EP3107670B1 - Verfahren zur herstellung eines zahnrades - Google Patents

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EP3107670B1
EP3107670B1 EP15706215.9A EP15706215A EP3107670B1 EP 3107670 B1 EP3107670 B1 EP 3107670B1 EP 15706215 A EP15706215 A EP 15706215A EP 3107670 B1 EP3107670 B1 EP 3107670B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gear
clamping means
toothing
clamping
wheel
Prior art date
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Active
Application number
EP15706215.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3107670A1 (de
Inventor
Gerhard Kotthoff
Björn LEUPOLD
Frank WATTENBERG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH
Original Assignee
GKN Sinter Metals Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GKN Sinter Metals Engineering GmbH filed Critical GKN Sinter Metals Engineering GmbH
Publication of EP3107670A1 publication Critical patent/EP3107670A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3107670B1 publication Critical patent/EP3107670B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H5/00—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms
    • B21H5/02—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms with cylindrical outline, e.g. by means of die rolls
    • B21H5/022—Finishing gear teeth with cylindrical outline, e.g. burnishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/08—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/08—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs
    • B22F5/085—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs with helical contours

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing at least one gearwheel.
  • the generic European patent EP 1 694 452 B1 describes a method for manufacturing a gear.
  • it is known to compress the sintered powder metal blanks of the gearwheels in the flank and foot area, so that a largely pore-free surface layer is obtained, which in the The meshing area of the gear causes a considerable increase in the permissible load capacity.
  • the surface layer is compacted using a pusher tool in the form of at least one gearwheel, which either has external teeth engaging the teeth of the powder metal blank or internal teeth, with the aid of which the sliding speed between the tooth flanks of the powder metal blank and the pusher tool can be reduced.
  • the object of the present invention is to enable an improvement in the quality of the toothing of a gearwheel and to provide a method for manufacturing a gearwheel with good properties.
  • the term allowance can describe a negative and / or a positive allowance.
  • the tooth flank can have additional material that is distributed over the tooth flank during the compaction process.
  • the blank can be undersized on the tooth flank. This is to be understood as meaning that less material, in particular sintered material and / or another material, is provided in an area than would have to be provided in relation to an end contour after a machining step.
  • a negative allowance can be used to ensure that when sintered material is displaced, no undesired elevations arise.
  • the negative oversize can therefore represent a region of a gear blank with a toothing, which is to be filled in particular by the displacement of sintered material.
  • gear blank can describe a green part of a sintering process, in particular a powder metallurgical process.
  • tool can describe a pusher tool in the form of at least one gearwheel, which has either an external toothing engaging the toothing of the powder metal blank or an internal toothing.
  • the gear blank When clamping the gear blank in the clamping means, the gear blank can be placed on a mandrel or a shaft before the clamping means clamps the gear blank. In this way it can be ensured that the gear wheel blank is rotatably mounted in the device.
  • the gear wheel blank is preferably axially clamped in the clamping means for radial clamping.
  • the stiffness of the tooth ends can be increased in this way, whereby the elastic deformation is reduced.
  • At least two gear blanks are clamped in the clamping means in order to produce at least two gear wheels.
  • at least one clamping element can be arranged between the respective end faces of the gear blanks which are not arranged directly adjacent to the pressure rings of the clamping means and / or the at least two gear blanks can be arranged directly adjacent to one another.
  • the clamping of the gear blanks can be adapted to the existing clamping means and the existing tool, so that no additional clamping means or tools have to be purchased.
  • the production costs, the dead times and the set-up times for the manufacture of the gear can be reduced.
  • the at least one rotating tool preferably engages in the toothing of the at least two gear blanks simultaneously or one after the other. In this way, the mass production of gears can be simplified.
  • the simultaneous or successive engagement of the tool in the toothing of the gear blanks can be done either by the same tool or by several tools, one tool then engaging in a gear blank.
  • the method is preferably carried out with a device for producing at least one gearwheel, in particular a helical gearwheel, with a clamping device for clamping at least one gear blank, pressed and sintered with oversize, for the gearwheel, and with at least one tool that has a counter-toothing in a toothing of the gearwheel blank engages, the clamping means being provided for axially clamping the gear blank, the clamping means comprising a first and a second pressure ring, the pressure rings supporting each individual tooth of the toothing of the gear blank between the pressure rings essentially over the entire tooth height.
  • the device is preferably used together with the method described above and also below.
  • the clamping means preferably has a toothing geometry which is identical to the gear wheel blank. In this way it can be ensured that the clamping device does not damaged by the tool. Furthermore, it can also be ensured that the clamping means supports the gear blank over the entire tooth height.
  • the toothing geometry of the clamping means has an equidistant undersize, the toothing geometry of the clamping means tapering in the axial direction.
  • the gear wheel blank preferably has at least one axially protruding shoulder and the clamping means has ring shoulders, the shoulder being positively supported via the ring shoulders.
  • the at least one axially protruding shoulder of the gear wheel blank can be circumferential and engage in the annular shoulders of the clamping means. In this way, a form fit can be ensured in the radial direction.
  • the shoulders provided in the area of the gear blank can be removed again after the gearing area has been compressed.
  • At least one tooth of the toothing of the gear blank has a recess or elevation at the end and at least one clamping device tooth has an elevation or recess, the elevation or recess of the at least one clamping device tooth engaging positively in the recess or elevation of the at least one tooth of the toothing of the gear blank .
  • the elevation and the depression can have any shape, for example an annular, polygonal, oval, cylindrical or trapezoidal shape.
  • At least one toothed wheel in particular a helical toothed wheel, can thus be produced with an improved toothing quality.
  • a device can be used as it is from the EP 1 694 452 A1 or how they come from the U.S. 8,340,806 emerges.
