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Verfahren zum Stanzschneiden einer Verzahnung und Vorrichtung
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zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Stanzschneiden einer Verzahnung, insbesondere an einem dünnwandigen
Werkstück, bei dem die Zahnzwischenräume mithilfe eines kompleme#ntär zum Profil
der Verzahnung ausgebi#ldeten Schnittwerkzeugs durch Relativbewegungen zwischen
dem Wirkpaar Werkzeug und Werkstück ausgespart werden, wobei während des Schnittvorgangs
entweder das Werkstück oder das Werkzeug in Axialrichtung unverschieblich und drehfest
gelagert wird und das andere Element des Wirkpaares den Arbeitshub ausführt, sowie
auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Es ist aus der DE-PS 951 145 bekannt, Verzahnungen durch Stanzschneiden
herzustellen. Mit diesem bekannten Verfahren lassen sich jedoch nur Geradverzahnungen
herstellen. Bekannte Herstellungsverfahren für Schraffigverzahnungen sind z.B. Formfräsen,
Wälzfräsen, Wälzstoßen oder Wälzhobeln. Alle diese Verfahren sind zeitaufwendig
und aufgrund der benötigten Spezialmaschinen auch kostenaufwendig. Beim Wälzstoßen,
beispielsweise, führt das Werkzeug eine aus Längs- und Drehbewei n zusammengesetzte
Bewegung aus, während das Werkstück eine Drehbewegung ausführt. Die Verzahnung wird
dabei längs des Umfangs in mehreren Arbeitshüben fertiggestellt, während Werkzeug
und Werkstück Abwälzbewegungen ausführen. Die Bewegungsabläufe werden dabei über
sehr aufwendige kinematische Kopplungen der Antriebstorrichtungen bestimmt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Herstellungsverfahren
für Schrägverzahnungen zu schaffen, durch das große Stückzahlen in kurzer Zeit gefertig
werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art das den Arbeitshub ausführende andere Element des Wirkpaares
in Umfangsrichtung drehbar ist und derart geführt wird, daß einer Verschiebung in
Axialrichtung ein vorgebbarer Drehwinkel zugeordnet wird.
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Das Werkstück wird dabei vorteilhaft in einem kurzen, nur wenig mehr
als die Werkstückdicke betragenden Arbeitshub fertig bearbeitet. Das Schnittprofil
ist komplementär zum Profil der Schrägverzahnung ausgebildet. Ein Stanzwerkzeug
mit einem derartigen Schnittprofil, das z.B. bei einer Innenverzahnung im wesentlichen
dem Profil eines entsprechenden außenverzahnten Zahnrades entspricht, ist einfach
und kostengünstig herzustellen. Durch die Führung des Werkzeugs bzw. des Werkstücks
ist keine aufwendige kinematische Kopplung von Antriebseinrichtungen notwendig.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, daß das
Werkstück axial und drehfest gelagert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist als Werkstück ein Blechteil vorgesehen,
an dem eine Innen-Schrägverzahnung hergestellt wird.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird während der
Herstellung der Verzahnung eine ringförmige, in geringem Abstand zum Fußkreis der
Verzahnung angeordnete Vertiefung in eine Oberfläche der Wand des Werkstücks eingepreßt,
vorteilhafterweise in die Oberfläche, die dem Werkzeug abgewandt ist. Maßgenauigkeit
und Fertigungsgüte werden dadurch auf einfachste Art verbessert.
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Eine einfache Zentriermöglichkeit wird dadurch geschaffen, daß am
Werkstück vor der Herstellung der Verzahnung die dem Kopfkreis der Verzahnung entsprechende
Kontur geformt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine einfach aufgebaute Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung gelöst,
die ein als Schneidstempel ausgebildetes Schnittwerkzeug, eine Einrichtung zur Ubertragung
der Schnittkraft, einen Gegenhalter, auf dem das Werkstück axial abstützbar ist,
eine Führungseinrichtung für das Werkzeug oder das Werkstück, eine Spanneinrichtung,
durch die das Werkstück fest zwischen Gegenhalter und Führungseinrichtung einspannbar
ist, und eine an der Einrichtung zur Ubertragung der Schnittkraft vorgesehene Lagerung
aufweist, an der das Werkzeug oder das Werkstück axial und in Umfangsrichtung drehbar
abgestützt ist.
