorgelegeräder 52 und 62 mit einer Evolventenverzahnung 64 und 65 ausgerüstet.
Die Vorgelegeräder der Zahnrollvorrichtung 10 können jedoch nicht mit einer Evolventenverzahnung ausgerrüstet
werden, da evolventenförmige Zähne der Vorgelegeräder einen Schlupf (Verschiebung des Phasenwinkels)
des angetriebenen Vorgelegerades relativ zum antreibenden Vorgelegerad und damit auch einen Schlupf der Zahnformrolle
relativ zum Zahnradrohling erzeugen, wenn sie nur durch eine translatorisehe Bewegung der Rotationsmittel—
linien relativ zueinander in kämmenden Eingriff gebraucht werden. Um die durch wachsenden Eingriff von evolventenförmigen
Zähnen der Vorgelegeräder erzeugten Effekte in der Zahnrollvorrichtung 51 zu vermeiden, haben die Zähne
64 und 65 der Vorgelegeräder 52 und 62 einen festen Eingriffsgrad. Dies erfordert, daß die Mittellinie
während der Kaltformoperation der Zähne in den Zahnradrohling 14 durch die Zahnformrolle 62 in einer
Schwenkbewegung relativ zur Mittellinie 57 bewegt werden muß, wenn die Zahnformrolle 63 mit dem Zahnradrohling
zum Eingriff kommt und auch nachdem sie mit dem Zahnradrohling 54 zum Eingriff gekommen ist. Der Drehpunkt, um
den die Mittellinie 61 relativ zur Mittellinie 57 schwenkt, ist gemäß Fig. 4 ein Punkt 66. Der Drehpunkt
ist so angeordnet, daß das Zentrum der Kontaktfläche zwischen den Zähnen des antreibenden Vorglegerades
mit den Zähnen des angetriebenen Vorgelegerades 62 kämmt. D.h., der Drehpunkt 66 liegt auf einer Gelenkachse
die durch die Stelle läuft, an der sich die Teilkreise der Vorgelegeräder 52-und 62 tangieren.
Wenn die Formzähne 67 am Umfang der Zahnformrolle 63 als Schrägverzahnung ausgebildet sind, sind die Zähne
65 des angetriebenen Vorgelegerades 62 ebenfalls als
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2·
Schrägverzahnung mit der gleichen Zahnteilung und Schrägstellung (bezogen auf die Mitteillinie 61) wie
die Formzähne 65 ausgebildet; die Zähne des antreibenden Vorgelegerades 52 sind dann so ausgebildet, daß sie
einwandfrei mit den Zähnen 65 kämmen.
Aus den vorangegangenen Bemerkungen folgt, daß die Lagerung der angetriebenen Welle 60 drehbar um die Mittellinie
61 und die Mechanik zum Bewegen der Mittellinie 61 in Richtung auf die Mittelllinie 57 so angeordnet sind,
daß mindestens nach der ersten Berührung der Zahnformrolle 63 mit dem Zahnradrohling 54 eine Änderung des Eingriffsgrades der Vorgelegeräder 52 und 62 miteinander auftritt.
Das bedeutet, daß sich das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten der Zahnformrolle 63 und des Zahnradrohlings 54
zu keiner Zeit während des Eingriffs der Zahnformrolle 63 mit dem Zahnradrohling 54 ändert.
Bei der Zahnrollvorrichtung 51 ist es nicht erforderlich, die Formel (4) in Fig. 3 einzuhalten. Verglichen mit
der Zahnrollvorrichtung 10 gestattet die Zahnrollvorrichtung 51 ungefähr die doppelte Fehlertoleranz für den
Ausgangsdurchmesser des Zahnradrohlings. Bei der Zahnrollvorrichtung 51 kann der Ausgangsdurchmesser des Zahn—
radrohlings innerhalb angemessener Toleranzgrenzen über— oder unter- dimenioniert sein.
Es ist offensichtlich, daß die Zahnformrolle 63 und das angetriebene Vorgelegerad 62 im wesentlichen identische
effektive Teilkreisdurchmesser haben sollten, und daß der' Durchmesser des Zahnradrohlings 54 weitgehend gleich dem
Teilkreisdurchmesser des antreibenden Vorgelegerades 52 sein sollte.
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Ebenso wie die Zahnrollvorrichtung 10 gestattet die Zahnrollvorrichtung 51 eine Vorfertigung der Zahnrad—
rohlinge mit beträchtlich weniger Achtung auf die exakte Einhaltung des vorgegebenen Durchmessers des Zahnradrohlings,
als dies für die bisher bekannten Zahnradfertigungsverfahren erforderlich ist.
