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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Verzahnungen an runden
Werkstücken durch Walzen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie Vorrichtungen
zur Herstellung von Verzahnungen an runden Werkstücken durch Walzen mittels mit
Verzahnungen versehener Rollen.
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Es sind Gewindewalzmaschinen bekannt, bei denen zwei in gleicher Drehrichtung
angetriebene Gewindewalzen oder -rollen während des Walzvorganges quer zu ihrer
Achsrichtung gegen das zwischen die Walzen gelegte Werkstück bewegt werden. Um Außengewinde
auf diesen Maschinen herstellen zu können, werden Rollen benutzt, die das spiegelbildliche
Gewinde aufweisen, das meistens als mehrgängiges, spiralig über die Höhe der Rollen
ansteigendes Gewinde ausgebildet ist. Diese Gewindegänge walzen sich unter hohem
Walzdruck in das zwischen den Rollen befindliche umlaufende runde Werkstück ein.
Man hat diese Gewindewalzmaschinen auch bereits zum Profilieren von Werkstücken
verwendet. Das Walzen von Verzahnungen an runden Werkstücken mittels mit Verzahnungen
versehener Rollen, z. B. zur Herstellung von Stirnrädern, war jedoch bisher nicht
möglich.
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Man hat es zwar schon versucht, Stirnverzahnungen herzustellen, jedoch
stets mit dem Ergebnis, daß während des Walzvorganges die anfangs hergestellten
Zähne im weiteren Verlauf überwalzt wurden, so daß in den meisten Fällen überhaupt
keine Stirnverzahnungen am Schluß des Walzvorganges übrigblieben. Wenn Verzahnungen
entstanden, so waren es Zufallsergebnisse. Die gewünschte Zähnezahl am Werkstück
ließ sich wiederholbar jedoch nicht erreichen, und Teilungsfehler waren nicht zu
vermeiden.
Die Erfindung ermöglicht es, Verzahnungen in der gewünschten
Zähnezahl unter Vermeidung von Teilungsfehlern herzustellen. -Der entscheidende
Augenblick ist die erste halbe Umdrehung des Werkstückes zwischen den mit Verzahnungen
versehenen Rollen, wo die erste durch die linke bzw. rechte Rolle erzeugte Vertiefung
in Eingriff mit der rechten bzw. linken Rolle gelangt.
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Gerade im Anfang müssen die hergestellten Vertiefungen mit den neu
eingreifenden Zähnen der Gegenrolle übereinstimmen, wenn nicht die Zähne überwalzt
werden sollen. Fehler von o,o2 mm addieren sich bereits bei beispielsweise vierzig
Zähnen und einer Teilung von 2 mm zu 2o X 0,02 = 0,4 mm bei einer halben
Umdrehung und bei 21,`2 Umdrehungen zu 2 mm gleich einer Teilung, d. h. das Werkstück
wird gleichmäßig zermahlen.
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Diese Fehler entstehen, wenn «Re bisher Rollen verwendet werden, deren
Teilung im Teilkreisdurchmesser genau im Umfang des vorgearbeiteten Werkstückes
aufgeht. Mit solchen Rollen hat man bisher versucht, Verzahnungen durch Walzen herzustellen,
ohne däß brauchbare Ergebnisse erzielt wurden.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Das erfindungsgemäße
Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß im Leerlauf unter Vorlast arbeitende Rollen,
welche das im Rollenantrieb vorhandene Spiel anfangs beseitigt, gegen das zu verzahnende
Werkstück angestellt werden und das Werkstück von Beginn des Walzens an auf genaue,
im Umfang des Werkstückes aufgehende Teilung gewalzt wird. Hierdurch wird erreicht,
daß nach der ersten halben Umdrehung des Werkstückes zwischen den Rollen die Zähne
der rechten bzw. linken Rolle in die durch die linke bzw. rechte Rolle hergestellten
Zahnlücken eingreifen.
