DE3304278A1 - Verfahren und werkzeuganordnung zum druecken einer zahnung - Google Patents
Verfahren und werkzeuganordnung zum druecken einer zahnungInfo
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
HOEGER, STELLRECHT &__
PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c - D 7000 STUTTGART 1
A 45 517 b Anmelder: Ex-Cell-0 Corporation
k - 176 2855 Coolidge
4. Februar 1983 Troy, Michigan 48o84
USA
Verfahren und Werkzeuganordnung zum Drücken einer Zahnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Drücken einer Zähnung, insbesondere einer Keilverzahnung, an einem
zunächst hohlzylindrischen, rohrförmigen Werkstück sowie eine Werkzeuganordnung zur Durchführung des
Verfahrens.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Kraftübertragungselementen
mit einer Zahnung, insbesondere einer Keilverzahnung, eine Werkzeuganordnung mit zwei Zahnstangen-Werkzeugen
und einem drehbaren Dorn zu verwenden, um in der Mantelfläche eines zunächst runden,
rohrförmigen Bauteils eine Zahnung zu erzeugen. Dabei sind an dem Dorn Zähne vorgesehen, die den Zähnen entsprechen,
welche an dem Werkstück'hergestellt werden sollen. Die Zahnstangen-Werkzeuge und der Dorn sind
Bestandteil einer Drückmaschine, an der die Zahnstangen-Werkzeuge gleitverschieblich antreibbar sind. Werkzeuganordnungen
bzw. -Maschinen dieser Art sind beispielsweise in den üS-PSen 3 994 237, 3 827 28o, 3 857 273,
3 9o2 349, 3 672 2o3 und 3 818 736 beschrieben. In diesen Druckschriften werden die verschiedenen Zahn-
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formen der Werkzeuganordnungen erläutert. Insbesondere beschreibt die US-PS 3 827 28o ein Zahnstangen-Werkzeug
mit einem einlaufseitigen Bereich mit scharfen
Zähnen, ähnlich wie die Zähne einer Feile, die geeignet
sind, ein zylindrisches Werkstück zu erfassen, wobei sich an diesen einlaufseitigen Bereich drei Bereiche
mit Zähnen anschließen, die geeignet sind, zunächst eine im wesentlichen zykloidische Zahnform zu erzeugen,
aus welcher anschließend mittels zweier nachfolgender, gezahnter Bereiche die gewünschte Evolventenverzahnung
erzeugt wird.o
Ferner zeigt die US-PS 3 862 567 ein Werkzeug zum Drücken von Zahnungen mit ausgewählten Zähnen, die
mit Kupfer, Silber, Gold oder anderen geeigneten Beschichtungsmaterialien
plattiert sind, um den Verschleiß und die Ermüdung der Zähne zu verringern. Aus den genannten
Patentschriften wird deutlich, daß am einlaufseitigen Teil des Werkzeugs Zähne vorgesehen sind, die
bewußt so gestaltet sind, daß bei dem Abrollvorgang das Metall in geeigneter Weise allmählich verformt
wird, um so die endgültige Zahnform zu erhalten, welche zur endgültigen Zahnform der Zähne des Werkzeugs
konjugiert ist bzw. dieser entspricht.
Die US-PS 3 214 951 beschreibt ferner eine Vorrichtung,
mit deren Hilfe am Umfang eines rohrförmigen Elements eine Keilverzahnung gerollt werden kann. Weiterhin beschreibt
die auf einer späteren Anmeldung basierende US-PS 3 982 415 ein Zahnstangen-Werkzeug, welches in
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Verbindung mit einem Dorn mit Keilverzahnung dazu
dient, in spezieller Weise eine Zahnung an einem Kraftübertragungselement
zu erzeugen, welches direkt auf dem Dorn sitzt. Auch hier sind die Zähne des Zahnstangen-Werkzeugs
derart unterschiedlich ausgebildet, daß sie das Metall schrittweise verformen, um sowohl
auf der Außenseite wie auch auf der Innenseite des Kraftübertragungselementes die gewünschte Zahnform
herzustellen.
Beim Arbeiten mit Werkzeugen mit den zum Stand der Technik gehörigen Zahnformen zur Herstellung von Keilverzahnungen
an zunächst rohrförmigen Kraftübertragungselementen zeigt es sich, daß die Wandstärken an der
Vorderflanke einerseits und an der Rückflanke andererseits bei einem Zahn des Kraftübertragungselementes
sehr unterschiedlich, beispielsweise um 50%, verschieden sein können, was aus verschiedenen Gründen unerwünscht
und nachteilig ist.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum
Drücken von Zahnungen sowie eine verbesserte Werkzeuganordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, *'
mit dem Ziel, das Fließen des Metalls des Werkstücks bei der Erzeugung der Zähne zu verbessern und so eine
gleichmäßigere Zahnung zu erhalten, insbesondere eine Zahnung mit gleichmäßigen Wandstärken an den Vorder-
und Rückflanken.
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Diese Aufgabe wird, was das Verfahren anbelangt, durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und was die Vorrichtung
anbelangt, durch die Werkzeuganordnung gemäß Anspruch gelöst.
