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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Walzverdichten von
Zahnradzähnen
auf einer gesinterten Pulvermetall-Vorform gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Ein solches Verfahren ist im nächsten Stand der Technik, GB-A-1,125,952, beschrieben.
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2. Verwandter
Stand der Technik
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Es
ist bekannt, Zahnräder
aus bearbeiteten (d. h. Guß-
und/oder Schmiede-) Metallrohlingen und aus gepreßten und
gesinterten Pulvermetall-Vorformen herzustellen. Für zahlreiche
Anwendungen bieten Pulvermetall-Zahnräder eine kostengünstige Alternative
zu geschmiedeten Zahnrädern.
Pulvermetallzahnräder
können
in ihre annähernde
Endform gebracht werden, wodurch teure Bearbeitungen vermieden werden,
die bei der Herstellung von geschmiedeten Zahnrädern erforderlich sind. Ein Hauptnachteil
im Zusammenhang mit Pulvermetall-Zahnrädern, die nach üblicher
Praxis hergestellt werden, besteht jedoch darin, daß sie nicht
die Eigenschaft hoher Festigkeit der geschmiedeten Zahnräder besitzen.
Die geringere Festigkeit von Pulvermetallzahnrädern wird oft einer geringen
Dichte zugeschrieben, die von herkömmlichen Herstellungsverfahren
herrührt.
Folglich wurden Pulvermetall-Zahnräder für Anwendungen wie Übersetzungsgetriebeteile,
die hochfeste Präzisionszahnräder erfordern,
allgemein nicht als eine praktische Alternative zu geschmiedeten
Zahnrädern
betrachtet.
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Bei
der herkömmlichen
Weise zur Herstellung von Pulvermetall-Zahnrädern wird eine Vorform zunächst bis
zur annähernd
endgültigen
Form gepreßt
und gesintert, und danach wird die Vorform gewalzt, um die Zähne zu verdichten.
Das Verdichten erfolgt dadurch, daß die Pulvermetall-Vorform
mit einem Walzform-Zahnrad mit einer Kraft in Eingriff gebracht
wird, die ausreicht, um die Vorform-Zähne zu verdichten. Das US-Patent
5,711,187 beschreibt die allgemeine Anordnung, bei der eine Stirnrad-Pulvermetall-Vorform
auf einer Spindel zum freien Verdrehen um eine erste Achse gelagert
ist. Ein Stirnrad-Walzwerkzeug wird um eine zweite, parallele Achse
angetrieben und greift in die Vorform ein, um diese ihrerseits zu
drehen. Auf die Antriebsseite der Vorformzähne wird eine größere Kraft
ausgeübt
als auf die gegenüberliegende
Schubflanke, was zu einer entsprechenden Veränderung der Verdichtung der
Zähne führt. Die
gleichen Schwierigkeiten treten beim Walzformen von schraubenförmigen Zahnrädern auf.
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Weitere
Variationen können
in Folge der Art und Weise auftreten, in der die Zahnradzähne des Werkzeugs
und der Vorform miteinander in Wechselwirkung treten. Die Zähne des
Formwerkzeuges greifen zunächst
in die Abtriebsseite der Vorformzähne ein und bewegen sich radial
einwärts
fort, wobei sie eine radial nach innen gerichtete Wisch- oder Rollkraft
auf die Abtriebsseite ausüben,
um eine Verdichtung zu bewirken. Durch eine weitere Drehung laufen die
Zähne des
Werkzeugs gegen die Schubflanke an und bewegen sich radial auswärts fort,
wobei sie eine geringere und entgegengesetzte Wisch- oder Rollkraft
auf die Schubflanke ausüben,
was zur Veränderung
der Dichte führt.
Das Problem kann teilweise durch umgekehrtes Walzformen in entgegengesetzte Richtung
behoben werden, wobei dieser Betriebsschritt die Dauer, Kosten und
Komplexität
des Formens der Zahnräder
erhöht
und das Problem nicht vollständig
beseitigen kann.
