DE3915969A1 - Verfahren und vorrichtung zum schmieden von schraegverzahnten zahnraedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Schmieden von Zahnrädern entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Bei einem aus DE 36 14 619 C1 bekannten Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern wird ein Rohling in eine innenverzahnte Preßmatrize eingesetzt. In die Preß­ matrize wird ein mit einer Außenverzahnung versehener Preßstempel eingeführt. Dabei bewirkt die Stirnfläche des Preßstempels zusammen mit einem von ihr abstehenden Steuerdorn, daß das Material in die Lücken der Ver­ zahnungsgravur der Preßmatrize eindringt. Der Preß­ vorgang besteht dabei aus einer Linearbewegung des Preßstempels relativ zu der Preßmatrize. Auf diese Weise können geradverzahnte Zahnräder in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden, wobei der Steuerdorn im fertigen Zahnrad ein Mittelloch erzeugt. Die Her­ stellung schrägverzahnter Zahnräder ist mit dem be­ kannten Verfahren nicht möglich.

DE 35 33 426 A1 beschreibt ein Verfahren zur Her­ stellung von Zahnrädern, bei dem zwei Preßstempel gleichzeitig von entgegengesetzten Seiten her in die Preßmatrize eindringen, welche in frei schwebendem Zu­ stand gehalten wird. Auch mit diesem Verfahren ist das Schmieden schrägverzahnter Zahnräder nicht möglich.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art im Hinblick auf die Herstellung schrägverzahnter Zahnräder weiterzubilden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden schräg­ verzahnte Zylinderräder in einem einzigen Arbeitsgang aus einem Rohling hergestellt, indem eine Preßmatrize mit schräger Innenverzahnung und mindestens ein Preß­ stempel mit schräger Außenverzahnung derart ineinander­ gedreht werden, daß ihre Verzahnungen ineinandergreifen und der Hohlraum der Preßmatrize von dem Preßstempel und seiner Außenverzahnung vollständig ausgefüllt wird. Bei dem Preß- oder Schmiedevorgang erfolgt nicht ledig­ lich eine Axialbewegung des Preßstempels in Bezug auf die Preßmatrize, sondern gleichzeitig wird eine Dreh­ bewegung durchgeführt, welche auf die Linearbewegung entsprechend der Steigung der Verzahnungsgravuren ab­ gestimmt ist. Der Preßbewegung wird also eine Dreh­ bewegung zwischen Stempel und Matrize überlagert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Kurven­ getriebe vorgesehen, das die Relativdrehung zwischen Preßstempel und Preßmatrize in Abhängigkeit vom linearen Verschiebungsweg steuert. Ein solches Kurven­ getriebe kann beispielsweise aus einer Nockensteuerung oder einem Gewindetrieb bestehen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden zwei Preßstempel von entgegengesetzten Seiten her in eine schwimmend gehaltene Preßmatrize eingeführt, wobei jeder der beiden Preßstempel durch ein Kurvengetriebe entsprechend seiner axialen Position innerhalb der Preßmatrize gedreht wird. Der eine Preßstempel ist an dem festen Pressentisch abgestützt, während der andere Preßstempel an dem Pressenstößel abgestützt ist. Beide Preßstempel sind relativ zu dem jeweils abstützenden Organ frei drehbar, während die Preßmatrize unverdreh­ bar linear verschiebbar geführt ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß eine einfache Presse mit nur einem einzigen axial bewegten Pressenstößel benutzt werden kann und daß nicht zwei Stößelbewegungen aufeinander abgestimmt werden müssen. Die Eindringbewegung des axial unbeweglichen Preßstempels erfolgt durch eine Axialbewegung der Preßmatrize infolge der Wandreibung des umgeformten Werkstoffes. Der Preßvorgang kann durch schnelle Stößelbewegung in einem stoßartig ablaufenden Verformungsprozeß durchgeführt werden. Doppelt wirkende Pressen sind dagegen relativ langsam und ermöglichen eine derartig kurze Stoßverformung nicht.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung und

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird eine Presse benutzt, die insgesamt nicht dargestellt ist. Von der Presse sind nur der Pressentisch 10 und der linear bewegbare Pressenstößel 11 abgebildet. Der ortsfeste Pressentisch 10 trägt einen Lagerkörper 12, an dem ein Block 13 mit einem Axialdrucklager 14 und einem Radiallager gelagert ist. Durch das Axialdruck­ lager 14 wird der Block 13 gegen den Pressentisch 10 abgestützt und das Radiallager 15 erlaubt eine Drehung des Blocks 13 um dessen Achse, die die Normale zum Pressentisch 10 bildet. Auf der dem Pressentisch 10 abgewandten Seite weist der Block 13 eine Ausnehmung 16 auf, in der ein Halter 17 zur Aufnahme der Preßmatrize 18 untergebracht ist.