Der entscheidende Vorteil von Verfahren und Werkzeuganordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß an
den Vorder- und Rückflanken der an dem Werkstück hergestellten Zahnung eine gleichmäßige Wandstärke erhalten
wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Zahnung des Werkstücks sowohl auf der Außenseite wie
auch auf der Innenseite desselben sehr gleichmäßig fertiggestellt werden kann. Außerdem kann erfindungsgemäß
eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit für die verbesserten,mit einer Zahnung versehenen Werkstücke
erreicht werden. Erfindungsgemäß wird ferner durch die Art der Materialverformung eine höhere Festigkeit und
damit eine höhere Lebensdauererwartung der Werkstücke
erreicht. Schließlich ist auch die Werkzeuganordnung gemäß der Erfindung relativ billig herstellbar, dauerhaft,
effektiv und zuverlässig.
Bei einer erfindungsgemäßen Werkzeuganordnung kann mindestens ein Zahnstangen-Werkzeug mit einem drehbaren,
mit einer Zahnung versehenen Dorn zusammenwirken, wobei das Werkstück zwischen Zahnstangen-Werkzeug
und Dorn unter Druck verformt wird. Durch die spezielle Ausgestaltung der einzelnen Gruppen von
Zähnen an dem .Zahnstangenwerkzeug wird das Material
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des Werkstücks im Verlauf eines Arbeitszyklus schrittweise
gleichmäßig verformt, so daß insgesamt Werkstücke mit einer sehr gleichmäßigen Zahnung und mit
einer sehr gleichmäßigen Wandstärke in allen Bereichen der Zähne erhalten werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert
und/oder sind Gegenstand der UnteranSprüche. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht
der wesentlichen Teile einer Werkzeuganordnung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenansicht des unteren
Zahnstangenwerkzeugs der Werkzeuganordnung gemäß Fig. 1;
Fig. 3A einen Teilquerschnitt durch das Werkzeug gemäß Fig. 2 in einem,
ersten Bereich;
Fig. 3B einen Teilquerschnitt durch das Werkzeug gemäß Fig. 2 in einem
zweiten Bereich;
Fig. 3C einen Teilquerschnitt durch das Werkzeug gemäß Fig. 3 in einem
dritten Bereich;
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Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch eine Werkzeuganordnung gemäß Fig. 1
mit Einzelheiten der Halterung und der Befestigung für den Dorn und
des darauf sitzenden Werkstücks;
Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 4 längs der
Linie 5-5 in dieser Figur;
Fig. 6 einen Teilquerschnitt mit einem ersten mit Zähnen versehenen Bereich
des Werkzeugs, mit einem Teil des damit zusammenwirkenden Doms und mit dem zwischen diesen
beiden Teilen befindlichen Werkstück;
Fig. 7 einen Teilquerschnitt durch ein
Werkstück, welches in dem Vorrichtungsteil gemäß Fig. 6 verformt wurde;
Fig. 8 einen Teilquerschnitt durch einen zweiten, mit Zähnen versehenen Bereich
des Werkzeugs und durch die ■ angrenzenden Teile des Doms und
des Werkstücks;
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Fig. 9 einen Teilquerschnitt durch das
Werkstück, welches mit den Vorrichtungsteilen gemäß Fig. 8 verformt
wurde;
Fig. Io einen Teilquerschnitt durch einen
weiteren, mit Zähnen versehenen Bereich des Werkzeugs mit den angrenzenden
Teilen des Werkstücks und des
Doms und
Fig. 11 einen Teilquerschnitt durch das
Werkstück nach dem Durchlaufen des Vorrichtungsteils gemäß Fig. Io.
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Im einzelnen soll nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Fig. 1 bis 4
näher erläutert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine spezielle Werkzeugkonstruktion zum Fertigen
zweier identischer Zahnstangen-Werkzeuge 10 und 12
vorgesehen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind. Derartige Werkzeuge 10, 12 können in Verbindung mit einem mit
einer Zahnung versehenen Dorn 94 dazu verwendet werden, an einem zylindrischen, hohlen Werkstück 16 eine Keilverzahnung
oder eine andere Verzahnung herzustellen. Das Werkstück 16 besitzt typischerweise einen ersten
rohrförmigen Abschnitt 16a mit einem größeren Durchmesser und einen zweiten rohrförmigen Abschnitt 16b
mit einem kleineren Durchmesser sowie einen in radialer Richtung verlaufenden Flansch 16c, über den die
beiden rohrförmigen Abschnitte 16a und 16b miteinander
verbunden sind. Beim betrachteten Ausführungsbeispiel wird eine Zahnung am ersten rohrförmigen Abschnitt
16a erzeugt.
In der US-PS 3 214 951, auf die hiermit ausdrücklich
verwiesen wird, ist eine Maschine gezeigt, in der zwei Zahnstangen-Werkzeuge gemäß der Erfindung in Verbindung
mit einem mit einer Zahnung versehenen Dorn verwendet werden können, um aus einem hohlzylindrischen
Rohling ein Werkstück mit einer Zahnung zu erzeugen. Die Werkzeuge gemäß der Erfindung können jedoch auch
bei anderen bekannten und dafür geeigneten Maschinen
verwendet werden.