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Beim
Walzformen von Evolventenzähnen aus
Pulvermetall-Vorformen wird typischerweise nach dem Prinzip von
Versuch und Irrtum vorgegangen, um die richtige Bemessung und Zahngeometrie der
Walzform zu bestimmen, die benötigt
werden, um das gewünschte
Zahnprofil, insbesondere ein Evolventenprofil, zu erzeugen, da keine
mathematische Grundlage bei Verwendung gängiger Technologie bekannt
ist. Wenn es erwünscht
ist, das Verdichtungsprofil der Vorformzähne zu verändern, ist es notwendig, Walzformen
auszuwechseln oder das Ausgangsprofil der Vorformzähne zu verändern. Wie im
zuvor erwähnten
Patent '187 beschrieben,
ist es manchmal notwendig, eine Anzahl unterschiedlicher Walzformkonfigurationen
einzusetzen, um ein gewünschtes,
verdichtetes Zahnprofil zu erzeugen.
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Die
zuvor erwähnte
US-A-5711187 bezieht sich ferner auf die GB-A-1125952, die ein Verfahren zum
Formen eines Zahnrades mittels Pulvermetallurgieverfahren beschreibt,
wobei ein Rohling in Übergröße hergestellt
wird und die Zähne
walzkalibriert werden, indem das Zahnrad in eine schraubenartige Bewegung
durch eine Anordnung von Walzformen gebracht wird, welche die Zahnoberflächen mit
Druck beaufschlagen und damit verdichten. Da es sich hier um einen
Druckvorgang handelt, hängen
die Kalibrierung und die Materialverdichtung mit der Zahnbreite an
einem beliebigen Punkt zusammen.
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Walzformtechniken
und Vorrichtungen dafür, die
insbesondere zum Polieren wälzgefräster Zähne und
zum Kalthärten
der geschnittenen Zähne
von geschmiedeten Zahnrädern
dienen, sind in der US-A-1858041 bzw. in der DE-C-869723 beschrieben.
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Die
US-A-1858041 beschreibt ein Verfahren für eine Vorrichtung zum Polieren
eines Zahnrades, das in einem Herstellungsvorgang mittels eines Schneckenrades,
das im Eingriff mit dem Zahnrad kontinuierlich gedreht und gleichzeitig
mit dem Zahnrad gewälzt
wird, walzgefräst
wurde, wobei das Zahnrad und das Schneckenrad unter Druck miteinander
in Eingriff stehen. Dieser Vorgang in Kombination mit dem Druck,
der auf die anliegende Zahnfläche
des Zahnrades ausgeübt
wird, verschleißt
oder reibt die flachen Stellen oder Erhebungen ab, die nach dem
Wälzvorgang
verbleiben, um eine glatte, hochpolierte Oberfläche zu erzeugen. Der Vorteil
dieses Polieransatzes besteht darin, daß das Polier-Schneckenrad als
einfacher Ersatz für
den Einsenkstempel in einer Einsenkpresse vorgesehen sein kann.
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Die
DE-C-869723 beschreibt eine Vorrichtung zur Kaltbearbeitung von
Zähnen
eines drehbar montierten Zahnrades mittels eines Schneckenrades,
das sich gleichzeitig um eine Achse dreht und entlang derselben
hin- und herbewegt, wobei eine Hammerwirkung vorgesehen wird.
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Die
beiden zuletzt ausgeführten
Vorgänge sind
spezifisch für
Endbearbeitungsvorgänge
an geschmiedeten und damit vollständig dichten Zahnrädern mit
dem Ziel, die vordimensionierte Oberfläche zu verbessern.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zahnrad-Walzformverfahren
bereitzustellen, welches den Walzformvorgang von Pulvermetall-Zahnrädern vereinfacht
und gleichzeitig einige oder alle der mit bekannten, herkömmlichen
Verfahren verbundenen Nachteile minimiert oder vollständig beseitigt.
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Zusammenfassung
der Erfindung und Vorteil
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Walzverdichten von
Zahnradzähnen
auf einer gesinterten Pulvermetall-Vorform nach Anspruch 1 bereit.
Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Das
schraubenförmige
Schneckengewinde der Formungswalze arbeitet radial aufwärts und
abwärts,
sowie axial über
die Zähne
der Zahnradvorform, und zwar sowohl auf der Antriebsseite als auch auf
der Schubflanke der Zähne
und sorgt dabei in einem einzigen Durchgang für eine hohe, einheitliche Verdichtung,
wobei die Notwendigkeit und der zusätzliche Verarbeitungsschritt
eines entgegengesetzten Walzformens, wie es üblicherweise erfolgt, wenn herkömmliche
Formungswalzverfahren eingesetzt werden, vermieden werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
stellt vorzugsweise eine Modifizierung einer Zahnradschneide-Werkzeugmaschine
bereit, die normalerweise mit einer Zahnradschneideform ausgestattet
ist, die Schneidemerkmale zum Abheben von Material eines Zahnradrohlings
aufweist, um das Walzverdichten der Zähne von gesinterten Pulvermetall-Zahnradvorformen
zu erleichtern. Das Verfahren umfaßt die Lagerung einer Sinterpulvermetallvorform
mit vorgeformten Zähnen
auf der Werkzeugmaschine zum Drehen um eine erste Achse und das
Ersetzen der Schneideform durch eine Walzform, die auf dem Werkzeug
um eine zweite Achse, quer zur ersten Achse der Vorform, gelagert
ist und eine Walzformfläche
aufweist, die im wesentlichen frei von Schneidemerkmalen ist, die
Vorform-Material abheben würden.
Die Form und die Vorform werden um ihre Achsen in erzwungenem Eingriff
gedreht, und die Relativbewegungen der Form und der Vorform werden
so gesteuert, daß die
Zähne der
Vorform verdichtet werden. Die Erfindung stellt somit eine einfache
Technik zum Walzformen von Pulvermetall-Zahnrädern durch eine einfache, kostengünstige Modifikation
einer bestehenden Werkzeugmaschine, die zum Schneiden von Zahnrädern aus
geschmiedeten Zahnradrohlingen verwendet wird, bereit. Ein merklicher
Vorteil, den dieses Verfahren bietet, besteht darin, daß Pulvermetall-Zahnräder mit
einer ähnlichen
Werkzeugmaschinenprogrammierung verdichtet werden können, wie
sie bereits zum Schneiden von geschmiedeten Zahnrädern eingesetzt
wird, wobei von bestehenden mathematischen Prinzipien ausgegangen
wird, die bisher Zahnradschneidevorgängen vorbehalten waren. Damit
wird beim Walzverdichten von Pulvermetall-Zahnrädern auf den gängigen Ansatz
von Versuch und Irrtum verzichtet.
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Ein
weiterer merklicher Vorteil, den diese Erfindung bietet, besteht
darin, daß sie
es ermöglicht, eine
Anzahl unterschiedlicher Zahn- oder Verdichtungsprofile ohne das
Erfordernis mehrerer Walzformen und Formenwechsel zu erreichen.
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Die
Zahnform und die Verdichtungsprofile können einfach durch Steuern
des relativen Antriebs der Walzform und der Vorform zueinander verändert werden.
Ohne Formen auszuwechseln, kann ein schraubenförmiges Evolventenzahnprofil
ebenso erreicht werden, wie ein schräg verzahntes Pulvermetallzahnrad.
Es versteht sich, daß durch
die vorliegenden Verdichtungsverfahren deutliche Kosten- und Zeiteinsparungen
verwirklicht werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
bei Betrachtung im Zusammenhang mit der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung
und der angefügten
Zeichnungen noch besser verständlich.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Perspektivdarstellung einer Zahnrad-Walzformvorrichtung;
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2 eine
vergrößerte, bruchstückhafte Schnittdarstellung,
die allgemein entlang den Linien 2-2 der 1 verläuft;
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3 eine
vergrößerte, bruchstückhafte Schnittdarstellung,
die allgemein entlang den Linien 3-3 der 1 verläuft;
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4 eine
weitere vergrößerte Schnittdarstellung,
die Einzelheiten der Wechselwirkung zwischen dem Formungswerkzeug
und der Zahnradvorform veranschaulicht;
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5 eine
schematische Perspektivdarstellung einer Zahnradwalzformvorrichtung
zum Ausbilden schraubenförmiger
Zahnradzähne,
und
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6 eine
vergrößerte, fragmentarische Draufsicht
auf ein Pulvermetall-Zahnrad, das gemäß der Erfindung walzverdichtet
wurde und ein Schrägverzahnungsprofil
aufweist.
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Detaillierte
Beschreibung
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In 1 ist
eine Zahnradwalzformvorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet
und umfaßt
eine Werkzeugspindel 12 mit einer Drehachse A zur Montage
eines Pulvermetall-Zahnradwerkstückes oder einer
Pulvermetall-Zahnradvorform 14 zur Drehung um die Achse
A. Die Vorrichtung umfaßt
ferner eine Werkzeugspindel 16 benachbart der Spindel 12 mit einer
Drehachse B, die quer zur Drehachse A verläuft. Eine Walzform 18 ist
auf der Spindel 16 zum Verdrehen um die Achse B in einer
wirksamen Arbeitsbeziehung relativ zur Vorform 14 montiert.
