DE3149283A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von zahnraedern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von zahnraedern

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DE3149283A1
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DE19813149283
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Burkhart Dipl.-Ing. ETH 8023 Großhesselohe Grob
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GROB BURKHART DIPL ING ETH
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GROB BURKHART DIPL ING ETH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00Making machine elements
    • B21K1/28Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/30Making machine elements wheels; discs with gear-teeth

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Description

  • "Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung
  • von Zahnrädern" Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Zahnrädern durch spanlose Verformung eines Rohlings.
  • Die Herstellung von Zahnrädern erfolgt im allgemeinen durch spanabhebende Verformung, beispielsweise durch einen Fräsvorgang, wobei ein Werkzeug entsprechender Kontur aus aus einem Rohling die Zähne heraus arbeitet. Abgesehen vom Herstellungsaufwand, ergibt sich hierbei, daß die Werkstofffasern des Rohlings, also insbesondere die Kristallstruktur zwischen den einzelnen Zähnen, durchschnitten und gestört wird.
  • Es ist auch bekannt, Zahnräder durch spanlose Verformung, beispielsweise durch Gießen oder Spritzen, herzustellen. Diese Herstellungsverfahren eignen sich jedoch nur für bestimmte Werkstoffe bzw. bei mäßigen Qualitätsansprüchen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern durch spanlose Verformung eines Rohlings vorzuschlagen, das sich auch bei Herstellung größerer Serien eignet, und wobei die erzeugten Zahnräder denjenigen Ansprüchen gerecht werden, die beispielsweise in der Automobilfertigung zu stellen sind.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rohling einem Hämmern mit einem Schlag stempel mit rascher Schlagfolge unterworfen wird, wobei der Schlagstempel entsprechend der Zahnform profiliert ist und die Schlagstelle des Schlagstempels fortlaufend entlang der Zahnreihe weiterwandert.
  • Es ist gefunden worden, daß es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, beispielsweise Zahnräder aus Eisenwerkstoffen zu fertigen, die schon eine überraschend hohe Qualität aufweisen, so daß die nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge z. B D Schleifen, p Härten bzw. Vergüten oder ähnliche Vorgänge auf ein Minimum beschränkt werden können. Von besonderem Vorteil erweist es sich dabei bei der Erfindung, daß die MateriaLlstruktur durch den erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorgang nicht zerstört wird, sondern daß die Materialfasern bzw. die Kristallstruktur des Rohlings zu den Zähnen verformt wird und sich fortlaufend über die Zahnflanken von einem Zahn zum nächsten erstreckt. Dadurch werden hohe Festigkeitswerte erhalten, die sich auf die~ Lebensdauer günstig auswirken.
  • Von Vorteil ist es für die Erfindung, wenn während des Hämmerns die beiden Endflächen des bearbeiteten Zahns bzw. der bearbeiteten Zahngruppe mittels einer Begrenzung am Ausweichen rechtwinklig zur Schlagrichtung gehindert werden. Durch solche Begrenzung wird ausgeschlossen, daß das Material aus dem Bearbeitungsbereich in eine Richtung verdrängt wird, die eine nachträgliche Bearbeitung notwendig macht. Insbesondere wird durch eine solche Begrenzung der Vorteil erhalten, daß das Material des Rohlings, das durch den Schlagstempel aus dem Bereich der unteren Zahnlücken verdrängt wird, zur Bildung des Zahns zwischen den Zahnlücken aufsteigt. Es ist klar, daß die Abmessungen des Rohlings dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren anzupassen sind. Bei einer außenliegenden Stirnverzahnung besitzt der Rohling etwa einen Durchmesser, der dem Teilkreisdurchmesser entspricht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise dazu gedacht, Zahnräder mit Stirnverzahnungen herzustellen. Die Verzahnung kann dabei durch gerade Zähne oder auch durch Schrägzähne gebildet sein. Auch die Herstellung von Pfeilzähnen ist bei der Erfindung nicht ausgeschlossen. Die Erfindung kann aber auch bei der Herstellung von Kegelrädern angewandt werden oder auch von anderen Zahnrädern mit speziellen, verhältnismäßig komplizierten Zahnformen.
  • In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß nach jedem Schlag die Schlagstelle um einen Zahn weiterwandert. Dadurch wird insbesondere erreicht, daß der Zahn fortlaufend von allen erforderlichen Seiten bearbeitet wird, die Schlagwirkung auf einen Zahn jedoch gering bleibt, so daß keine nennenswerte Erwärmung beim Bearbeitungsvorgang auftritt.