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Im allgemeinen wird das Werkstück 16, wie dies in
Fig. 1 gezeigt ist, zwischen einem oberen Werkzeug 10 und einem unteren Werkzeug 12 gemäß der Erfindung angeordnet,
wobei diese Werkzeuge 10, 12 in Fig. 1 in der Position gezeigt sind, die sie zu Beginn eines
Arbeitszyklus einnehmen, in dessen Verlauf am Umfang des ersten Abschnitts 16a des Werkstücks 16 eine
Zahnung erzeugt wird. Dabei ist das Werkstück 16 beim
Drücken der Zahnung mit Hilfe der in Fig. 4 gezeigten Einrichtungen so gelagert, daß es um seine Längsachse
drehbar ist. Gemäß Fig. 4 sitzt das Werkstück 16 auf einem Abstreiferkopf 100, an dem es mit Hilfe eines
Sicherungselementes 102 festgelegt ist. Die Einzelheiten einer solchen Konstruktion finden sich in der
US-PS 3 214 951 und brauchen daher hier nicht mehr erläutert werden. Der Abstreiferkopf 100 selbst ist
ähnlich wie bei der aus der US-PS 4 178 790 bekannten Konstruktion an einer Stange 96 der Abstreifervorrichtung
befestigt.
Das untere Werkzeug 10 und das obere Werkzeug 12 sind
in der Zeichnung als identische Zahnstangen-Werkzeuge
dargestellt, deren Zahnungen einander zugewandt sind, um auf. die Umfangsflache des rohrförmigen Abschnitts
16a des Werkstücks 16 einwirken zu können. Die Werkzeuge
10, 12 sind in bekannter Weise in Längsrichtung beweglich; ihre Bewegungsrichtung ist in Fig. 1 für
den Verformungsvorgang mit Pfeilen angedeutet.
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Die Werkzeuge 10 und 12 sind mittels zugehöriger Antriebseinrichtungen
in bekannter Weise in entgegengesetzter Richtung antreibbar. Zur Synchronisation der
Bewegungen der Werkzeuge 10 und 12 und der Drehung des
Garns 94 ist ein Synchronisier-Zahnrad 93 vorgesehen, welches auf einer Welle 97 sitzt. Auf diese Weise wird
erreicht, daß die Zahnungen der Werkzeuge 10 und 12
exakt mit der Zahnung des Dorns 94 fluchten.
In Fig. 2 und 3A bis C sind die verschiedenen Abschnitte jedes Werkzeugs und die Zahnformen für die einzelnen,
in Längsrichtung der Werkzeuge aufeinanderfolgenden Abschnitte erkennbar. Wie Fig. 2 zeigt, besitzt das Werkzeug
10 (das Werkzeug 12 ist identisch ausgebildet) ein vorderes Ende 60, an welches sich ein erster Abschnitt
mit einer Arbeitsfläche 80 anschließt, die eine Länge von etwa 2 Zähnen aufweist und vorzugsweise
flach und ohne irgendwelche Zähne ausgebildet ist. Die Arbeitsfläche 80 dient dazu, das Werkstück 16 am
Dorn 94 festzuklemmen und das Ausbeulen zu verhindern, das im Werkstück aufgrund des ersten Kontakts mit den
Werkzeugen bei seiner Drehung um die ersten 180° auftreten kann. Zahnform-Werkzeuge mit einer an ihr
vorderes Ende angrenzenden ebenen Arbeitsfläche sind in einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung der Anmelderin
beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Der erste Werkzeugabschnitt mit der ebenen Arbeitsfläche 80 endet an einer Linie 62. Ihm folgt ein
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zweiter Abschnitt 82, der bis zu einer Linie 64 reicht und an seiner Arbeitsfläche mit sechs Zähnen versehen
ist, die eine bezüglich ihrer senkrechten Mittellinie symmetrische Zahnform besitzen, wie dies in Fig. 3A
gezeigt ist. Im einzelnen zeigt Fig. 3A ganz links einen Zahn 40, der im Querschnitt einem gotischen
Spitzbogen ähnelt und eine gewölbte Vorderflanke 40a sowie eine gewölbte Rückflanke 40b besitzt. Die Flanken
40a und 40b stoßen oben an einer Zahnspitze 41 zusammen und definieren eine Zahnhöhe H zwischen der
Spitze 41 und der Zahnwurzel, welche etwa 85%, typischerweise zwischen 80 und 90%, der vollen konjugierten
Zahnhöhe beträgt, die in dem Werkstück 16 entwickelt werden soll. Der Krümmungsradius R der
Flanken 40a, 40b beträgt in beiden Fällen etwa 3,3' mm, und zwar für die ersten sechs Zähne. Wie Fig. 3A