Die Preßmatrize 18 bildet eine Negativform des herzu­ stellenden Zahnrades, hat jedoch eine größere Länge. An der Innenseite der Preßmatrize 18 befindet sich die schraubenförmige Verzahnungsgravur 19.

In die Preßmatrize 18 ist der Preßstempel 20 einführ­ bar, der an dem Pressenstößel 11 befestigt ist. Der Preßstempel 20 weist eine äußere Verzahnungsgravur 21 auf, die der Verzahnung des herzustellenden Zylinder­ rades entspricht, jedoch eine größere Länge hat. Die Verzahnungsgravur 19 ist das Negativ der Verzahnungs­ gravur 21. Dies bedeutet, daß der Preßstempel 20, wenn er in den Hohlraum der Preßmatrize 18 eingeführt ist, diesen Hohlraum vollständig ausfüllt.

Von dem Ende des Preßstempels 20 steht ein Steuerdorn 22 axial ab. Der Hohlraum der Preßmatrize 18 wird am unteren Ende abgeschlossen durch den Auswerfer 23, der am Pressentisch 10 abgestützt ist und durch einen Kanal des Blockes 13 hindurchführt. Dieser Auswerfer 23 bildet gleichzeitig das Gegenlager zum Abstützen des Werkstücks beim Preßvorgang.

Der Rohling 24, aus dem das Zahnrad gefertigt wird, ist ein vorbereiteter Preßling von zylindrischer Form, der in den Hohlraum hineinpaßt, ohne in die Lücken der Ver­ zahnungsgravur 19 einzudringen. Der Rohling 24 weist ein Sackloch 25 auf, in das bei dem Verformungsprozeß der Steuerdorn 22 eindringt.

Zur Durchführung der Relativdrehung zwischen Preß­ stempel 20 und Preßmatrize 18 ist ein Kurvengetriebe 26 vorgesehen, das den Block 13 in Abhängigkeit von der axialen Position des Preßstempels 20 dreht. Das Kurven­ getriebe 26 weist eine an dem Block 13 befestigte Schraubenfläche 27 und eine an dem Stößel 11 oder dem Preßstempel 20 befestigte Laufrolle 28 oder einen Gleitstein auf, welche entlang der Schraubenfläche 27 gleitet. Die Steigung der Schraubenfläche 27 ist ent­ sprechend der Steigung der herzustellenden Schräg­ verzahnung bemessen, so daß der Block 13 zusammen mit der Preßmatrize 18 bei der Abwärtsbewegung des Pressen­ stößels 11 so gedreht wird, daß die Verzahnungsgravur 19 sich in die unverdrehte Verzahnungsgravur 21 des abwärtsbewegten Preßstempels 20 hineindreht. Dabei fließt das Material des Rohlings 24, das axial ge­ staucht wird, radial in die Lücken der Verzahnungs­ gravur 19 hinein, um diese vollständig auszufüllen. Der Steuerdorn 22 bewirkt, daß das Zahnrad mit einer zen­ tralen Eindornung hergestellt wird. Er begünstigt außerdem den radialen Materialfluß in die Lücken der Verzahnungsgravur 19, da auf das Material an zwei Stellen Druck ausgeübt wird. Erstens an der Stirnfläche des Steuerdornes und zweitens an der Stirnfläche des Preßstempels 20.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird der Preß­ stempel 20 unverdrehbar festgehalten, jedoch linear bewegt, während die Preßmatrize 18 gegen lineares Be­ wegen festgehalten, jedoch entsprechend der Position des Preßstempels 20 um ihre Achse gedreht wird. Selbst­ verständlich kann in einer anderen Ausführung der Preß­ stempel durch ein Axialdrucklager und ein Radiallager drehbar und die Preßmatrize axial und drehfest ange­ ordnet werden. Die Einleitung der Drehbewegung des Preßstempels erfolgt hierbei ebenfalls über ein oben beschriebenes Kurvengetriebe.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Block 13 mit der Preßmatrize 18 linear verschiebbar geführt, jedoch unverdrehbar gehalten wird, während der Preß­ stempel 21, sowie ein weiterer Preßstempel, ent­ sprechend der Eindringtiefe in die Preßmatrize gedreht wird.