  • Insbesondere bei der Herstellung außenverzahnter Stirnräder empfiehlt es sich, das Hämmern gleichzeitig an zwei einander gegenüber liegenden Stellen des Zahnrads gegeneinander gerichtet vorzunehmen. Dadurch hebt sich die Schlagwirkung gegenseitig auf - und beansprucht das Aufnahmeelement des Rohlings, beispielsweise einen Teilapparat und die zugehörigen Einrichtungen rur wenig. Überdies läßt sich auf diese Weise die Arbeitsgeschwindigkeit steigern.
  • Bei einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß während des Hämmerns die Schlagtiefe fortlaufend zunimmt.
  • Zu diesem Zweck ist es günstig, den Schlagstempel so anzutreiben, daß bei jedem Schlag eine vorbestimmte Tiefe erreicht wird. Die Umformung des Rohlings zum fertigen Zahnrad erfolgt auf diese Weise streng kontinuierlich mit vergleichsweise hoher Genauigkeit.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens9 wobei ein Teilapparat für das Zahnrad vorgesehen ist, das von einem Schrittschaltwerk angetrieben ist, mit mindestens einem angetriebenen Schlagstempel, und wobe der Antrieb des Schlagstempels und der Antrieb des Schrittschaltwerkes gekoppelt sind.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Verstelleinrichtung zur fortlaufenden Verstellung der Schlagtiefe vorgesehen.
  • Die Begrenzung für die einzelnen Flächen des jeweils bearbeiteten Zahns können starr und relativ unbeweglich zum Rohling angeordnet werden. Besser ist es jedoch, wie die Erfindung weiter vorschlägt, wenn am Schlagstempel die Begrenzungen für die Endflächen des Zahns angeordnet sind.
  • Insbesondere ist der Schlagstempel einstückig mit den Begrenzungen ausgebildet. Bei jedem Schlag wird daher auch auf die Begreni.ung eingewirkt und sichergestellt, daß die Verformung des Rohlings in der gewünschten Weise erfolgt.
  • In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die Ansicht des prinzipiellen Aufbaus einer erflndungsgernäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Schiagstempels für die erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 3 einen Schnitt durch die Darstellung der Fig.
  • 2 entsprechend der Schnittlinie III-III, Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch einen anderen Schlagstempel und Fig. 5 einen Schnitt durch die Darstellung der Fig.
  • 4 entsprechend der Schnittlinie V-V.
  • In der Fig. 1 ist das zu bearbeitende Zahnrad mit 2 bezeichnet.
  • Dieses Zahnrad ist auf dem Teilapparat 1 befestigt, der von einem Teil des Maschinengestells 11 getragen ist. Der Teilapparat 1 ist relativ zum Gestell verdrehbar und entsprechend der Zahngröße schrittweise weiterstellbar.
  • Auf das Zahnrad 2 wirken die Schlagstempel 4 und 5 ein, die über die Kurbeln 12 angetrieben sind. Der Antrieb 6 der Schlagstempel 4 und 5 ist von dem Hauptmotor 13 abgeleitet. Der Hauptmotor 13 treibt auch den Antrieb 7 des Schrittschaltwerkes 3 an, das auf den Teilapparat 1 einwirkt.
  • Der Zustelirnotor 14 trci,t über die Spindeln 15 die Verstelleinrichtungen 8 an, die keilförmig ausgestaltet sind und bewirken, daß die Teile 17 und 18 des Maschinengestells mit den zugehörigen linrichtungen, insbesonclere den Schlagstempeln 4 und 5 gegen das Zahnl acl 2 bewegt werden. Auf diese Weise nimmt die Schlagtiefe wåtlrend des Bearbeitungevorganges zu.
  • Die Wirkungsweise der in der Fig. 1 schematisch angedeuteten Vorrichtung ist ohne weiteres verständlich. Der Hauptmotor 13 treibt die Schlagstempel 4 und 5 an, die beispielsweise pro Minute 1500 Schläge auf das Zahnrad 2 ausführen. Nach jedem Schlag wird das Zahnrad um einen Zahn weitergestellt.
  • Gleichzeitig bewirkt der Zustelirnotor L4 die Zunahme der Schlag tiefe.
  • In den Fig. 2 und 3 ist eine Form eines Schlagsternpels 4,5 näher dargestellt. Der Schlagstempel besitzt im wesentlichen drei Zähne 19, 20 und 21, wobei der Zahn 20 im wesentlichen die Gestalt der Zahnlücke zwischen zwei Zähnen des herzustellenden Zahnrads bestimmt, während die Zähne 19 und 21 im wesentlichen die Flanken der Zähne des Zahnrads bearbeiten.
  • Die Fig. 3 macht deutlich, daß die Begrenzungen 9 für die Endflächen 10 des Zahns des Zahnrads einstückig vom Schlagstempel 4,5 gebildet sind.
  • Bei der Variante des Schlagstempels nach den Fig. 4 und 5 bestimmen die Zähne 22 und 23 des Schlagstempels die Gestalt der Flanken des Zahns des Zahnrads, der jeweils von den Zähnen 22 und 23 eingeschlossen wird. Dabei ist vorgesehen, daß die Zähne 22 und 2J jeweils ganz die Zahnlücken zwischen benachbarten Zähnen des Zahnrads ausfüllen.
  • Aus den Darstellungen der Fig. 2 bis 5 ist ferner ersichtlich, daß der Schlagstempel 4,5 beidseitig des Zahnrads 2 jeweils mit den Teilen 16 über den Grund 25 der- Zahnlücke vorsteht und auch in diesem Bereich, ähnlich wie mit den Begrenzungen 9 sicherstellt, daß beim Hämmern das Material nicht seitlich ausweicht.