zeigt, besitzt der Zahn 40 die größte Höhe, während die Höhe der beiden weiteren in der Zeichnung gezeigten
Zähne 32 und 30 um den Betrag B bzw. A geringer ist. Dabei unterscheiden sich A und B um etwa
0,05 mm. Wenn die Höhendifferenz A also 0,3 mm beträgt,
dann beträgt die Höhendifferenz B etwa 0,25 mm, und die übrigen Zähne unterscheiden sich in ihrer Höhe
jeweils ebenfalls wieder um etwa 0,05 mm, bis der dem
Zahn 40 vorausgehende Zahn (nicht dargestellt) eine um 0,05 mm geringere Höhe hat als der Zahn 40. Der
Zweck des einlaufseitigen Abschnitts 82 besteht darin,
den relativ dünnen Mantel des rohrförmigen Werkstückabschnitts 16a schrittweise und gleichmäßig immer
tiefer zu verformen, und zwar im wesentlichen im
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Bereich der Mittellinie des Zahnzwischenraums zwischen den angrenzenden Zähnen des Doms 94. Der einlaufseitige
Abschnitt 82 erweist sich auch als günstig für das Freigeben des mit einer Zahnung versehenen Werkstücks,
wenn dieses nach Passieren des vorderen Endes 60 des Werkzeugs aus der Zahnformvorrichtung ausgeworfen
werden soll. Im Abschnitt 82 sind also die Zähne ähnlich wie Spitzbogen ausgebildet und enden in
einer hinreichend ausgeprägten Spitze, beispielsweise in der Spitze 41. Die Zahnspitze könnte jedoch bei im
übrigen gleicher Zahnform auch mit einem anderen Radius gebildet oder leicht abgeflacht werden. Die besten
Ergebnisse werden jedoch mit der Spitzbogenform und mit den angegebenen Radien erzielt. Der nächste Abschnitt
84 der Arbeitsfläche, welcher zwischen der Linie 64 und einer Linie 66 liegt, umfasst etwa 18
Zähne, die alle die Höhe H haben und alle die Spitzbogenform des Zahns 40 gemäß Fig. 3A aufweisen. Die
Abschnitte 82 und 84 bilden einen ersten Bereich, in dem das Werkzeug 10 bzw. 12 symmetrische Zähne besitzt.
Der nächste Abschnitt 86 des Werkzeugs, welcher zwischen der Linie 66 und einer Linie 68 liegt, umfasst 18
asymmetrische Zähne, wie sie in Fig. 3B gezeigt sind. In diesem Abschnitt 86 liegt die Zahnhöhe H' bei etwa
96% der vollen konjugierten Zahnhöhe. Man sieht, daß die Zähne 42 bis 48 eine hintere Flanke, z.B. 44b, besitzen,
zu der ein großer Krümmungsradius R gehört, der im wesentlichen gleich dem Krümmungsradius der
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Flanken der Zähne des Abschnitts 82 ist, d.h. etwa 3,3 mm beträgt, wie bei dem Zahn-40 in Fig. 3A.
Wie dies für den Zahn 44 gezeigt ist, besitzt jedoch die Vorderflanke 44a ein Teilstück mit einem kleinen
Radius R1, der nur etwa 1,27 mm beträgt und damit konjugiert zur Vorderkante des in dem Werkstück erzeugten
Zahns ist, wie dies nachstehend noch erläutert wird. Vorzugsweise ist das Teilstück 44c der
Vorderflanke der Zähne im Abschnitt 86 ebenfalls konjugiert zur Vorderflanke des zu drückenden Zahnes.
Der Radius r am Fuß der Zähne ist längs des gesamten Werkzeugs entsprechend der Zahnform der zu drückenden
Zähne gewählt. Der Abschnitt 86 bildet einen zweiten Bereich des Werkzeugs.
Auf den Abschnitt 86 folgt als dritter Bereich ein Abschnitt 88, der von der Linie 68 bis zu einer Linie
70 reicht und an seiner Arbeitsfläche mit Zähnen 50 bis 58 versehen ist (Fig. 3C), deren Form der Zahnform
der zu drückenden Zähne völlig entspricht, wobei die Zähne 50 bis 58 zu ihren mit strichpunktierten
Linien eingezeichneten Mittelachsen symmetrisch sind und an der Vorderflanke sowie an der Rückflanke jeweils
einen Bereich mit einem Krümmungsradius R1 von etwa 0,14 mm aufweisen, wobei am Fuß der Zähne jeweils ein
Krümmungsradius r vorhanden ist. Die Höhe H" der Zähne wird mit 100%, bezogen auf die Höhe der übrigen Zähne
des Werkzeugs, angenommen. Insgesamt sind in dem Abschnitt 88 etwa 2 4 Zähne vorgesehen.