Die Achse B verläuft
schräg
zur Achse A (d. h. die Achsen A und B sind nicht parallel und schneiden
sich nicht).
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Wie
am besten in den 1 und 2 gezeigt
ist, umfaßt
die Form 18 einen allgemein zylindrischen Körper 20 mit
peripheren Walzformzähnen
in Form eines schraubenförmigen
Schneckengewindes 22. Das Gewinde 22 weist gegenüberliegende
(relativ zur Drehrichtung) vordere und hintere Formungsflächen 24, 26 auf,
die in kontinuierlicher Weise schraubenförmig um den zylindrischen Körper 22 der Form 18 herum
zwischen gegenüberliegenden
Axialenden 28, 30 der Form 18 verlaufen.
Das Formungsgewinde 22 ist frei von Schneidzähnen oder
-merkmalen, die ein Schneiden, Scheren oder Abheben von Material
von der Vorform 14 im Sinne eines Zahnradschneidevorgangs
bewirken würden.
Vielmehr dient das Formungsgewinde 20 dem Zweck, das Material
der Vorform zu verschieben, um die Vorform zu verdichten oder zu
polieren, wie dies nachfolgend erörtert wird. Das Formungsgewinde 22 ist
vorzugsweise ein eingängiges
Gewinde, wobei erfindungsgemäß auch mehrgängige Gewinde
in Betracht gezogen werden, sofern sie die gleich oder eine entsprechende
Funktion des Verdichtens der Vorform in der gleichen oder in entsprechender
Weise durchführen
würden.
Die Anzahl der Schneckengewinde Nw in einer
Form 18 mit einem eingängigen Gewinde
beträgt
Eins, wobei Nw bei Formen mit mehrgängigen Gewinden
jedoch größer als
Eins ist (z. B. zwei oder drei).
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Die
Zahnradvorform 14 wird ursprünglich in der allgemeinen Form
eines Zahnrades mit einer Anzahl Ng von
Zahnradzähnen 32 gebildet,
die von einem Vorform-Körper 34 aus
radial verlaufen. Jeder Zahn 32 hat gegenüberliegende
vordere 36 und hintere 38 Flächen, relativ zur Drehrichtung
der Vorform während
des Walzformens, und jeder Zahn 32 ist in Umfangsrichtung
von einem benachbarten Zahn durch einen Zwischenraum 40 getrennt.
Die Zähne 32 sind
nach dem Walzformen im Vergleich zu einer fertigen Endform zunächst etwas überdimensioniert ausgebildet,
um die geringfügigen
Dimensionsänderungen
zu berücksichtigten,
die in Folge des Walzformvorgangs auftreten. Es können mehrere
beliebige Zahnradprofile geformt werden, einschließlich Stirn-,
Schnecken-, Evolventen- und/oder Schrägzahnradprofilen.
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Die
Zahnradvorform 14 kann aus Pulvermetall hergestellt werden,
das verdichtet und gesintert wurde. Die Wahl des Materials für die Pulvermetall-Vorform
hängt teilweise
von der jeweiligen Endanwendung ab. Bei einer Anwendung, wie z.
B. einem Übersetzungsgetriebeteil,
wäre eine
hochfeste Stahllegierung geeignet.
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Beim
Walzformvorgang gemäß einer
gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die Walzform 18 auf der Werkzeugspindel 16 und
die Vorform 14 auf der Werkzeugspindel 12 so montiert,
daß ihre
Achsen A, B quer zueinander verlaufen, wobei der Außenumfang
des Formungswerkzeugs 18 benachbart dem Außenumfang
der Vorform 14 liegt.
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Die
Vorform 14 und die Formungswalze 18 verlaufen
zunächst
außer
Eingriff, in einem Abstand voneinander, um die Beaufschlagung der
Werkzeugspindel 12 durch die Vorform 14 aufzunehmen.