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Eine derartige Vorrichtung besteht aus wenigen bewegten Teilen, ist
einfach zu bedienen und nicht anfällig gegen Störungen. Zum Antrieb der bewegten
Teile kann eine beliebige, für eine Stanzvorrichtung geeignete Antriebsmaschine
verwendet werden.
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Bei einer besonders -vorteilhaften Ausbildung ist als Führungseinrichtung
in einer Führungsplatte eine Schrägverzahnung vorgesehen, die im wesentlichen der
herzustellenden Schrägverzahnung entspricht. Durch die Vielzahl der Führungsflächen
ist eine sichere Führung des Schneidstempels und damit eine maßgenaue Fertigung
gewährleistet.
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Eine Weiterbildung sieht vor, daß die Öffnung im Gegenhalter mit einer
Schrägverzahnung versehen ist, die im wesentlichen der herzustellenden Schrägverzahnung
entspricht.
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Besonders vorteilhaft ist es, an dem Gegenhalter und/oder der Führungsplatte
eine ringförmige Erhebung mit sich verjüngendem Querschnitt anzuordnen, die den
Fußkreis der Verzahnung in geringem Abstand umgibt.
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Zur Erleichterung der Zentrierung des Werkstücks ist es vorteilhaft,
daß eine Zentriereinrichtung vorgesehen ist, die mit dem Kopfkreisdurchmesser der
am Werkstück vorgesehenen Verzahnung zusammenwirkt. An dem Werkstück kann damit
vor dem Einbringen in die Vorrichtung bei einer Innenverzahnung eine Öffnung mit
dem Kopfkreisdurchmesser angebracht werden; bei einer Außenverzahnung kann das Werkstück
als kreisförmige Scheibe mit dem Kopfkreisdurchmesser als Außendurchmesser ausgebildet
sein.
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Zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
dient die einzige Figur der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens gezeigt ist.
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Die Vorrichtung umfaßt ein insgesamt mit 1 bezeichnetes, feststehendes
Unterteil und ein Oberteil 2. Das Oberteil 2 ist beim Arbeitshub durch eine an ihm
angreifende Kraft auf das Unterteil zu bewegbar.
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Das Unterteil 1 hat einen topfförmigen, nach oben offenen Rahmen 3,
an dessen Boden ein Gegenhalter 4 befestigt ist,und dessen Lagerfläche nahe der
Öffnung des Rahmens 3 angeordnet ist. Am bezüglich der Zeichnung oberen Ende des
Rahmens 3 ist eine mit dem Oberteil 2 verbundene Führungsplatte 5 angeordnet. Führungsplatte
5 und Gegenhalter 4 haben bei nicht wirkender Kraft einen Abstand zueinander, der
nur wenig größer ist als die Werkstückdicke. Zwischen den sich gegenuberliegenden
Flächen von Gegenhalter 4 und Führungsplatte 5 ist das Werkstück drehfest einspannbar.
Gegenhalter 4 und Führungsplatte 5 haben Öffnungen 12,13 mit einem Profil, das bis
auf ein Bewegungsspiel wie das Profil der herzustellenden Innen-Schrägverzahnung
ausgebildet ist.
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Das Oberteil 2 weist eine mit einer Lagerplatte 7 verbundene Deckplatte
auf, auf die die im wesentlichen der Summe aus Schnittkraft und Spannkraft entsprechende
Kraft aufgebracht wird. Die Lagerplatte 7 hat eine Lagerstelle 8 zur axialen Lagerung
des Schneidstempels 9. Die Lagerstelle 8 befindet sich in einer dem Unterteil 1
zugewandten Ausnehmung der La-Lagerplatte 7 und ist als Axial-Kugellager ausgebildet,
SO daß
der Schneidstempel 9 um seine Längsachse drehbar ist. Mit
der Lagerplatte 7 ist die Führungsplatte 5 drehfest, aber axial um eineh Wèg der
mindestens gleich dem Arbeitshub ist, v schieblich verbunden. Zwischen Führungsplatte
5 und-Lagerplatte 7 sind elastische Elemente 10 angeordnet, die beim Arbeitshub
durch die auf die Deckplatte aufgebrachte Kraft vorgespannt werden und die bei nicht
aufgebrachter Kraft durch ihre Entspannung den Abstand zwischen den beiden Platten
bis zum Wirksamwerden einer axialen Verriegelung zwischen den Platten vergrößern.
