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Verfahren zum Einwalzen des Zahnprofils an Zahnradwerkstücken. Für
diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom z. Juni igi t die Priorität auf
Grund der Anmeldung in den Vereinigten Staaten von Amerika vom B. August igiq. beansprucht.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Zahlradl)rofilen an gewalzten
Gegenständen, wie beispielsweise "Zahnräder, Zahnstangen ü. dgl., sowie auf eine
Einrichtung für diesen Zweck, woselbst die Zahnnrofile durch Abwälzen eines Werkstückes
gegen eine sich bewegende Matrize in der Weise abgewälzt wird, daß während des Walzens
die Zähne .der- Matrize stets in radialer oder annähernd radialer Bahn in das \Verkstück
eintreten.
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Es hat sich herausgestellt, daß es möglich ist, ein gewalztes Zahnrad,
welches besser ist als irgendeines der bisher hergestellten, dadurch zu erlangen,
daß dein Werkstück und der Matrize während des Walzvorganges eine hohe lineare Geschwindigkeit
erteilt wird. Eine Folge dieser hohen Geschwindigkeit ist ein bedeutend wirksameres
Zu-. _gen des Metalls, als dies bisher s saminendrin ini)Irlich war,
und weiterhin ist (las Metall bestrebt, unter der Stoßwirkung, die bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit
erzeugt wird, sich leichter und williger zu verschieben.
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Für Maschinen der gekennzeichneten Art ist es von Wichtigkeit, daß
die Matrize infolge ihrer Berührung mit dein - Werkstück nicht zu hoch erhitzt wird.
Das Verfahren der Erfindung zeitigt nun infolge der hohen Arbeitsgeschwindigkeit
die Wirkung, daß die Berührung des heißen Werkstückes mit irgendeinem Teil der Walzinatrice
sich auf eine geringe Zeit beschränkt, derart, däß die Matrize nicht während einer
genügenden Zeitdauer in Berührung mit dem Werkstück verbleibt, um erhitzt zu werden.
Die Matrize bleibt somit kalt und verliert nicht ihre Gestalt. Ein weiterer Vorteil
der hohen Arbeitsgeschwindigkeit beruht darin, daß die Annäherungsbewegung zwischen
Matrize und Werkstück behufs Herstellung der 7ahnprofile für. jede Umdrehung des
`Merkstückes und der Matrize auf eine sehr kleine Entfernung begrenzt wird. Hieraus
folgt der weitere Vorzug, daß die zum Antrieb des Werkstückes erforderliche Drehkraft
wesentlich vermindert i@irrl, und daß die Möglichkeit eines Gleitens oder Verschiebens
des Werkstückes in .seinem Halter vermieden wird. Die Vermeidung dieser Werkgtückverschiebung
ist von wesentlicher Wichtigkeit, da diese Werkstückverschiebung mit Bezugauf die
Matrize eine ungenaue Herstellung der Zahnprofile verursacht, und die hierdurch
bergest Uten Zahnräder nicht z«veckmäßg und brauchbar sind.
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Ein weiterer Vorteil der R.rfindung beruht darin, claß infolge der
hohen Geschwindigkeit,
mit welcher das V@Talzen vor sich geht, der
sich auf dem Werkstück bildende Hammerschlag selbsttätig abgeschlagen wird, und
dies ist besonders beim Walzen von Zahnrädern der Fall, wo die Schleuderkraft das
Abschlagen oder Säubern des Hammerschlages unterstützt.
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Ein weiterer Vorteil des Verfahrens beruht darin, daß Zahnprofile
hergestellt werden, deren Kanten fast ebenso scharf sind wie diejenigen von geschnittenen
Zahnprofilen, weil -das Metall durch -einen Stoß in die Matrize hineingedrückt wird.
Diese Stoßwirkung ist eine Folge der hohen Geschwindigkeit, die den Teilen während
des Walzens erteilt wird. Praktisch ist es möglich, mit dem Verfahren der Erfindung
Zahnräder mit scharfkantigen, im Fischgrätenverband angeordneten Zähnen dadurch
herzustellen, daß das Werkstück -und die Matrize mit einer Geschwindigkeit von q.oo
Umdrehungen in der Minute angetrieben werden. Durch das Verfahren der Erfindung
hergestellte Zahnräder besitzen eine äußerste Dichtigkeit, Festigkeit und Dauerhaftigkeit
und besitzen ein verfeinertes Gefüge. Das Gefüge des Metalls in dem Werkstück wird
während des Walzens - nicht zersdhnitten, sondern. folgt der gezahnten Gestalt des
Zahnrades derart, daß da`s Metallgefüge des fertig hergestellten Zahnrades nach
einer PYramidenform zusammengedrängt wird, so daß die Zähne Biegungs- oder Abscberungsbeanspruchungen
gegenüber einen hohen "Widerstand aufweisen.