Die Werkzeugspindel 12, die Werkzeugspindel 16 oder beide
sind zur seitlichen Bewegung aufeinander zu in Richtung C (1)
gelagert, um die Formungswalze 18 und die Vorform 14 in
erzwungenen Eingriff miteinander zu bringen. Die Spindel 16 ist
mit einem Antriebsmotor 42 gekoppelt, der die Spindel 16 direkt antreibt
und damit auch die Formungswalze 18 um die Achse B in Richtung
des Pfeils D (1) oder, falls gewünscht, in
der entgegengesetzten Richtung mit einer Winkelgeschwindigkeit ωw antreibt. Die Drehung der Formungswalze 18 in
Richtung des Pfeils D prägt
der Vorform 14 eine entsprechende Drehkraft auf, wodurch
sie dazu gebracht wird, sich aufgrund des Eingriffs des kämmenden
Gewindes 22 der Form 18 mit den Zähnen 32 der
Vorform 14 in Richtung des Pfeils E (1)
zu drehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Vorform 14 auch
durch einen zugeordneten Motor 44 direkt angetrieben, der
mit der Werkzeugspindel 12 gekoppelt ist, um eine unabhängige Steuerung
der Relativdrehung der Winkelgeschwindigkeit ωg der
Vorform 14 für
nachfolgend noch erörterte
Zwecke zu ermöglichen.
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Die 2 bis 4 zeigen
die Wechselwirkung, die während
des Walzformungsvorgangs zwischen dem Schneckengewinde 22 und
den Vorform-Zahnradzähnen 32 erfolgt
und die einheitliche, hohe Verdichtung der Zähne einer Pulvermetall-Vorform
bewirkt. Zunächst
sei auf die 2 und 4 eingegangen,
wobei, wenn das Schneckengewinde 22 in den Zwischenraum 40 zwischen
benachbarten Zähnen
der Vorform 14 gelangt, die in 4 mit 32a und 32b bezeichnet
sind, die, in Drehrichtung E der Vorform 14 gesehen, vordere
Wand 26 des Schneckengewindes 22 zunächst an
der hinteren Fläche 38 des
vorderen Zahns 32a anliegt. Wenn sich die Form 18 dreht,
bewegt sich die vordere Fläche 26 des Schneckengewindes 22 fortschreitend
radial entlang der hinteren Fläche 38 des
Zahns 32a nach unten und übt eine radial nach unten wirkende
Wischkraft aus. Zusätzlich
zum radialen Fortschreiten des Schneckengewindes 22 läuft das
Schneckengewinde 22 von einer axialen Seite 46 zur
gegenüberliegenden
axialen Seite 48 der Zahnrad-Vorform 14 in axialer
Richtung quer über
die Zähne 32 in
Richtung des Pfeils E (siehe 3), wodurch
zusätzlich
zur radialen Wischkraft eine axiale Wischkraft auf die Vorform 14 ausgeübt wird.
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4 zeigt,
stufenweise fortschreitend, die Bewegung des Schneckengewindes 22 zwischen
benachbarten Zähnen 32a, 32b.
Eine fortgesetzte Drehung der Form 18 bringt die hintere
Fläche 24 des Schneckengewindes 22 über den
Zwischenraum 40 hinweg in Eingriff mit der vorderen Fläche 36 des
hinteren Zahns 32b, wobei die gleiche radiale und axiale Wischkraft
auf die Zahnfläche 36 ausgeübt wird,
deren radiale Komponente jedoch in entgegengesetzter Richtung zum
Zahn 32b nach oben (oder radial auswärts) gerichtet ist. Der radiale
und der axiale Wischkontakt des Schneckengewindes wirken so auf
die überdimensionierten
Zähne 32,
daß das
Material der Vorform 14 an den Kontaktflächen der
Zähne 32 ohne
ein merkliches Maß an
Materialabhub (im Sinne von Zahnrad-Schneidevorgängen) verschoben wird. Im Falle
einer Pulvermetall-Vorform bewirkt die resultierende Verschiebung
des Vorform-Materials eine Verdichtung und Härtung der Zähne 32 bis zu einer vorbestimmten
Tiefe, wie dies durch die gepunkteten Bereiche der 2 und 4 veranschaulicht
ist. Die volle theoretische Dichte ist bis in verschiedene Tiefen
erreichbar, wobei der Grad und die Tiefe der Verdichtung von der
jeweiligen Anwendung abhängen.