Der Fachmann wird erkennen, daß die Erfindung im Vorangegangenen anhand einer gegenwärtig bevorzugten geometrischen
Anordnung und einer alternativen geometrischen Anordnung der wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben worden ist. Es ist offensichtlich, daß die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur zwei
mögliche Ausführungsformen sind, und daß Modifikationen oder Variationen sowohl der beschriebenen strukturellen
Anordnungen als auch der zugehörigen Verfahren möglich sind. Z.B. kann die die Zahnformrolle tragende Welle
relativ zu der den Zahnradrohling tragenden Welle die angetriebene Welle sein; in diesem Fall wird der Zahnradrohling
relativ zu seinem theoretischen Durchmesser vorzugsweise geringfügig überdimensioniert. Dem gemäß beschränkt
sich die Erfindung selbstverständlich nicht auf die beschriebenen spezifischen strukturellen Anordnungen
und Verfahren.
Die Erfindung besteht also im wesentlichen in einem Verfahren nebst Vorrichtung, bei dem ein Vorgelege zwischen
eine Zahnformrolle und einen Zahnradrohling gekuppelt wird,in dessen glatte Oberfläche durch kraftvollen Eingriff
der Zahnformrolle in den Zahnradrohling Zähne kalt gerollt werden. Die Rotationsmittellinien des Zahnradrohlings und
der Zahnformrolle sind für den Vorschub der Zahnformrolle in den Zahnradrohling während des Kaltformens der Zähne
in den Zahnradrohling relativ zueinander bewegbar.
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Das Vorgelege ist im Zusammenwirken mit dem Vorschubantriebsmechanismus
so ausgeführt, daß die Zahnformrolle und der Zahnradrohling zum Zeitpunkt ihrer ersten Berührung
miteinander mit einem Winkelgeschwindigkeitsverhältnis rotieren, das während des Vorschubes der Zahnformrolle in
den Zahnradrohling während des Kaltformens der Zähne in den Zahnradrohling nicht geändert wird.
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Claims (15)
1.j Verfahren zum Rollen von Zahnradzähnen in einen
drehbaren metallischen Zahnradrohling durch unter Kräfteinwirkung herbeigeführten Eingriff einer geeignet
profilierten Zahnformrolle in den Zahnradrohling dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsmittellinien (16, -22) der Zahnformrolle (12) und
des Zahnradrohlings (11) derart relativ zueinander bewegt werden, daß die Zahnformrolle (12) unter
Krafteinwirkung in zahnformenden Eingriff mit dem Zahnradrohling (11) bewegt wird; daß die Zahnformrolle
(12) und der Zahnradrohling (11) relativ zueinander in einen ersten Kontakt miteinander bewegt werden
und diese Bewegung unter Krafteinwirkung fortgesetzt wird, wenn durch die Zahnformrolle (12) die
Zähne in den Zahnradrohling (11) geformt werden; daß die Zahnformrolle (12) und der Zahnradrohling
(11) derart in Rotation um ihre Mittellinien (16, 22) versetzt werden, wenn sie in die erste Berührung
miteinander bewegt werden, daß ein vorgegebenes Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten der Zahnformrolle
(12) und des Zahnradrohlings (11) zum Zeitpunkt der ersten Berührung eingestellt wird; und
daß das eingestellte Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten während der Fortsetzung der Bewegung
der Zahnformrolle (12) relativ zum Zahnradrohling
(11), während der die Zahnformrolle (12) die Zähne in den Zahnradrohling (11) formt, konstant
gehalten wird.
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2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung der Mittellinien (16, 22)
zueinander als reine Translationsbewegung der Mittellinien (16, 22) relativ zueinander durchgeführt
wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die in den Zahnradrohling (11)
zu formenden Zähne in eine glatte Oberfläche des Zahnradrohlings (11) gerollt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß die in den Zahnradrohling (11)
zu formenden Zähne mittels der Zahnformrolle (12) kalt gerollt werden.
