DE4212650A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer schraubenkeil-verzahnung mit anschlag auf einer drehbaren welle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Schraubenkeil-Verzahnung mit Anschlag auf einer drehbaren Welle, auf der mit Hilfe von schraubenförmigen Keilen ein anzutreibender Gegenstand so angeordnet ist, daß ein Drehmoment übertragen, ein Axialdruck erzeugt und der Gegenstand in Stellung gebracht wird, wobei dieser Gegenstand davor bewahrt wird, von der Welle loszukommen.

Wie dies in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung (OPI) Nr. 53 727/1980 (der Ausdruck "OPI" bedeutet ungeprüfte, veröffentlichte Anmeldung) offenbart ist, ist an der Abtriebswelle eines Starter-Motors eine Schraubenkeil-Verzahnung mit einem Anschlag ausgebildet. Die Abtriebswelle des Startermotors ist mit der Hülse des äußeren Kupplungsteiles der Überholkupplung so keil-verzahnt, daß die Hülse davor bewahrt wird, axial nach außen abzurutschen und durch den Anschlag an ihrem Ort festgehalten wird.

Ein Beispiel für das übliche Verfahren zum Herstellen einer Schraubenkeil-Verzahnung mit einem Anschlag auf einer drehbaren Welle dieser Art wird nun im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben. Eine Stahlstange oder dergleichen wird durch einen Kaltschmiedevorgang zu einer zu bearbeitenden Welle 1 bearbeitet (die im folgenden als "Wellen-Werkstoff" bezeichnet werden wird), die einen Abschnitt 1a mit einem größeren Durchmesser hat, einen Abschnitt 1b mit einem kleineren Durchmesser und einen Anschlag-Abschnitt 2, wie dies in Fig. 4A dargestellt ist. Im Anschlag-Abschnitt 2 sind in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung mehrere Nuten 2a (drei Nuten im Fall von Fig. 4) ausgebildet. Als nächstes werden in dem Abschnitt 1a mit dem größeren Durchmesser schraubenförmige Nuten 3a in einer Zahl, die zweimal so groß ist wie die Zahl der Nuten 2a (sechs schraubenförmige Nuten im Fall von Fig. 4) so hergestellt, daß die Hälfte der schraubenförmigen Nuten (drei schraubenförmige Nuten im Falle von Fig. 4) jeweils mit den Anschlagnuten 2a in Verbindung stehen. Im einzelnen wird der Abschnitt 1a mit dem größeren Durchmesser des Wellenmaterials 1 zwischen einem Paar von Rollwerkzeugen mit schraubenförmigen Zähnen in gleichen Winkelabständen in Umfangsrichtung eingeklemmt. In diesem Zustand wird das Paar von Rollwerkzeugen in derselben Richtung so angetrieben, daß das Wellenmaterial 1 unter Druck rotiert. Dies führt dazu, daß eine drehbare Welle 4 hergestellt wird, die eine Schraubenkeilverzahnung 3 mit schraubenförmigen Nuten 3a einer Zahl hergestellt wird, die zweimal so groß ist wie die Anschlag-Nuten (sechs schraubenförmige Nuten 3a im Fall von Fig. 4). Jede zweite schraubenförmige Nut 3a, d. h. die Hälfte der schraubenförmigen Nuten, stehen mit den Anschlag-Nuten 2a in Verbindung und die übrigen schraubenförmigen Nuten erstrecken sich bis zum Anschlagabschnitt 2.

Im Falle eines Starter-Motors hat die Hülse des äußeren Kupplungsteils der Überholkupplung schraubenförmige Zähne an ihrer inneren, zylindrischen Umfangswand und zwar in derselben Anzahl der Anschlag-Nuten und sie sind jeweils verschiebbar mit den Anschlagnuten 2a in Eingriff. Die schraubenförmigen Zähne der Hülse des äußeren Kupplungsteils sind mit den Anschlagnuten 2a der drehbaren Welle im Eingriff und sie bewegen sich dann an den Anschlagnuten 2a so vorbei, daß sie sich von den letzteren lösen. In diesem Zustand wird das äußere Kupplungsteil um den Betrag einer Steigung der schraubenförmigen Nuten 3a verdreht und von den jeweiligen, schraubenförmigen Nuten 3a ergriffen und dann soweit zurückgezogen, bis das äußere Ende der schraubenförmigen Zähne gegen den Anschlagabschnitt 2 anschlägt. Auf diese Weise wird das äußere Kupplungsteil davor bewahrt, axial nach außen von der Welle abzugleiten; es wird an Ort und Stelle festgehalten.