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Durch
Direktantrieb der Form 13 und der Vorform 14 unabhängig voneinander
ist eine Anpassung der gerichteten Belastung möglich, die vom Gewinde 22 der
Form 18 auf die Zähne 32 der
Vorform 14 ausgeübt
wird. Beispielsweise bewirkt eine Verlangsamung des Drehantriebs
der Vorform 14 relativ zur Normaldrehung, die von der Form 18 ausgeübt wird, daß ein Widerstand
gegen die Drehung der Vorform 14 erzeugt und damit die
vom Schneckengewinde 22 auf die hintere Fläche 38 der
Zahnradzähne 32 ausgeübte Belastung
erhöht
wird. Entsprechend bewirkt eine Beschleunigung des Drehantriebs
der Vorform 14 eine Erhöhung
der vom Gewinde 22 auf die vordere Fläche 30 des Zahnradzahns 32 aufgebrachten Belastung.
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Somit
können
spezielle Zahnformen dadurch erzeugt werden, daß der relative Antrieb der
Form 18 und der Vorform 14 gesteuert wird. Zum
Erzeugen einer Evolventen-Zahnform, wie sie in den 2 und 4 dargestellt
ist, werden beispielsweise die Winkelgeschwindigkeiten ωw, ωg so gesteuert, daß das Antriebsverhältnis ωw/ωg = Ng/Nw ist.
Die Anpassung des Relativantriebs der Form 18 und der Vorform 14 während eines
vorgegebenen Zahnradwalzvorgangs kann dazu verwendet werden, andere
Zahnformen zu erreichen und eine gleichmäßige Verdichtung der Zähne zu erzeugen,
oder einen bestimmten ausgewählten
Bereich der Zähne 32 mehr
oder weniger als andere Bereiche zu verdichten.
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5 zeigt
eine alternative Anordnung einer Walzformvorrichtung 110,
wobei zur Darstellung gleicher Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden,
die jedoch um 100 erhöht
sind. In diesem Fall weist die Vorform 114 eine schraubenförmige Zahnform 132 auf,
die ein Evolventenprofil haben kann, welches dem in den 2 und 4 bezüglich der
Vorform 114 gezeigten entspricht. Es wird der gleiche allgemeine
Aufbau eingesetzt wie der in 1 gezeigte,
wobei jedoch die Winkelbeziehung zwischen den Achsen A, B so eingestellt
ist, daß die schraubenförmige Zahnform
der Vorform 114 berücksichtigt
wird. In 1 verlaufen die Zähne 32 über die
Vorform 14 parallel zur Achse A, und der Winkel zwischen
den Achsen A, B ist bei 90° eingestellt.
In 5 sind die schraubenförmigen Zähne 132 unter einem
Winkel zur Achse A der Vorform 114 eingestellt, und somit
ist der Winkel zwischen den Achsen A, B so eingestellt, daß die schraubenförmige Zahnform
berücksichtigt
ist, damit das Gewinde 122 der Form 118 in Wechselwirkung
mit den Zähnen 132 der Vorform
steht, wie dies zuvor bezüglich
der 1 bis 4 beschrieben wurde.
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6 zeigt
noch eine weitere alternative Zahnform, die durch Steuern der Relativbewegungen und
des Antriebs der Form 18 und der Vorform 14 erzeugt
wird, wobei die Vorform 14 relativ zu der von der Schnecke 12 während vorbestimmter
Zeiten des Walzformzyklus bewirkten Bewegung übersteuert bzw. untersteuert
wird. 6 ist eine Draufsicht von oben auf die Spitze
eines Zahnrads 32, und es ist ersichtlich, daß der Zahn 32 ein
Schrägverzahnungsprofil
hat, so daß er
an seinen Enden schmal und in der Mitte erweitert ist. Ein solches
Schrägverzahnungsprofil
ist an sich hinsichtlich der Herstellung von geschmiedeten Zahnrädern (d.
h. Zahnradschneide- und Formvorgängen)
nicht neu, aber es war bisher nicht bekannt, dieses auf einem oberflächenverdichteten
Pulvermetall-Zahnrad unter Verwendung einer einzigen Walzform durch
kontrollierte(n) Relativbewegung und -antrieb sowohl der Form als
auch der Zahnrad-Vorform, wie gemäß der vorliegenden Erfindung,
herzustellen. Das Schrägverzahnungsprofil kann
für schraubenförmige Zahnradzähne, Stirnradzähne, usw.
vorgesehen werden.