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An den Abschnitt 88 schließt sich als vierter Bereich
ein Abschnitt 89 an,der von der Linie 70 bis zu einer Linie 71 reicht und etwa 24 Zähne umfasst, welche die
symmetrische, zu der herzustellenden Zahnform konjugierte Zahnform der Zähne 50 bis 58 aufweisen, mit
dem einzigen Unterschied, daß die Zähne des Abschnitts
89 an den Flanken und an der Zahnwurzel gegenüber den Zähnen 50 bis 58 hinterfräst bzw. hinterschnitten sind,
beispielsweise mit einem Maß von etwa 0,076 mm. Dies bedeutet, daß die Zahnhöhe im Abschnitt 89 um etwa
0,076 mm hoher ist als die Zahnhöhe H" im Abschnitt 88 und daß die Kopfhöhe ebenfalls um etwa 0,076 mm höher
ist. Für die Zahnhöhe im Abschnitt 89 kann somit ein Wert von 102% angenommen werden. Die (oberen) Eckradien
der Vorderflanke und der Rückflanke der Zähne im Abschnitt 89 haben denselben Wert wie bei den Zähnen 50
bis 58, nämlich einen Wert von etwa 0,14 mm. Die Zähne des Abschnitts 89 dienen dem Zweck, den Metallmantel
am kleineren (inneren) Durchmesser zu "bügeln" bzw. zu richten, nachdem durch die Zähne des vorangehenden
Abschnitts das Eindrücken bzw. Prägen der Zähne am Werkstück erfolgt ist.
Ein Endabschnitt 90 des Werkzeugs, der von der Linie 71 zum hinteren Ende 72 desselben reicht, besitzt an
seiner Arbeitsfläche etwa sechs Zähne. Diese Zähne haben die gleiche Form wie sie in Fig. 3C gezeigt ist, mit
dem Unterschied, daß die Zahnköpfe, beginnend mit dem sechsten Zahn vom hinteren Ende 72 aus gesehen, schräg
nach hinten verlaufen (Hinterschneidung bzw. Abschrägung
von etwa 0,05 mm), so
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daß der letzte Zahn des Abschnitts 90 eine Höhe hat,
die um etwa 0,025 mm niedriger ist als die Höhe H".
Mit anderen Worten hat also der letzte Zahn eine Höhe
von etwa 93% der vollen Höhe der Zähne 50 bis 58.
Man sieht, daß mit Ausnahme der Abschnitte 82 und 90 die Zahnkopf linie; in jedem mit Zähnen versehenen Abschnitt
vorzugsweise konstant ist, obwohl sich die Lage der Zahnfußlinie von einem Abschnitt zum nächsten
ändern kann. Die lineare Teilung für alle Zähne der Werkzeuge 10 und 12 ist gleich und so gewählt, daß
die gewünschte Zahnform am Abschnitt 16a des Werkstücks erzeugt wird. Die Zahnform und die Zahnkreisteilung
am Dorn 94 hängt vom inneren Querschnitt bzw. von der gewünschten inneren Zahnform ab und ist mit der'Zahn-,
form an den Werkzeugen 10 und 12 in bekannter Weise verknüpft.
Bei den vorbekannten, der Zahnform gemäß Fig. 3C ähnlichen Zahnform der Zahnstangenwerkzeuge trifft die
Ecke mit dem kleinen Radius R1 an der Vorderflanke zuerst
auf die Mantelfläche des Werkstücks 16. Dabei wird das Werkstück bezüglich des zugeordneten Zahnzwischenraumes
am Dorn in eine exzentrische Lage geschlagen, was zu einem Klemm- bzw. Fangeffekt ■ führt,
bei dem das Metall ungleichmäßig in den Zahnzwischenraum des Dorns gezogen wird, wobei nach Beendigung des
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Rollvorgangs eine ungleichmäßige Zahnform erhalten wird. Insbesondere ist die Vorderkante bzw. -flanke
des fertigen Zahns am Werkstück dicker als dessen Hinterflanke. Zur Kompensation des exzentrischen anfänglichen
Druckkontaktes und der ungleichmäßigen Verformung bzw. des ungleichmäßigen Fließens des Metalls,
das in diesem Fall auftritt, wurde für die Werkzeuge die Zahnform gemäß Fig. 3A verwendet, d.h. ein Spitzbogenprofil,
bei dem die einzelnen Zahnspitzen den richtigen Abstand aufweisen, welcher dem Teilkreis
der zu drückenden Zähne entspricht. Die Bewegung des Werkzeugs in das Werkstück führt in diesem Fall, wie
Fig. 6 zeigt, dazu, daß das Werkstückmaterial an der Vorderflanke und an der Rückflanke in gleicher Weise
verformt wird und im wesentlichen in die Mitte des Zahnzwischenraums 25 zwischen den benachbarten Zähnen
24 und 26 des Dorns gedrückt wird. Wie Fig. 6 zeigt, hat der Zahn 36 des Werkzeugs 12 das Teilstück 16a
des Werkstücks in gleichmäßiger Weise im wesentlichen in der Mitte zwischen den Zähnen 24 und 26 des Dorns
verformt/ Da außerdem die Höhe des Zahns nur 85% der vollen konjugierten Höhe beträgt, ergibt sich ein
gleichmäßiges Strecken bzw. Fließen der ümfangsflache
des Werkstücks, während eine starke Streckung an der Rückflanke und eine relative Stauchung an der Vorderflanke
des Zahns vermieden wird. Wie Fig. 7 zeigt, besitzt das Werkstück 16a1 anschließend eine gleichmäßig
gewellte Oberfläche bzw. ein zykloidartiges Querschnittsprofil und eine gleichmäßige, vorläufige