Ein weiteres Beispiel des üblichen Verfahrens zum Herstellen einer Schraubenkeil-Verzahnung mit einem Anschlag auf einer drehbaren Welle wird nun im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben.

Als erstes wird eine Stahlstange oder dergleichen durch einen Kaltschmiedevorgang zu einem zu bearbeitenden Wellenmaterial 5 umgeformt, die gemäß Fig. 5A einen Abschnitt 5a mit größerem Durchmesser und einen Abschnitt 5b mit kleinerem Durchmesser hat. Wie dies in Fig. 5B dargestellt ist, wird danach eine ringförmige Nut 5c an einer Seite des Abschnittes 5a mit dem größeren Durchmesser durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt, so daß ein Anschlag-Vorsprung 6 entsteht. Der Abschnitt 5a mit dem größeren Durchmesser mit dem Anschlag-Vorsprung 6 wird zwischen einem Paar von Rollwerkzeugen eingeklemmt, die mehrere schraubenförmige Zähne habe. In diesem Zustand wird das Paar von Rollwerkzeugen in derselben Richtung so angetrieben, daß das Wellenmaterial 5 unter Druck gedreht wird. Wie dies in Fig. 5C dargestellt ist, führt dies dazu, daß schraubenförmige Keile 7 mit mehreren schraubenförmigen Nuten 7a (sechs schraubenförmige Nuten im Fall von Fig. 5) in gleichen Winkelabständen auf dem Abschnitt 5a mit dem größeren Durchmesser entstehen. Wie dies in Fig. 5D dargestellt ist, werden danach Verbindungsnuten 8a in den Anschlag-Vorsprung 6 so eingeschnitten, daß sie mit jeder zweiten schraubenförmigen Nut 7a in Verbindung stehen. Die verbleibenden Abschnitte des Anschlagvorsprunges 6 bilden Anschlag-Abschnitte 8. Auf diese Weise ist eine drehbare Welle 9 hergestellt worden, die schraubenförmige Keile 7 und die Anschlagabschnitte 8 aufweist.

Das oben beschriebene, übliche Verfahren zum Herstellen einer schraubenförmigen Keilverzahnung mit einem Anschlag auf einer drehbaren Welle, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, leidet an der Schwierigkeit, daß es beim Roll-Vorgang schwierig ist, die Zähne der Rollwerkzeuge und die Nuten 2a des zu bearbeitenden Wellenmaterials 1 relativ zueinander genau auszurichten.

Das in Fig. 5 dargestellte, übliche Verfahren ist auch insofern nachteilig, daß eine relativ große Anzahl von Herstellungsschritten benötigt werden, um die schraubenförmigen Keile 7 und die Anschlag-Abschnitte 8 herzustellen und es ist ziemlich mühsam, die Anschlagnuten 8a so auszubilden, daß sie mit jeder zweiten, schraubenförmigen Nut 7a in Verbindung stehen.

Bei einem Startermotor mit einem Planeten-Untersetzungsgetriebe, bei dem die Abtriebswelle einen Flansch hat, der als Planetengetriebe-Arm dient, ist das im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebene Verfahren andererseits nicht praktisch. Das heißt, der Flansch der Abtriebswelle behindert den Kaltschmiedevorgang, wie er in Fig. 4B dargestellt ist.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Schwierigkeiten, die bei dem üblichen Verfahren zum Herstellen einer Schraubenkeil-Verzahnung mit Anschlag auf einer drehbaren Welle auftreten, zu vermeiden. Im einzelnen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Schraubenkeil-Verzahnung mit einem Anschlag auf einer drehbaren Welle anzugeben, das ohne einen Positionierungsvorgang praktiziert werden kann und bei dem im Vergleich zum üblichen Verfahren die Zahl der Herstellungsschritte vermindert ist; das bedeutet, daß die drehbare Welle leicht und schnell hergestellt werden kann. Des weiteren soll nach der Erfindung eine Vorrichtung angegeben werden, mit deren Hilfe das Verfahren durchgeführt werden kann.