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Es hat sich gezeigt, daß die Rollen bisher im Leerlauf ein gewisses
Spiel in ihren Antriebselementen hatten, so daß zu Beginn des Einwalzens, wo die
Rollen noch nicht unter einer Last stehen, willkürliche Verschiebungen der Zähne
eintreten konnten, die ebenso wie Teilungsfehler wirkten und die Verzahnungen am
Werkstück während des Walzvorganges zerstörten. Diese Fehlerquelle ist dadurch ausgeschaltet,
daß die Rollen bereits im Leerlauf unter Vorlast arbeiten. Da zu Beginn des Eingriffes
der Rollen die Teilung im Außendurchmesser genau im Umfang des mit einem entsprechenden
Vorarbeitsdurchmesser hergestellten Werkstückes aufgeht, muß die Teilung von Anfang
an fehlerfrei auf das Werkstück übertragen werden. Bei tieferem Eindringen der Rollen
verschieben sich die Wälzkreise; die einmal geschaffene Teilung ist jetzt aber schon
so tief, daß deren Vertiefungen wie Rasten wirken und die Verzahnungsrollen, die
ein gewisses Spiel in ihren Antriebselementen haben, in die einmal geschaffenen
Zahnlücken entgegen der im Leerlauf wirkenden Bremsung einrasten lassen, bis die
Zahnlücken und die Zähne voll ausgewalzt sind. Eine hierbei auftretende geringe
Abweichung von der richtigen Zahnform kann in den meisten Fällen in Kauf genommen
werden.
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In den Fällen, wo es auf eine theoretisch genaue Zahnform ankommt,
werden nach der weiteren Ausbildung des Verfahrens die Werkstücke auf Teilung vorgewalzt
und mit verzahnten Rollen, deren Teilkreisdurchmesser und Teilung mit dem Teilkreisdurchmesser
und der Teilung des vorgewalzten Werkstückes übereinstimmen, auf genaue Zahnform
fertiggewalzt werden.
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Die zur Ausübung des Verfahrens dienende Rolle hat einen Außendurchmesser,
der gleich dem Produkt von Zähnezahl der Rolle und Vorarbeitsdurchmesser des Werkstückes
dividiert durch Zähnezahl des Werkstückes ist. Diese Rolle dient auch als Vorwalzrolle,
wobei dann der Außendurchmesser der Rolle zum Fertigwalzen gleich dem Außendurchmesser
der Vorwalzrolle plus der Differenz von Teilkreisdurchmesser weniger Fußkreisdurchmesser
am Werkstück ist.
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Die Erfindung richtet sich außerdem auf eine Maschine, vorzugsweise
Gewindewalzmaschine, zur Ausübung des Verfahrens und besteht darin, daß auf die
Rollen oder auf die Spindeln, auf denen die Rollen befestigt sind, eine Bremse oder
Schwungmasse wirkt, welche im Leerlauf der Rollen die Luft in dem Triebwerk der
Rollen beseitigt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und
zwar zeigt Fig. i zwei Vorwalzrollen mit zwischen ihnen befindlichem Werkstück zu
Beginn des Einwalzens, Fig. 2 das Fertigwalzen des Werkstückes auf genaue Zahnform,
Fig. 3 eine Verzahnungsrolle mit Backenbremse und Fig. 4 zwei auf Spindeln befestigte
Verzahnungsrollen mit Schwungmasse.
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In der Fig. i besitzen die Verzahnungsrollen i und 2 einen Außendurchmesser,
der mit Da' bezeichnet ist. Das zwischen den Rollen i und 2 befindliche Werkstück
3 hat den Vorarbeitsdurchmesser d., Die Teilung t im Außendurchmesser Da'
stimmt mit der Teilung t im Vorarbeitsdurchmesser dz, überein.
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Die Verzahnungsrollen 4 und 5 gemäß Fig. 2 besitzen einen Außendurchmesser
Da- und einen Teilkreisdurchmesser Do, der gleich dem Außendurchmesser (Kopfkreisdurchmesser)
Dal der Verzahnungsrollen i und z ist. Der Umfang der Verzahnungsrollen i und 2
ist demnach kleiner als derjenige der Rollen 4 und 5. Der Fußkreisdurchmesser am
Werkstück ist mit d f bezeichnet.