Gemäß Fig. 2 ist der Block 13 an Führungssäulen 30 ge­ führt, die vom Pressentisch 10 abstehen. Eine aus Federn bestehende Druckvorrichtung 31 hält den Block 13 in einem Schwebezustand über dem Pressentisch 10.

Der Preßstempel 20 ist relativ zu dem Stößel 11 drehbar und gegen den Stößel 11 durch ein Axialdrucklager 32 und ein Radiallager 33 abgestützt. Der Preßstempel 20 ist mit einem Stempelträger 34 fest verbunden. Das Kurvengetriebe 26 treibt den Stempelträger 34 zusammen mit dem Preßstempel entsprechend der axialen Position des Pressenstößels 11 drehend an. Es besteht aus der an dem Block 13 befestigten Schraubenfläche 27 und der darauf abrollenden Laufrolle 28 oder Gleitstein, die an dem Stempelträger 34 gelagert ist. Es kann eine Andrück­ vorrichtung vorgesehen sein, die derart auf das Kurven­ getriebe einwirkt, daß die Laufrolle 28 oder Gleitstein in fester Anlage an der Schraubenfläche 27 gehalten wird.

Von der dem Preßstempel 20 entgegengesetzten Seite her kann ein weiterer Preßstempel 35 in die Preßmatrize 18 eindringen. Dieser Preßstempel 35 befindet sich teil­ weise in einer Ausnehmung des Blockes 13 und er ist über einen Schaft 36 mit einem Steuerorgan 37 ver­ bunden. Dieses Steuerorgan 37 ist mit einer schrägen Außenverzahnung 38 versehen, welche in ein entsprechen­ des Steuergewinde 39 eingreift, das in einer Ausnehmung des Blockes 13 als Innenverzahnung enthalten ist. Das Steuerorgan 37 und das Steuergewinde 39 bilden das zweite Kurvengetriebe 40 zur Steuerung der Drehung des zweiten Preßstempels 35 in Abhängigkeit von dessen Ein­ dringtiefe in die Preßmatrize 18. Das rückwärtige Ende des Schafts 36 ist an dem Kopf des Auswerfers 23 ab­ gestützt, der seinerseits gegen den Pressentisch 10 anstößt. Bei dem Verformungsvorgang des Rohlings 24 bildet daher der zweite Pressenstempel 35 die ortsfeste Abstützung für den Rohling 24, während sich die axiale Position des Blocks 13 aufgrund der einwirkenden Kräfte frei einstellt und der Preßstempel 35 sich entsprechend der axialen Einstellung der Preßmatrize 18 derart dreht, daß seine äußere Verzahnungsgravur 41 sich in die innere Zahnungsgravur 19 einschraubt.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist der Rohling 24 rohrförmig ausgebildet und auf dem Preßstempel 35 abgestützt. Der Führungsdorn 22 des Preßstempels 20 durchdringt vor dem Verformungsvorgang den Kanal des Rohlings 24 und schiebt sich während des Verformungs­ vorgangs in ein Sackloch 42, das in dem Preßstempel 35 und dem Schaft 36 vorgesehen ist.

Die Kurvengetriebe 26 und 40 sind gegenläufig aus­ gebildet, d.h. sie bewirken gegenläufige Drehungen der Preßstempel 20 und 35, wenn diese Preßstempel in die Preßmatrize 18 eindringen. Die Steigungen beider Dreh­ bewegungen sind einander gleich.