Claims (9)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern durch spanlose Verformung eines Rohlings, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling einem Hämmern mit einem Schlagstempel mit rascher Schlagfolge unterworfen wird, wobei der Schlagstempel entsprechend der Zahnform profiliert ist und die Schlagstelle des Schlagstempels fortlaufend entlang der Zahnreihe weiter wandert.
  2. 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Hämmerns die beiden Endflächen des bearbeiteten Zahnes bzw. der bearbeiteten Zahngruppe mittels einer Begrenzung am Ausweichen rechtwinklig zur Schlagrichtung gehindert werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Schlag die Schlag stelle um einen Zahn weiterwandert.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hämmern gleichzeitig an zwei einander gegenüber liegenden Stellen des Zahnrades gegeneinander gerichtet erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Hämmerns die Schlagtiefe fortlaufend zunimmt.
  6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilapparat (1) für das Zahnrad (2) vorgesehen ist, der von einem Schrittschaltwerk (3) angetrieben ist, mit mindestens einem angetriebenen Schlagstempel (4,5), wobei der Antrieb (6) des Schlagstempels und der Antrieb (7) des Schrittschaltwerks miteinander gekoppelt sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Verstelleinrichtung (8) zur fortlaufenden Verstellung der Schlagtiefe.
  8. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Schlagstempel (4,5) die Begrenzung (9) für die Endflächen (10) des Zahns angeordnet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagstempel (4,5) einstückig mit der Begrenzung (9) ausgebildet ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005007316A1 (de) * 2003-07-21 2005-01-27 Ernst Grob Ag Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung von randbereichen von zylindrischen hohlkörpern
WO2005075127A1 (de) * 2004-02-05 2005-08-18 Ernst Grob Ag Verfahren zur erzeugung von profilierungen von zylindrischen werkstücken

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