5. Vorrichtung zum Rollen von ZahnradzMhnen nach dem
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 — 4 in einen drehbaren metallischen Zahnradrohling durch unter
Krafteinwirkung herbeigeführten Eingriff einer geeignet profilierten Zahnformrolle in den Zahnradrohling
dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnradrohling (11) und
die Zahnformrolle (12) drehbar um eine erste Mittellinie (16) und eine zweite Mittellinie (22) angeordnet
sind; daß Antriebseinrichtungen mit dem Zahnradrohling (11) oder der Zahnformrolle (12) gekuppelt sind, um
den Zahnradrohling (11) oder die Zahnformrolle (12)
in Rotationsbewegung zu versetzen; daß während der Rotationsbewegung des Zahnradrohlings (11) oder der
Zahnformrolle (12) eine der Mittellinien (22) durch Vorschubeinrichtungen (33) translatorisch relativ zur
anderen Mittellinie (15) bewegbar ist, um den Zahnradrohling (11) und die Zahnformrolle (12) ausreichend
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kräftig miteinander in Eingriff zu bringen, so daß die Zahnformrolle (12) Zähne in den Zahnradrohling (11)
formt; daß Getriebeeinrichtungen (13, 14) zwischen den
Zahnradrohling (11) und die Zahnformrolle (12) gekuppelt sind, die den Zahnradrohling (11) und die
Zahnformrolle (12) in Abhängigkeit von der Rotationsbewegung
des Zahnradrohlings (11) oder der Zahnform—
rolle (12) in Rotationsbewegung um ihre Mittellinien (16, 22) versetzen; daß die Getriebeeinrichtungen (13, 14)
aus einem ersten mit dem Zahnradrohling (11) verbundenen
Zahnrad (13), das mit dem Zahnradrohling (11) um die erste Mittellinie (16) rotiert, und einem zweiten
mit der Zahnformrolle (12) verbundenen Zahnrad (14) ,
das mit der Zahnformrolle (12) um die zweite Mittellinie (22) rotiert und das mit dem ersten Zahnrad (13)
kämmt, bestehen; daß die Zähne (40, 41) des ersten und des zweiten Zahnrades (13, 14) in ihrer Zusammenwirkung
so bemessen sind, daß das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten der Zahnräder (13, 14) um ihre
Mittellinien (16, 22) während des kämmenden Eingriffs der Zahnräder (13, 14) unabhängig vom Abstand der
Mittellinien (16, 22) relativ zueinander konstant ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet,
daß der Zahnradrohling (11) eine glatte Oberfläche besitzt,
in die die Zähne geformt werden; und daß der Zahnradrohling (11) in seiner die glatte Oberfläche
bestimmende Dimension geringfügig unterdimensioniert ist relativ zu der Größe die der Zahnradrohling (11)
haben müßte, um durch die Zahnformrolle (12) die korrekte Anzahl Zähne in den Zahnradrohling (11) zu
formen, wenn das erste und das zweite Zahnrad (13, 14) nicht vorhanden wären.
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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnformrolle (12)
so profiliert ist, daß ihr Umfang eine formgebende Schrägverzahnung (37) bildet; und daß das zweite
Zahnrad (14) eine Schrägverzahnung (41) mit der
gleichen Zahnteilung und der gleichen Zahnsteigung wie die formgebende Verzahnung (37) besitzt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 — ! 7 dadurch
gekennzeichnet, daß die Zähne (40, 41) des ersten und des zweiten Zahnrades (13, 14) so angeordnet sind,
daß jeweils nur ein Zahn eines Zahnrades (13) mit dem anderen Zahnrad(i4) in Eingriff ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8 dadurch
gekennzeichnet, daß die Eingriffsposition der kämmenden Zähne (40, 41) .der Zahnräder (13, 14) auf
der Austrittsseite von einer durch die Mittellinien (16, 22) laufenden Bezugsebene (44) liegt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 — 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (40, 41) Sägezahnform
besitzen; und daß jeder Zahn (40, 41) jedes Zahnrades (13, 14) eine weitgehend radial zur Mittellinie des
betreffenden Zahnrades angeordnete Berührungsflanke (42) und eine abfallende rückwärtige Flanke (43)
besitzt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-10 dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnkopfteilung (d^) zwischen
benachbarten Zähnen (40) des einen Zahnrades (13) größer ist als die Zahnkopfteilung (dg) zwischen benachbarten Zähnen (41) des anderen Zahnrades (14).
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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-11 dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des ersten
Zahnrades (13) größer ist als der Durchmesser des Zahnradrohlings (11); und daß das zweite Zahnrad (14)
und die Zahnformrolle (12) weitgehend gleiche Durchmesser besitzen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-12 dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnrad (13) relativ zum
anderen Zahnrad (14) ein antreibendes Zahnrad ist; und daß Bremseinrichtungen (47 - 50) mit dem angetriebenen
Zahnrad (14) gekuppelt sind, um zu verhindern, daß das angetriebene Zahnrad (14) das antreibende
Zahnrad (13) überholt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 — 13 dadurch
gekennzeichnet, daß der Zahnradrohling (11) oder die
Zahnformrolle (12) geringfügig von der Größe abweicht,
die zur Erzeugung der Anzahl der von der Zahnformrolle (12) in den Zahnradrohling (11) zu formenden Zähne
erforderlich wäre, wenn das erste und das zweite Zahnrad (13, 14) nicht vorhanden wären; und daß diese
Größenabweichung zum Übersetzungsverhältnis der Zahnräder (13, 14) in einem solchen Verhältnis steht, daß
das angetriebene Zahnrad in Abhängigkeit vom Eingriff der Zahnformrolle (12) mit dem Zahnradrohling (11) in
einer Drehrichtung um seine Mittellinie belastet wird, die verhindert, daß das angetriebene Zahnrad versucht
das andere Zahnrad zu führen.
15. Vorrichtung nach einem 4er Ansprüche 5-14 dadurch gekennzeichnet, daß die in den Zahnradrohling
(11) zu formenden Zähne mittels der Zahnformrolle (12) kalt gerollt werden.
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