Bei einer Abwärtsbewegung des Pressenstößels 11 zu­ sammen mit dem Preßstempel 20 durchdringt der Führungs­ dorn 22 den Kanal des Rohlings 24. Danach stößt die Stirnseite des Preßstempels 20 gegen die Stirnseite des an dem Preßstempel 35 abgestützten Rohlings 24, der nachfolgend gestaucht wird. Das Material des Rohlings 24 fließt in die Verzahnungsgravur 19 ein, wobei der Block 13 mit der Preßmatrize 18 unter Reibungswirkung entgegen der Kraft der Druckvorrichtung 31 nach unten bewegt wird. Dadurch dringt der an dem Stützelement des Auswerfers 23 abgestützte Preßstempel 35 unter Drehung tiefer in die Preßmatrize 18 ein. Der Rohling 24 wird also von zwei entgegengesetzten Seiten her mit Druck beaufschlagt und von diesen beiden Seiten her verformt, obwohl die Pressenbewegung bei feststehendem Pressen­ tisch 10 ausschließlich von dem Pressenstößel 11 aus­ geführt wird.

Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ermög­ lichen das Umformen von Rohlingen zu Zahnrädern bei allen Rohlingstemperaturen. D. h. es ist Warm-, Halb­ warm- und Kaltumformung möglich. Die beiden ersten Tempe­ raturbereiche sind hierbei besonders vorteilhaft, da nach dem Umformen ein Abkühlen der Zahnräder in der Preßmatrize erfolgt. Hierdurch schrumpfen die Räder und lösen sich dadurch von der Gravurwand. Deshalb ist ein besonders leichtes Ausstoßen der Zahnräder aus der Matrize möglich.

Claims (6)

1. Verfahren zum Schmieden von Zahnrädern, bei dem ein Rohling (24) in einer Preßmatrize (18) durch Einführen mindestens eines Preßstempels (20; 35) mit Verzahnungsgravur (21; 41) in Längsrichtung gestaucht und dadurch radial in eine Verzahnungs­ gravur (19) der Preßmatrize (18) hinein auf­ geweitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Schrägverzahnung Preß­ matrize (18) und Preßstempel (20; 35) mit schräg­ verzahnten Verzahnungsgravuren (19; 21; 41) benutzt werden, und daß zwischen Preßstempel (20; 35) und Preßmatrize (18) während des Einführens in die Preßmatrize (18) eine der Einführgeschwindigkeit und der Steigung der Verzahnungsgravuren ent­ sprechenden Drehgeschwindigkeit aufgebaut wird.

2. Vorrichtung zum Schmieden von Zahnrädern mit einer Presse, die mindestens einen Preßstempel (20; 35) mit äußerer Verzahnungsgravur (21; 41) und eine Preßmatrize (18) mit innerer Verzahnungsgravur (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungsgravuren schrägverzahnt sind und daß ein Kurvengetriebe (26; 40) eine Relativ­ drehung zwischen Preßstempel (20; 35) und Preß­ matrize (18) in Abhängigkeit vom axialen Stempel­ weg bewirkt, derart daß die Verzahnungsgravuren passend ineinandergeschraubt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Preßstempel (20) oder die Preßmatrize (18) mit einem Axialdrucklager (32; 14) und einem Radiallager (33; 15) drehend an dem Pressenstößel (11) oder Pressentisch (10) abgestützt ist, und daß das Kurvengetriebe (26) aus einer Schrauben­ fläche (27) und einem darauf abgestützten Führungs­ teil (28) besteht, von denen eines mit der Preß­ matrize (18) und das andere mit dem Preßstempel (20) fest verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Preßmatrize (18) relativ zum Pressentisch (10) axial bewegbar geführt und von einer nachgiebigen Druckvorrichtung (31) im Schwebezustand gehalten ist, und daß zwei Preß­ stempel (20; 35) vorgesehen sind, die von entgegen­ gesetzten Enden her drehend gleichzeitig in die Preßmatrize (18) einführbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Preßmatrize (18) in einem axial ge­ führten Block (13) befestigt ist, in dem ein zweiter Preßstempel (35) axial verschiebbar ge­ führt ist, und daß ein zweites Kurvengetriebe (40) vorgesehen ist, das den zweiten Preßstempel (35) entsprechend seiner axialen Verschiebung relativ zum Block (13) dreht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Preßstempel (35) mit einem Steuerorgan (37) fest verbunden ist, das mit einer Steuerkurve (39) des Blocks (13) in Eingriff ist, und daß der zweite Preßstempel (35) an einem Stütz­ element (23) drehbar abgestützt ist.