Zahnform. Fig. 8 zeigt das Werkzeug 12 und den Dorn
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mit dem dazwischen befindlichen Werkstück 16a1. Die
Zähne 42 bis 48 haben die in Fig. 3B gezeigte asymmetrische Form. Der Dorn 94 kann die konjugierte Zahnform
mit der vollen Tiefe besitzen, wie sie bei den Zähnen 22' bis 28" gezeigt ist. Man sieht, daß die
Vorderflanke des Zahns 46 des Werkzeugs die volle konjugierte Vorderflankenform mit der einen kleinen Radius
aufweisenden Kante besitzt und bewirkt, daß das Material des Werkstücks an ausgewählten Stellen des gewellten
Profils fließt, und zwar an der Vorderflanke, welche gegen die Vorderflanke der Zähne des Doms gedrückt
wird. Aufgrund dieses Effektes wird der gleichmäßige Wand- bzw. Zahnquerschnitt geschaffen, der angestrebt
wird. Die Höhe des Zahns beträgt gemäß Fig.3B etwa 96% der vollen konjugierten Zahnhöhe. Dieses
Fließen des Werkstückmaterials in die in Fig. 9 gezeigte Form des Werkstücks 16a" führt zu einer solchen
Verformung der Vorderflanke der Zahnform, daß in diesem Bereich bei der nächsten Bearbeitungsstufe im wesentlichen
kein zusätzliches Strecken oder Fließen eintritt. Das Ausformen des restlichen Teils des Werkstückprofils
erfolgt gemäß Fig. Io mit Hilfe der Zähne 5o bis 58, die mit den Zähnen 22" bis 28" zusammenwirken,
wobei sich das Werkstück 16" zwischen dem Werkzeug 12 und dem Dorn 94 befindet. Man sieht, daß die
Zähne 5o bis 58 die Zähne des Werkstücks bis auf die volle Tiefe drücken, wie dies in Fig. 3C für die Zähne
des Abschnitts 88 gezeigt ist. Es wird also nunmehr die endgültige Form der Rückflanke und des Kopfes der
Zähne des Werkstücks hergestellt, indem das Material des Werkstücks zur Anlage an die entsprechenden Teile
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der Zähne des Doms 94 gebracht wird, wobei die Werkstückform
16"' gemäß Fig. 11 erhalten wird. Mit den Zähnen des Abschnitts 89 wird die Zahnform.schließlich
geglättet und gerichtet.
Zusammenfassend kann man feststellen, daß durch die Zähne des Abschnitts 82 mit der Zahnform gemäß Fig. 3A
in einem ersten Schritt ein gewelltes Werkstückprofil erhalten wird. Dabei wird das Werkstück am Umfang
gleichmäßig gestreckt und geformt, wobei der erste Kontakt zwischen den Zähnen des Zahnstangen-Werkzeugs
und dem Werkstückmaterial zumindest in der Nähe der Mitte des angrenzenden Zahnzwischenraums des Doms erfolgt.
Auf diese Weise wird eine gleichmäßige, im wesentlichen zentrale Verformung des Werkstücks erreicht,
während dieses in engen Kontakt mit den Zähnen des Doms gebracht wird. Mit den Zähnen des nächsten Abschnitts
des Zahnstangenwerkzeugs, deren Form in Fig. 3B gezeigt ist, wird dann eine Formung der Vorderflanke
der herzustellenden Zahnform durchgeführt, wobei die Streckung des Materials, da das Werkstück zuvor in die
gewellte Form gebracht wurde, nicht besonders groß ist, so daß die Form der Vorderflanke entsprechend der Zahnform
des Doms genau erzeugt werden kann. Die Hinterflanke der Zähne am Werkstück bleibt dabei zunächst
noch in der im ersten Schritt hergestellten Form. Obwohl bei diesem Arbeitsgang eine geringfügige Vergrößerung
der Zähne des Werkstücks eintritt, wird das Material an der Hinterflanke hierdurch nicht dünner.
Mit der in Fig. 3C gezeigten konjugierten Zahnform
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JJU4Z /ö
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des Zahnstangen-Werkzeugs werden dann am Werkstück die Form des Zahnkopfes und der Rückflanke erzeugt,
wobei am Werkstück die volle konjugierte Zahnform erhalten wird. Es hat sich gezeigt, daß durch Einsatz
der erfindungsgemaßen Werkzeuge anstelle der früher verwendeten Werkzeuge eine Verbesserung hinsichtlich
der Gleichförmigkeit der Wandstärke an den Vorder- und Rückflanken des Werkstücks erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß liegen die Toleranzen der Wandstärke in einem Bereich von 2 bis 3%, während" bisher Toleranzen
zwischen 75 und 100% üblich waren. Wenn also von einem zylindrischen Rohling mit einer Wandstärke von
etwa 2 mm ausgegangen wird, dann wurde bisher an der. Vorderflanke eine Wandstärke von etwa 1,8 mm und an
der Rückflanke eine Wandstärke von etwa 1,0 mm erhalten. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Werkzeuge
schwankte die Wandstärke zwischen der Vorderflanke einerseits und der Rückflanke andererseits zwischen
etwa 1,07 und 1,17 mm, wobei am Werkstück die korrekte Zahnform sowohl hinsichtlich der Innenfläche als auch
hinsichtlich der Außenfläche erhalten wird.