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Die .Zahnräder werden zweckmäßig unmittelbar aus von dein Fallhammer
geschiniedeten- Werkstücken ohne irgendwelche Maschinenarbeit hergestellt. Diese
Werkstücke besitzen ungefähr denselben äußeren Durchmesser, wie der Teilkreis der
aus ihnen her-. gestellten Zahnräder. "Während des 1Valzvorganges verschiebt sich
das Metall und nimmt einen größeren Durchmesser ein, so daß praktisch kein Metallverlust
auftritt und.nur ein geringer Überschuß notwendig ist, um zu bewirken, daß die Zähne
der Matrize am Ende des Walzvorganges vollständig durch das Metall des "Werkstückes
ausgefüllt werden. Infolge der Dichtigkeit ist somit die Festigkeit des Zahnrades
an allen Punkten sehr gleichmäßig.
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Das gemäß der Erfindung hergestellte Zahnrad ist für mannigfache Zwecke
anwendbar, ohne daß es nach dem Walzvorgange einer weiteren Behandlung unterzogen
zu werden braucht. Überall da, wo jedoch eine äußerste Genauigkeit wünschenswert
ist oder irgendwelche Unregelmäßigkeiten vorhanden sein sollten, kann .das Zahnrad
in irgendeiner Weise fertig bearbeitet beerden, wie beispielsweise dadurch, daß
es mit einem anderen Zahnrade zusainmenläu ft oder durch Zusaminenlaufen mit einem
anderen Rade in einer abreibenden oder abschleifenden Mischung während weniger Minuten.
Die durch die Erfindung hergestellten Zahnräder können nachher irgendeiner gewünschten
Hitzebehandlung oder Härtung unterworfen werden. Da nun die Struktur des Metalls
sich bereits während des heißen Zustandes bei der Herstellung der Zähne bei einer
Temperatur, die oberhalb des kritischen Punktes des Metalls liegt, verändert hat
und keine inneren Beanspruchungen vorhanden sind, so wird die Hitzebehandlung oder
das Härten keinen Einfluß auf die Struktur des Metalls ausüben, wie dies bei geschnittenen
Zahnrädern der Fall ist.
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Gemäß der Erfindung wird zweckmäßig ein Werkstück aus kohlenstoffreichem
Stahl verwendet, so daß die abschreckende Wirkurig bei seiner Berührung mit der
verhältnismäßig kalten Matrize während der hohen Walzgeschwindigkeit dein Zahnrade
eine gehärtete Oberfläche verleiht, ohne daß eine zusätzliche Härtung oder Bearbeitung
erforderlich ist.
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Das Verfahren und eine Einrichtung gemäß der Erfindung sind in einer
Ausführungsart an Hand beiliegender Zeichnung erläutert.
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Abb. i ist ein Grundriß der Walz-1naschine; Abb. 2 u11(1 3 sind schematische
Darstellungen, welche den Vorgang der Ausbildung eines Zahnes veranschaulichen.
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In Abb. i sind mit i und 2 die beiden Hauptwellen bezeichnet, die
in lagern der Grundplatte 3 ruhen und von denen jede ein starr an ihr befestigtes
Zahnrad 4. trägt. Diese Zahnräder sind in gegenseitiger Eingriffsverbindung durch
ein Zwischenrad Die Welle i trägt eine gezahnte Vorforminatrize oder Walze 6 und
die Welle 2 eine gezahnte Fertigwalze 7. Eine Platte 8 lagert auf der (`,rundplatte
3 und ist mit den Drehpunkt 9 daran schwingbar befestigt. Die zu einem Lagergestell
ausgebildete Platte 8 trägt eine Welle, deren eines Ende zur Aufnahme des Werkstückes
mit dein Werkstücl:halter 1o ausgerüstet ist. Am anderen l-i'iide ist ein Zahnrad
i i in Eingriff mit einem Zahnrad 12 auf der Welle 2. Die Achse im Drehpunkt g wird
der Lage nach als durch jenen Punkt gehend bestimmt; wo sich die Teilkreise der
Zahnräder i i und 12 berühren und muß ferner in Richtung finit dein einen Rand des
Zahnrades i i liegen. Daher wird die Tiefe des Eingriffs der Zahnräder 1i und 12
an ihrer in der Drehachse liegenden Seite nicht geändert, wenn sich die Platte 8
bewegt, woraus folgt, daß das Gescllwiiidiglceitsverliältnis
zwischen
(lein Werkstück und der Fertigwalze ein fest bestimmtes ':leibt, ob (las \\'crlstiicl:
sich in Bearbeitungsein"riff finit der Fertigwalze oder mit der V orforinnalze befindet
oller ob es in , irgendeiner Zwischenlage zwischen den beiden Grenzen ist. Da weiterhin
die '\@'ellen r ' und 2 unter @`erinittlung eines Zwischenrades miteinander in Eingriff:
stehen, ist (las Geschwiniligkeitsverhältnis zwischen Werkstück und: Vorforinniatrize
ebenfalls ein feststehendes. Die Platte 8 wird zwischen den \@-ellen entweder durch
das Handrad 13 oder die ltienienscheihe 14 hin und her verschoben. (lie ihrerseits
die Schraube 15 beeinflussen. lZin- . stellbare Anschläge 16 und 17 begrenzen die
BeweEting der Platte B.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Die Maschirre wird durch eine nicht
dargestellte Vorrichtung angetrieben, welche auf die Welle 2 einwirkt. Das in die
'Maschine eingeführte Werkstück wird durch das Handrad gegen die @orform«@a1ze6
gedrückt. Nachdem (Nie ; Vorbearbeitungd des @Z'erkstückes genügen d fortgeschritten
ist. wirr' letzteres in Eingriff mit der Fertigwalze 7 gebracht. Aus Obigen: geht
hervor, daß die lineare Geschwindigkeit der Teilkreislinie des Werkstückes während
der ganzen Zahnherstellung dieselbe ist wie die der Walzen 6,7.