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Das
Verfahren zum Walzverdichten von Pulvermetall-Zahnradvorformen gemäß der Erfindung wird
vorzugsweise durch die Modifikation bestehender Werkzeugmaschinen,
wie sie üblicherweise
zum Schneiden von Zahnradzähnen
geschmiedeter Zahnräder
(z. B. Fräs-
und Formmaschinenwerkzeuge) verwendet werden, in einer solchen Weise,
daß die
Maschinenwerkzeuge Pulvermetall-Zahnradvorformen walzverdichten
können,
zweckmäßig und kostengünstig gemacht.
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Die üblichen
Zahnradschneide-Maschinenwerkzeuge haben einen Schneidkopf, der
mit einer Reihe von Schneidflächen
oder Zähnen
versehen ist, die eine Materialabnahme von einem geschmiedeten Zahnradrohling
bewirken, um die Zahnradzähne
mit einer beliebigen Anzahl von Formen und Profilen, einschließlich Stirnradzähnen, Schraubenzähnen, Evolventenprofilen
und Schrägverzahnungsprofilen, wie
zuvor erörtert,
ebenso zu erzeugen, wie diese und andere, die dem Fachmann auf dem
Gebiet der Herstellung und des Betriebs von Zahnrädern bekannt
sind. Bei einer herkömmlichen
Zahnrad-Walzfräsmaschine,
die zum Schneiden von Zahnradzähnen
geschmiedeter Zahnradrohlinge verwendet wird, weist der Schneider
oder Fräser
die Form einer Schnecke mit einem schraubenförmigen Gewinde auf, in dem
tiefe Nuten ausgebildet sind, welche eine Anzahl von Schneidekanten
oder -flächen
des Gewindes aufweisen, die Material vom Zahnradrohling abheben,
um die Zähne
des Zahnrads zu bilden. Die Bildung eines bestimmten Zahnradzahnmusters
oder -profils wird durch die Relativpositionierung und -bewegungen
des Walzfräsers
und des Zahnradrohlings entsprechend vorprogrammierten Schneidevorgängen gesteuert.
Gleichermaßen
setzen die Zahnradschneider und -former einen Drehkopf mit Schneidekanten
oder -flächen
ein, die eine Materialabnahme vom Zahnradrohling bewirken, um Zahnradzähne zu bilden.
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Bei
der Ausführung
der Erfindung werden solche Maschinen vorzugsweise dadurch modifiziert, daß die Pulvermetall-Zahnradform
auf der Spindel montiert wird, die normalerweise einen geschmiedeten
Zahnradrohling tragen würde,
und der Schneidkopf durch eine Walzform 18 ersetzt wird,
die eine ähnliche
Form wie der Schneidekopf aufweist, aber keine Schneidflächen hat.
Beispielsweise zeigen die 1 bis 6 schematisch
eine modifizierte Zahnrad-Walzfräsmaschine,
welche die Walzform 19, 118 mit einem schraubenförmigen Gewinde 22, 122 aufweist,
das kontinuierlich verläuft
und dem die tiefen Nuten fehlen, die ein Walzfräser hat, um Schneidflächen zu
bilden. Solche Schneidflächen
fehlen in der Walzform 18, 118 absichtlich, da
deren Zweck eher darin besteht, das Vorformmaterial zu verschieben und
zu verdichten als es zu schneiden und abzuheben. Vorteilhafterweise
kann das normalerweise zum Betrieb der Werkzeugmaschine zum Schneiden
einer bestimmten Zahnradwerkzeugform verwendete Programm dazu eingesetzt
werden, die Walzform 18, 118 zu betreiben, um
die Pulvermetall-Vorformen 14 gemäß der Erfindung zu verdichten,
gegebenenfalls mit einer Verstellung des Relativantriebs und der
Relativbewegungen der Walzform 18, 118 und der Pulvermetall-Vorform 14, 114 zueinander,
um das gewünschte
Verdichtungsprofil der Zähne,
wie zuvor beschrieben, zu erreichen.
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Offensichtlich
können
zahlreiche Modifikationen und Veränderungen der vorliegenden
Erfindung aufgrund der obigen Ausführungen möglich sein. Es versteht sich
daher, daß die
Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche, welche die Erfindung definieren,
anders ausgeführt
werden kann, als dies im einzelnen beschrieben ist.