Nach Beendigung des Drück- bzw. Rollvorganges wird der Abstreiferkopf loo über die Stange 96 betätigt
(vgl. Fig. 4), um das fertige Werkstück von dem Dorn abzustreifen und auszuwerfen. Eine entsprechende Abstreifervorrichtung
ist in der ÜS-PS 4 178 79o beschrieben. Während der Bearbeitung wird das Werkstück
mit Hilfe des Elementes Io2 gesichert, welches eine Vertiefung 98 zur Aufnahme und zum Führen des .
-25-
A 45 517 b
k - 176 - 25 -
4. Februar 1983
Abschnitts 16b des Werkstücks 16 besitzt. Diese Art der
Sicherung des Werkstücks ist aus der US-PS 3 214 951 bekannt.
Vorstehend wurde eine Werkzeuganordnung beschrieben, die zum Herstellen eines Kraftübertragungselementes
mit einer Keilverzahnung oder einer Zahnradverzahnung
geeignet ist. Weiterhin wurde ein Werkzeug beschrieben, mit dem Zähne am Umfang eines rohrförmigen Werkstücks
gedrückt werden können und welches mit einem mit einer Zahnung versehenen, drehbar gehalterten Dorn zusammenwirken
kann, wobei das Werkstück zwischen dem Zahnstangen-Werkzeug und dem Dorn angeordnet ist. Das Zahnstangen-Werkzeug
besitzt einen Grundkörper mit einem vorderen und einem hinteren Ende und mit einer Arbeitsfläche,
an der eine Vielzahl von Zähnen vorgesehen ist. Dabei sind die Zähne in einem ersten, zwischen dem vorderen
und dem hinteren Ende liegenden Bereich symmetrisch ausgebildet und besitzen Vorder- und Rückflanken,die
so ausgebildet sind, daß das Werkstück gleichmäßig verformt wird. In einem zweiten, zwischen diesem ersten
Bereich und dem hinteren Ende des Werkstücks liegenden Bereich sind asymmetrische Zähne vorgesehen, deren
Vorderflanke der Vorderflanke der herzustellenden Zähne entspricht, so daß mit ihrer Hilfe am Werkstück die
Vorderflanke der dort herzustellenden Zähne im wesentlichen fertiggestellt werden kann, während die Hinterflanke
der Zähne in diesem Bereich eine ähnliche Form hat wie die Hinterflanke der Zähne in dem ersten Bereich.
In einem dritten Bereich, der zwischen dem
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A 45 517 b
k - 176 - 26 -
4. Feibruar 1983
zweiten Bereich und dem hinteren Ende liegt, entspricht
die Form der Zähne vollständig der Form der am Werkstück herzustellenden Zähne (konjugierte Form).
In einem vierten Bereich, welcher sich daran anschließt, haben die Zähne wieder diese konjugierte Form, jedoch
mit dem Unterschied, daß die Zahnflanken und die Zahnfüße hinterschnitten sind, so daß das Werkstück in den
Bereichen nit kleinerem Durchmesser geglättet und gerichtet werden kann, nachdem es den dritten Bereich
durchlaufen hat. In einem letzten Abschnitt des Werkzeugs haben die Zähne dann eine schrittweise abnehmende
Höhe, damit das Werkstück gegen Ende der Betätigung der Werkzeuganordnung freigegeben wird. Während gemäß
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Geradverzahnung vorgesehen ist bzw. erzeugt werden kann, können unter
Anwendung der vorstehend erläuterten Grundprinzipien der Erfindung in entsprechender Weise auch Werkzeuge
mit Schrägverzahnung zur Herstellung einer Schrägverzahnung an einem Werkstück entwickelt werden. In diesem
Fall sind die Werkzeugzähne dann schräg zu den Seitenflächen der Werkzeuge bzw. zur Bewegungsrichtung
derselben orientiert. Ausgehend vom Stand der Technik und dem vorstehend beschriebenen Ausführungs-r
beispiel stehen dem Fachmann also zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote, ■
ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.