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Die Wirkung der Zähne der Matrize auf das Metall des Werkstückes soll
nun in folgendem mit Bezug auf die Abb.. 2 und 3 beschrieben werden. Die Lage eines
Zahnes an i der Matrize mit Bezug auf das U%erkstiick f bei Beginn der Zahnherstellung
ist durch die l ausgezogenen Linien in der Abb. -- dargestellt. Der Pfeil 34 stellt
eine Linie dar, die genügend nach oben verlängert durch den i Mittelpunkt der ',Matrize
hindurchgeht, unter i der Voraussetzung; daß diese kreisförmig gestaltet ist. Während
jeder Umdrehung der j Matrizen weist dieser Pfeil einmal direkt- I nach der 'Mitte
36 des Werkstückes hin. i Wenn nun der Zahn immer tiefer und tiefer in das Metall
des Werkstückes eindringt, so wird eine Reihe von Punkten oder Linien 37 hergestellt.
Die Abb.2, welche die Herstellungsart eines Zahnes veranschaulichen soll, zeigt
die verschiedenen Arbeitsstufen in der Herstellung eines Zahnes. Das Diagramm veranschaulicht
gewissermaßen die erste Stoßwirkung der Matrize sowie die zweite, dritte und vierte
Stoßwirkung. Das Metall wird somit den aufeinanderfolgcaden Einwirkungen der 'Matrize
ausgesetzt mit der Wirkung, (lad eine beträchtliche Zunahme in der Dich- . ti,-keit
des Metalles am Fuße der Zähne Platz greift. so daß schließlich das 'Jetall an der
fraglichen Stelle eine p@-rlniidenfi)rniige Gestalt ;uniiunnt. Die Wirkung der 'Matrize
beim Eintreten eine,; Zahnes in (las Werkstück gellt gewissermaßen dahin, die Metallteilchen
des letzteren zu verschieben, ohne (las Gefüge zu unterbrechen. Der "/.ahn hat nach
seiner Herstellung daher eine erhöhte Dichtigkeit in seiner Struktur, wie dies schematisch
in der Abb.3 veranschaulicht ist.-- Diese Wirkung rührt daher, daß die Matrize sich
nach radialen Linien nach dein Mittelpunkt ,les \\-erkzetiges hin verschiebt, und
außerdem ist diese Wirkung eine Folge der hohen Geschwindigkeit des sich bewegenden
Werkstückes und der Matrize. Ein jeder Punkt des \\'erkstückes liegt dein Punkte
gegenüber, wo die Linie 34 das Ende des Zahnes schneidet und nenn der Pfeil nach
dem :'Mittelpunkt 36 hinweist, so würde eine durch diese Punkte gezogene Linie gerade
und radial nach der Mitte des Werkstückes verlaufen:: Dasselbe ist der Fall, wenn-
die Matrize eine Zahnstange ist. In jedem Falle verläuft die Linie 3.4 senkrecht
zum Teilkreis.' Daß der Zahn der Matrize in das Werkstück nicht nach (fieser radialen
Bahn eintritt, ist eine Folge der synchronen Verhältnisse zwischen den Matrizen
und .dem Werkstück, d. h. der Tatsache, daß die Teilkreisgeschwindigkeit von 'Matrize
und Werkstück gleich ist. Sowie der-Zahn in das Metall des Werkstückes eindringt,
verschiebt er schrittweise das Metall, ohne sein Gefüge zu zerschneiden, derart,
daß am Ende der Zahnherstellung das Metallgefüge an der Zahnkrone und am Zahnfuß
die in Abb. 3 dargestellte Gestalt aufnimmt.
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Abb.3 zeigt ein Segment eines nach dein Verfahren der Erfindung hergestellten
Zahnrades. Die dünnen unregelmäßigen Linien 'zeigen die Art und Weise, in welcher
das Metallgefüge der Gestalt der Zähne folgt, und der punktierte Teil der Zahnfläche
gibt die zunehmende Dichtigkeit an, welche eine Folge der Zahnherstellung ist. Hieraus
geht hervor. daß infolge des neuen Herstellungsverfahrens .das Metallgefüge zu einer
Pyramide geformt wird und: der Zahnwerkstoff zusammengedrängt wird, so daß ein dichtere<
und feineres Gefüge erhalten wird.