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"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung
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von Zahnrädern" Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur Herstellung von Zahnrädern durch spanlose Verformung eines Rohlings.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß während
des Hämmerns die Schlagtiefe fortlaufend zunimmt.
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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.
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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.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Verstelleinrichtung
zur fortlaufenden Verstellung der Schlagtiefe vorgesehen.
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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.
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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.
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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.
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2 entsprechend der Schnittlinie III-III, Fig. 4 eine Schnittdarstellung
durch einen anderen Schlagstempel und Fig. 5 einen Schnitt durch die Darstellung
der Fig.
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4 entsprechend der Schnittlinie V-V.
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In der Fig. 1 ist das zu bearbeitende Zahnrad mit 2 bezeichnet.
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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.
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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
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an, das auf den Teilapparat 1 einwirkt.
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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.
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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.
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Gleichzeitig bewirkt der Zustelirnotor L4 die Zunahme der Schlag tiefe.
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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.
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Die Fig. 3 macht deutlich, daß die Begrenzungen 9 für die Endflächen
10 des Zahns des Zahnrads einstückig vom Schlagstempel 4,5 gebildet sind.
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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.
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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.