Leerseite
Claims (1)
- HOEGER, STELLRECHT &-PÄR~n\|-ER3.30 4 2PATENTANWÄLTE
UHLANDSTRASSE 14 c D 7OOO STUTTGART 1A 45 517 b Anmelder: Ex-Cell-0 Corporationk - 176 2855 Coolidge4. Februar 198 3 Troy, Michigan 48o84USAPatentansprücheVerfahren zum Drücken einer Zahnung, insbesondere einer Keilverzahnung, an einem zunächst hohlzylindrischen, rohrförmigen Werkstück, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:a) man wirkt auf das rohrförmige Werkstück mit symmetrisch geformten Zähnen ein, um an dem Werkstück ein gleichmäßig gewelltes Profil zu erzeugen;b) man wirkt auf das Werkstück mit dem gewellten Profil an ausgewählten, im Abstand voneinander befindlichen Stellen, die den Vorderflanken der Zähne der fertigen Zahnung entsprechen, mit asymmetrischen Zähnen ein, um an diesen Stellen ein der Vorderflanke der fertigen Zähne entsprechendes Profil zu erzeugen undc) man wirkt auf das Werkstück mit Zähnen ein, deren Form zur Form der fertigen Zähne des Werkstücks konjugiert ist, um die Rückflanke der Zähne des Werkstücks zu erzeugen, während die zuvor erzeugte Vorderflanke dieser Zähne im wesentlichen unverändert bleibt.A 45 517 bk - 176 - 2 -4. Februar 19832. Verfahren.nach Anspruch lf dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf des Verfahrensschrittes (c) auch die übrigen Teile des Profils des Werkstücks in eine Form gebracht werden, die der Kopfform der am Werkstück herzustellenden Zähne entspricht.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verfahrensschritte mittels zweier Zahnstangen-Werkzeuge durchgeführt werden, die das zunächst rohrförmige Werkstück an einander diametral gegenüberliegenden Punkten erfassen und deren Zähne so ausgebildet sind, daß im Zuge der einzelnen Verfahrensschritte die entsprechende Profilierung des Werkstücks im Zusammenwirken mit den Zähnen eines innerhalb des Werkstücks befindlichen Doms erfolgt.4. Werkzeuganordnung zum Drücken einer Zahnung, insbesondere einer Keilverzahnung, an einem zunächst hohlzylindrischen, rohrförmigen Werkstück, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit mindestens einem Werkzeug,' welches einen ein vorderes und ein hinteres Ende aufweisenden Grundkörper besitzt, der an einer Arbeitsfläche mit einer Vielzahl von Zähnen versehen ist und mit einem mit diesem Werkzeug zusammenwirkenden, drehbar gehalterten, und an seiner Mantelfläche mit einer Zahnung versehenen Dorn, welcher sich beim Drücken im Inneren des Werkstücks befindet, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeug ein erster Bereich (82, 84) vorhanden ist, in dem-3-.33.QA278A 45 517 bk - 176 - 3 -4. Februar 1983die Zähne (3o, 32, 4o) derart ausgebildet sind, daß das Werkstück mit ihrer Hilfe in den angrenzenden Zahnzwischenraum des Doms (94) hinein gleichmäßig verformbar ist, daß zwischen diesem ersten Bereich (82) und dem hinteren Ende (72) des Werkzeugs(Io, 12)ein zweiter Bereich (86) vorgesehen ist, dessen Zähne (42 bis 48) derart asymmetrisch ausgebildet sind, daß sie im wesentlichen dieselben Vorderflankenform besitzen wie die in dem Werkstück (16) herzustellenden Zähne und eine Rückflankenform, die im wesentlichen gleich der Rückflankenform der Zähne im ersten Bereich (82) ist und daß zwischen dem zweiten Bereich (86) und dem hinteren Ende (72) des Werkzeugs (lo, 12) ein dritter Bereich (88) vorgesehen ist, dessen Zähne (5o bis 58) derart ausgebildet sind, daß sie der Form der in dem Werkstück (16) herzustellenden Zähne entsprechen.5. Werkzeuganordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dritten Bereich (88) und dem hinteren Ende (72) des Werkzeugs (lo,12) ein vierter Bereich (89) vorgesehen ist, dessen Zähne im wesentlichen der Form der in dem Werkstück herzustellenden Zähne entsprechen, jedoch an den Zahnflanken und an der Zahnwurzel derart hinterschnitten sind, daß die Teile kleineren Durchmessers des Werkstücks (16) durch die Zähne des vierten Bereichs (89) glättbar und richtbar sind.-4-A 45 517 bk - 176 - 4 -4. Februar 19836. Werkzeuganordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des ersten Bereichs (82) symmetrisch zu ihrer Mittelachse ausgebildet sind.7. Werkzeuganordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des ersten Bereichs (8 2) spitzbogenförmig ausgebildet sind.8. Werkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (82) mindestens sechs Zähne (3o, 32, 4o) umfasst, die ausgehend vom vorderen Ende (6o) des Werkzeugs (lo, 12) eine zunehmend größere Höhe besitzen.9. Werkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (3o, 32, 4o) im ersten Bereich eine Höhe zwischen 8o und 9o% der vollen Zahnhöhe der in dem Werkstück (16) herzustellenden Zähne besitzen.Io. Werkzeuganordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endbereich (90) mindestens sechs Zähne umfasst, deren Höhe sich ausgehend von der vollen Höhe der im Werkstück (16) herzustellenden Zähne in Richtung auf das hintere Ende (72) des Werkzeugs (lo, 12) schrittweise verringert.-5-A 45 517 bk - 176 - 5 -4. Februar 198311. Werkzeuganordnxing nach einem der Ansprüche 4 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen der Zähne im ersten und zweiten Bereich (82 bzw. 86) unterhalb der Spitzen der Zähne im dritten Bereich (88) liegen und daß die Spitzen der Zähne im ersten Bereich (82) tiefer liegen als die Spitzen der Zähne im zweiten Bereich (86).-6-
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