Ein Verfahren zum Herstellen einer schraubenförmigen Keilverzahnung mit einem Anschlag auf einem Wellenmaterial, das bereits vorbearbeitet worden ist, umfaßt nach der vorliegenden Erfindung die folgenden Verfahrensschritte: Vorsehen eines Paares von Komponenten-Rollwerkzeugen, von denen jedes auf seiner Außenumfangsfläche in gleichen Abständen mehrere, schraubenförmige Zähne aufweist sowie mehrere Fortsetzungszähne, die darauf so ausgebildet sind, daß jeder Fortsetzungszahn jeden zweiten schraubenförmigen Zahn fortsetzt; Einklemmen des Wellenmaterials zwischen dem Paar von Komponenten-Rollwerkzeugen und Antreiben des Paares von Komponenten-Rollwerkzeugen, um das Wellenmaterial unter Druck zu rollen und um mehrere schraubenförmige Nuten herzustellen, sowie Verbindungsnuten, die mit jeder zweiten schraubenförmigen Nut in Verbindung stehen und Anschlagabschnitte, die zwischen den Verbindungsnuten auf dem Wellenmaterial verbleiben.

Eine Vorrichtung zum Herstellen einer schraubenförmigen Keilverzahnung mit einem Anschlag auf einem Wellenmaterial umfaßt nach der vorliegenden Erfindung ein Paar von Rollwerkzeugen, das geeignet ist, das Wellenmaterial zwischen sich einzuklemmen und es unter Druck zu rollen, wobei jedes der Rollwerkzeuge in gleichen Winkelabständen mehrere schraubenförmige Zähne aufweist sowie mehrere, auf ihm ausgebildete Verlängerungszähne, so daß jeder Verlängerungszahn jeden zweiten schraubenförmigen Zahn verlängert.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Paar von Rollwerkzeugen darstellt, die bei einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen einer Schraubenkeil-Verzahnung mit einem Anschlag auf einer drehbaren Welle nach der Erfindung angewendet werden;

Fig. 1B ist eine abgewickelte Darstellung, die die schraubenförmigen Zähne der Rollwerkzeuge gemäß Fig. 1A darstellt;

Fig. 2A und 2B sind zur Beschreibung des Verfahrens nach der Erfindung dienende Vorderansichten der wesentlichen Abschnitte der drehbaren Welle, und zeigen die Aufeinanderfolge der Herstellungsschritte;

Fig. 3 ist eine Vorderansicht der wesentlichen Abschnitte der drehbaren Welle zur Beschreibung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung;

Fig. 4A und 4B sind Vorderansichten von wesentlichen Abschnitten der drehbaren Welle zur Beschreibung einer Ausführungsform des üblichen Verfahrens zum Herstellen einer Schraubenkeilverzahnung mit einem Anschlag auf einer drehbaren Welle, wobei die Reihenfolge der Herstellungsschritte dargestellt ist; und

Fig. 5A bis 5D sind Vorderansichten einer drehbaren Welle zur Beschreibung einer weiteren Ausführungsform des üblichen Verfahrens, wobei die Aufeinanderfolge der Herstellungsschritte dargestellt ist.

Fig. 1A zeigt die Rollwerkzeuge, die bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Schraubenkeil-Verzahnung mit einem Anschlag auf einer drehbaren Welle verwendet werden, die eine erste Ausführungsform dieser Erfindung darstellen.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 ein erstes Rollenpaar zum Herstellen von schraubenförmigen Keilen. Auf den zylindrischen Wänden der genannten Rollen sind, in Umfangsrichtung gesehen, in gleichen Winkelabschnitten mehrere schraubenförmige Zähne 10a (sechs schraubenförmige Zähne im Falle von Fig. 1) ausgebildet. Ferner bezeichnet die Bezugsziffer 11 in Fig. 1 ein zweites Rollenpaar, zum Ausbilden von Anschlag-Abschnitten und von dazwischenliegenden Verbindungsnuten. Auf der zylindrischen Wand sind dabei Verlängerungszähne 11a ausgebildet, die mit jedem zweiten, schraubenförmigen Zahn 10a in Verbindung stehen. Fig. 18 ist eine abgerollte Darstellung, die die schraubenförmigen Zähne 10a eines ersten Rollwerkzeuges 10 und die damit verbundenen Zähne 11a des zweiten Rollwerkzeuges darstellt.

Die ersten und zweiten Rollwerkzeuge 10 und 11 sind axial, z. B. mit Schrauben, miteinander verbunden, so daß sie ein gemeinsames Rollwerkzeug 12 bilden. Zum Einsatz gelangt ein Paar von so ausgebildeten Rollwerkzeugen 12. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Rollwerkzeuge 10 und 11 getrennt voneinander ausgebildet. Diese Rollwerkzeuge können aber auch als Einheit ausgebildet sein, z. B. aus einer einzigen, einstückigen Einheit.