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Mit den Verzahnungsrollen i und 2 werden die Zähne am Werkstück 3
hergestellt, indem die Rollen während des Walzvorganges quer zu ihrer Achsrichtung
gegen das Werkstück bewegt werden. Beim Walzen der Verzahnung entsteht eine von
der theoretisch genauen Zahnform geringfügig abweichende Zahnform. Da sich nämlich
dieselbe Zähnezahl auf dem kleineren Umfang der Rollen i und 2 befindet, wird die
Verzahnung eine etwas schlankere Zahnform aufweisen, als die theoretisch genaue
Zahnform. Im allgemeinen wird dieser geringfügige Formfehler nicht stören, so daß
das Werkstück lediglich mit den Verzahnungsrollen i und 2 bis zur Fertigstellung
der vollständigen Verzahnung bearbeitet werden kann.
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Für den Fall, daß eine theoretisch genaue Zahnform am Werkstück hergestellt
werden soll, dienen die Verzahnungsrollen i und 2 (Fig. i) als Vorwalzrollen und
die Verzahnungsrollen 4 und 5 (Fig. 2) als Fertigwalzrollen.
Mit
den Vorwalzrollen wird das Werkstück 3 so lange gewalzt, bis die hergestellten Zähne
am Werkstück eine einwandfreie Rastung für die Fertigwalzrollen ergeben. Sodann
werden die Zähne auf richtige Zahnform mit dem Rollensatz 4, 5 nachgewalzt, dessen
Teilkreisdurchmesser Do den Teilkreisdurchmesser do des Werkstückes tangiert.
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In der Fig. 3 ist die Verzahnungsrolle i bzw. 2 mit der Bremstrommel
6 versehen. Die Rolle ist auf der Spindel 7 durch den Keil 8 befestigt. Die Spindel
7 wird über ein Schneckenradgetriebe, wie es in Fig. 4 angedeutet ist, angetrieben.
Auf die Bremstrommel 6 drückt die Backenbremse g, die bei io gelagert ist und unter
der Wirkung der Feder ii steht. Durch die, Bremsung wird die im Leerlauf der Verzahnungsrollen
i und 2 vorhandene Luft in den Triebwerkteilen beseitigt. Die Bremsung kann auch
auf die Spindel 7 wirken, falls die Bremstrommel 6 unabhängig von den Verzahnungsrollen
i und 2 auf der Spindel befestigt ist. Allerdings wird in diesem Fall nicht die
Luft, die in der Befestigung der Verzahnungsrollen auf den Spindeln vorhanden ist,
im Leerlauf beseitigt. Es ist deshalb besser, die Bremstrommel 6 unmittelbar mit
den Verzahnungsrollen zu verbinden bzw. beide aus einem Stück herzustellen.
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In der Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform für die Beseitigung
der Luft im Triebwerk im Leerlauf der Rollen dargestellt, in welcher an Stelle der
Bremsbacken Schwungmassen 12 und 13 auf den Spindeln 7 und 7' angeordnet sind. Um
die Schwungmassen genügend groß ausbilden zu können, liegen beide Schwungräder 12
und 13 hintereinander, so daß der Durchmesser dieser Schwungräder von dem
Achsabstand der Spindeln 7 und 7' bestimmt wird.
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Zur Berechnung der Vorwalzrollen zur Erzeugung einer genauen Teilung
sind der Außendurchmesser mit Da', der Vorarbeitsdurchmesser des Werkstückes mit
d9, die Teilung mit t, die Zähnezahl am Werkstück mit z und die Zähnezahl der Rollen
mit Z bezeichnet.
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Dann ist
Der Außendurchmesser Da2 der Fertigwalzrollen zur Erzeugung einer genauen Zahnform
ist dann Da2 - Da' -}- (do-df).