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In einer Bohrung in der Lagerplatte 7 ist der Schneidstempel 9 mit
seinem einem Ende radial geführt und gegen eine Relativbewegung zur Lagerplatte
7 in axialer Richtung durch eine Verschraubung gesichert. Das andere, die Schnittkante
11 aufweisende Ende des Schneidstempels 9 ist in einer mit der Bohrung fluchtenden
Öffnung 12 der Führungsplatte 5 geführt.
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Dazu weist der Endabschnitt des Schneidstempels 9 eine Außen-Schrägverzahnung
und die Öffnung 12 eine Innen-Schrägverzahnung auf, wobei die beiden Verzahnungen
mit Bewegungsspiel zueinander komplementär sind. Die Innen-Schrägverzahnung in der
Führungsplatte 5 entspricht im wesentlichen der herzustellenden Schrägverzahnung
des Werkstücks 6.
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Der Schneidstempel 9 hat in seinem mittleren Bereich einen Bund 14,
mit dem er am unteren Ring des Axial-Kugellagers anliegt. Die über die Deckplatte
auf die Lagerplatte 7 aufgebrachte Kraft wird über das Axial-Kugellager 14 auf den
Schneidstempels 9 übertragen und steht nach Abzug der Spannkraft und der Kraft zum
Zusammendrücken der elastischen Elemente 10 als Schnittkraft an der Schnittkante
11 des Schneidstempels 9 zur Verfügung. Die axiale Länge des Schneidstempels
9
ist so gewählt, daß bei nicht wirkender Kraft, d.h. bei größtmöglichem, durch die
Entspannung der elastischen Elemente 10 bewirktem Abstand zwischen Lagerplatte 7
und Führungsplatte 5, die Schnittkante 11 sich innerhalb der Öffnung 12 der Führungsplatte
5 befindet.
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Der Verfahrensablauf wird zunächst bei nicht wirkender Kraft, d.h.
vor Beginn des Arbeitshubs, betrachtet; dabei haben Lagerplatte 7 und Führungsplatte
5 den größtmöglichen Abstand zueinander, die Schnittkante 11 des Schneidstempels
9 befindet sich-innerhalb der Führungsplatte 5 und die Führungsplatte 5 wird nicht
gegen den Gegenhalter 4 gedrückt und weist den voreingestellten Abstand zu diesem
auf, der größer ist als die Werkstückdicke.
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Nach Einbringen des Werkstücks 6 in den Zwischenraum zwischen Führungsplatte
5 und Gegenhalter 4 wird die Kraft auf die Lagerplatte 7 aufgebracht. Lagerplatte
7 und Führungsplatte 5 werden nach unten bewegt und pressen unter gleichzeitigem
Zusammendrücken der elastischen Elemente 10 das Werkstück 6 mit der Spannkraft auf
den Gegenhalter 4. Unter weiterem Zusammendrücken der elastischen Elemente 10 tritt
die Schnittkante 11 des Schneidstempels 9 aus der Führungsplatte 5 aus und schneidet
die herzustellende Innen-Schrägverzahnung. Während der Abwärtsbewegung des Schneidstempels
9 wird dieser durch das Zusammenwirken seines schrägverzahnten Endabschnitts und
der Innen-Schrägverzahnung der Öffnung 12 in der Führungsplatte 5 gleichzeitig um
einen bestimmten Drehwinkel verdreht, so daß im Werkstück 6 e i ne eine Innen-Schrägvergahnung
mit dem gewünschten Schrägunggswinkel ausgespart wird. Der ausgeschnittene Abschnitt
des Werkstücks 6 wird durch die oeffnung 13 im Gegenhalter 4 ausgestoßen.
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Bei nicht wirkender Kraft wird das Hineinbewegen der Schnittkante
11 des Schneidstempels 9 in die öffnung 12 der Führungsplatte 5 durch die Entspannung
der elastischen Elemente 10 bewirkt.