Anhand der Fig. 2A und 2B wird nun das Verfahren beschrieben, bei dem ein Paar von so aufgebauten Rollwerkzeugen 12 verwendet wird. Wie dies in Fig. 2A dargestellt wird, wird auf dem zu bearbeitenden Wellenmaterial 13 zunächst ein Abschnitt 13A mit größerem Durchmesser und ein Abschnitt 13b mit kleinerem Durchmesser mit Hilfe eines Kaltschmiedevorganges hergestellt. Wenn es deshalb schwierig ist, diese Abschnitte 13a und 13b mit einem Kaltschmiedevorgang herzustellen, weil ein Flansch an einem Ende vorgesehen ist, dann können diese Abschnitte auch spanabhebend hergestellt werden.

Wie dies in Fig. 1A dargestellt ist, wird der Abschnitt 13a mit größerem Durchmesser des Wellenmaterials 13 zwischen das Paar von Rollwerkzeugen 12 geklemmt und die Rollwerkzeuge 12 werden in derselben Richtung angetrieben, das heißt in Fig. 1A im Gegenuhrzeigersinn, um das Wellenmaterial 13 zu rollen. Der Abstand zwischen dem Paar von Rollwerkzeugen 12 wird mit einer Druckkraft vermindert, die auf die Rollwerkzeuge so aufgebracht wird, daß auf der Welle eine schraubenförmige Keilverzahnung mit einem Anschlag hergestellt wird.

Das heißt, daß gemäß Fig. 2B schraubenförmige Keile 14 mit mehreren schraubenförmigen Nuten 14a (sechs schraubenförmige Nuten im Falle von Fig. 2) dazwischen hergestellt werden sowie Verbindungsnuten 15a, die mit jeder zweiten schraubenförmigen Nut 14a in Verbindung stehen und ferner Anschlagabschnitte 15, die zwischen den Verbindungsnuten 15a verbleiben. Auf diese Weise ist die angestrebte drehbare Welle 16, die ihrerseits schraubenförmige Keile 14 und Anschlagabschnitte 15 aufweist, hergestellt worden.

In dem Fall, daß das oben beschriebene Verfahren deshalb nicht anwendbar ist, weil sich an den Ecken, die von den Innenseiten der Anschlagabschnitte 15 und von den Enden der schraubenförmigen Nuten 14a während des Kaltschmiedevorganges Grate gebildet haben, sollte das Schaftmaterial wie folgt bearbeitet werden: Während der Herstellung einer drehbaren Welle 18, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, wird der Abschnitt größeren Durchmessers spanabhebend bearbeitet, um eine ringförmige Nut 17 längs der Innenseite der Anschlagabschnitte 15 zu bilden.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird ein Paar von Rollwerkzeugen verwendet, die schraubenförmige Zähne 10a und damit zusammenhängende Zähne 11a aufweisen; die Erfindung ist jedoch dadurch oder darauf nicht beschränkt. Das heißt, daß auch andere Rollwerkzeuge angewendet werden, die das Wellenmaterial rollen können, um die schraubenförmige Keilverzahnung einschl. eines Anschlages in einem Rollvorgang herstellen können. Zum Beispiel kann ein Rollwerkzeug in Form einer Zahnstange verwendet werden, die mehrere, schraubenförmige Zähne sowie damit zusammenhängende Zähne hat, die jeden einzelnen schraubenförmigen Zahn fortsetzen. In diesem Falle wird der Abschnitt des Schaftmaterials mit dem größeren Durchmesser ebenfalls zwischen einem Paar von Rollwerkzeugen so geformt, daß die Rollwerkzeuge angetrieben werden, um die Welle unter Druck zu drehen und auf diese Weise auf ihr eine schraubenförmige Keilverzahnung mit einem Anschlag daran herzustellen.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung, wie dies oben beschrieben worden ist, wird der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser des Wellenmaterials zwischen ein Paar von Rollwerkzeugen geklemmt, von denen jedes an seiner äußeren Umfangswand mehrere schraubenförmige Zähne aufweist sowie fortsetzende Zähne, die am Kopf der schraubenförmigen Zähne so angeordnet sind, daß die fortsetzenden Zähne jeden zweiten schraubenförmigen Zahn fortsetzen und die Rollwerkzeuge werden angetrieben, um das Wellenmaterial unter Druck zu rollen und um auf dem Abschnitt mit größerem Durchmesser mehrere schraubenförmige Nuten zu bilden sowie vor den schraubenförmigen Nuten Verbindungsnuten, die mit jeder zweiten schraubenförmigen Nut in Verbindung stehen sowie Anschlagabschnitte, die zwischen den Verbindungsnuten verbleiben. Das bedeutet, daß gemäß der Erfindung eine schraubenförmige Keil-Verzahnung mit einem Anschlag auf einer Welle in einem einzigen Rollvorgang schnell und sauber hergestellt werden kann.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen einer schraubenförmigen Keilverzahnung mit einem Anschlag an einem Wellenmaterial, das bereits vorbearbeitet worden ist, mit den folgenden Verfahrensschritten:

• a) Vorsehen eines Paares von Rollwerkzeugen, von denen jedes in gleichmäßigen Abständen auf ihm angeformte, schraubenförmige Zähne aufweist sowie mehrere fortsetzende Zähne, die auf dem Rollwerkzeug so angeordnet sind, daß jeder fortsetzende Zahn jeden zweiten schraubenförmigen Zahn fortsetzt;
• b) Einklemmen des Wellenmaterials zwischen dem Paar von Rollwerkzeugen; und
• c) Antreiben des Rollenpaares, um das Wellenmaterial unter Druck zu rollen, um mehrere, schraubenförmige Nuten, Verbindungsnuten, die mit jeder zweiten schraubenförmigen Nut in Verbindung stehen und Anschlagabschnitte zu bilden, die zwischen den Verbindungsnuten auf dem Wellenmaterial übrig bleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt a) die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

• - Vorsehen eines ersten Rollwerkzeuges mit einer ersten, vorbestimmten Länge und mit mehreren, schraubenförmigen Zähnen, die in ersten Winkel-Abständen, gesehen in Umfangsrichtung, darauf angeordnet sind;
• - Vorsehen eines zweiten Rollwerkzeuges, das eine zweite, vorbestimmte Länge hat und mehrere Fortsetzungszähne, die, in Umfangsrichtung gesehen, in zweiten Winkel-Abständen auf dem Umfang angeformt sind; und
• - Zusammenbauen des ersten und zweiten Rollwerkzeuges miteinander so, daß die Fortsetzungszähne jedes zweiten Rollwerkzeuges jeden zweiten, schraubenförmigen Zahn des ersten Rollwerkzeuges fortsetzen, so daß auf diese Weise jeweils ein Komponenten-Rollwerkzeug gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt c) das Drehen des Paares der Komponenten-Rollwerkzeuge in derselben Richtung umfaßt sowie das Niederdrücken des Paares der Komponenten-Rollwerkzeuge gegen das Wellenmaterial.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des

• d) Bildens einer ringförmigen Nut an dem Wellenmaterial längs der Innenseite der Anschlagabschnitte.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar der aus Bauteilen bestehenden Rollwerkzeuge die Form einer Zahnstange hat, wobei die Werkzeuge relativ zueinander beweglich sind, um das Wellenmaterial unter Druck zu rollen.

6. Vorrichtung zum Herstellen einer Schraubenkeil-Verzahnung mit einem Anschlag auf einem Wellenmaterial, gekennzeichnet durch ein Paar von Rollwerkzeugen (10, 11), die das Wellenmaterial zwischen sich einklemmen und unter Druck rollen können, wobei auf jedem der Rollwerkzeuge in gleichen Abständen mehrere schraubenförmige Zähne (10a, 11a) ausgebildet sind sowie mehrere Verlängerungszähne und zwar so, daß jeder Verlängerungszahn (11a) jeden zweiten schraubenförmigen Zahn (10a) verlängert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Werkzeuge einen ersten Rollenteil (10) umfaßt, der eine erste, vorbestimmte Länge hat und auf dem in gleichen Winkelabständen, in Umfangsrichtung gesehen, die schraubenförmigen Zähne (10a) angeordnet sind sowie einen zweiten Rollenteil (11), der eine zweite, vorbestimmte Länge hat und auf dem die Verlängerungszähne (11a) ausgebildet sind, die jeden zweiten schraubenförmigen Zahn (10a) verlängern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Rollenteile (10, 11) so angeordnet und miteinander kombiniert sind, daß jeder Verlängerungszahn (11a) jeden zweiten schraubenförmigen Zahn (10a) verlängert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Rollenteile (10, 11) als einstückige Einheit so ausgebildet sind, daß jeder Verlängerungszahn (11a) jeden zweiten schraubenförmigen Zahn (10a) verlängert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von aus Komponenten bestehenden Rollwerkzeugen (10, 11) die Form einer Zahnstange hat, wobei die Werkzeuge relativ zueinander beweglich sind, um das Wellenmaterial unter Druck zu rollen.