DE2819701A1

DE2819701A1 - Verfahren und vorrichtung zum rollen von verzahnungen

Info

Publication number: DE2819701A1
Application number: DE19782819701
Authority: DE
Inventors: Irven Harold Culver; Oleg Szumber
Original assignee: Southwestern Industries Inc
Current assignee: Southwestern Industries Inc
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1978-12-07
Also published as: GB1592025A; FR2391790A1; US4132098A; CH628540A5; JPS53147654A

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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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 r_ß 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

N_n D_n

Im Falle der Zahnrollvorrichtung 10 besteht für die Vorgelegeräder 13 und 14 jedoch die folgende Beziehung:

Formel

N_n . D_{T n}
(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

Ansprüche

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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