  • a relative movement between the tool and the gear blank can preferably be calculated in advance and then implemented via a machine control of the device.
  • a plurality of gear blanks are preferably clamped in the clamping means, at least one clamping element being arranged between the respective end faces of the gear blanks, which are not arranged directly adjacent to the pressure rings of the clamping means.
  • the at least one tensioning element preferably has a toothing geometry that is identical to the toothed wheel blank. In this way it can be ensured that the clamping element is not damaged by the tool. Furthermore, it can be ensured that the clamping element supports the gear blank over the entire tooth height.
  • the device has at least two tensioning elements, which have the same or a different width.
  • the at least one tensioning element preferably has at least one annular shoulder, depression or elevation on the end face.
  • a clamping device is preferably used in the method, the clamping device axially clamping the at least one gear wheel blank, the clamping device comprising a first and second pressure ring, the clamping device having a tooth geometry identical to the gear wheel blank, the tooth geometry of the clamping device tapering in the axial direction .
  • the clamping means is used in the proposed device and / or in the proposed method.
  • Fig. 1 shows an exemplary rolling arrangement in a schematic view.
  • a first rolling tool 10 with a first toothing 12 is mounted rotatably about a first axis 14 in the direction of rotation 16.
  • the direction of rotation can change one or more times.
  • a first rotational orientation in a reverse direction can also refer to that shown.
  • the first toothing 12 is in engagement with a second toothing 18 of a gear blank 20.
  • the gear blank 20 is mounted rotatably about a second axis 22.
  • a second direction of rotation 24 results accordingly.
  • the second toothing 18 is also located with a third toothing 26 of a second tool 28 in engagement.
  • This second tool 28 is mounted rotatably about a third axis 30 in a third direction of rotation 32.
  • this rolling arrangement can be used to compress the gear blank 20 in the area of an oversize of the counter-teeth 12 and 26 engaging at least the rotating tools 10 and 28 with the gear teeth 18 of the gear blank 20.
  • Fig. 2 shows a schematic view of a further possibility of how, for example, at least two gear blanks 20 can be compressed at the same time.
  • the gear blanks 20 can also move in the direction of the tool 34.
  • Fig. 3 shows a sectional view of a device 36 in which a gear wheel blank 38 is clamped with a protruding shoulder 40 in a clamping means 42.
  • the clamping means 42 comprises two pressure rings 44 and 46 between which the gear wheel blank 38 is clamped. It is shown that the pressure rings 44 and 46 support each individual tooth of the toothing of the gear wheel blank 38 between the pressure rings 44 and 46 essentially over the entire tooth height.
  • the clamping means 42 clamps the gear blank 38 axially with the aid of the pressure rings 44 and 46 for radial clamping, which increases the rigidity of the front tooth ends of the gear blank 38 and thereby reduces the elastic deformation.
  • the clamping means 42 has a toothing geometry which is identical to the gear wheel blank 38 and which is equidistantly undersized in the axial direction to compensate for elastic influences. To avoid collisions when the tools are set to the optimum tooth trace angle, the toothing geometry of the clamping means 42 is tapered in the axial direction. The toothing geometry generated in this way corresponds in principle to a beveloid toothing.
  • the pressure ring 46 has an annular shoulder 48 which supports the shoulder 40 in a form-fitting manner.
  • the shoulder 40 can be cylindrical and form a spline with the annular shoulder 48.
  • Fig. 4 shows a device 36 in which a gear blank 50 is clamped in the clamping element 42. In contrast to Fig. 3 if the gear wheel blank 50 has no shoulder 40.
  • Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c show a device 36 in which a gear wheel blank 52 is clamped in a clamping means 42.
  • the detail A of the Figure 5a is in Figure 5b shown enlarged.
  • a tooth 54 of the gear blank 52 on its to Clamping means 42 has an elevation 56 immediately adjacent to the end face.
  • the elevation 56 engages in a recess 58 of a tensioning means tooth 60.
  • the elevation 56 has a round shape.
  • FIG. 6a, 6b, 6c show another embodiment of the device 36 in which a gear blank 62 is clamped in a clamping means 42.
  • Figure 6b is an enlargement of detail B of FIG Fig.6a shown.
  • Figure 6b shows how that Figure 5b that a tooth 64 of the gear wheel blank 62 has an elevation 66 on its end face immediately adjacent to the clamping means 42.
  • the elevation 66 engages in a recess 68 of a tensioning means tooth 70.
  • the elevation 66 has an oval shape.
  • Figure 7a shows a device 36 in which several gear blanks 72 are axially lined up and clamped in a clamping means 42.
  • the respective end faces of the gear blanks 72 which are not arranged directly adjacent to the pressure rings 44, 46 of the clamping means 42, are arranged on clamping elements 74.
  • the clamping elements 74 have different widths.
  • the pressure rings 44, 46 of the clamping means 42 clamp the gear blanks 72 and the clamping elements 74, for example with the aid of nuts 76 and 78.
  • nuts instead of nuts, however, other bracing components can also be used which enable the gear blanks 72 and pressure rings 44, 46 to be braced.
  • the clamping elements 74 have an identical tooth geometry as the gear blanks 72.
  • the clamping elements 74 can have at least one annular shoulder, depression or elevation on the front side in order to form a reproducible positioning of the gear blanks 72 and the respective clamping elements 74 with the gear blanks 72.
  • Figure 7b shows a further embodiment of a device 36 in which several gear blanks 80 and 82 are clamped in a clamping means 42. The respective end faces of the gear blanks 80, 82, which are not arranged directly adjacent to the pressure rings 44, 46 of the clamping means 42, are arranged on clamping elements 74.
  • the clamped gear blanks 80 and 82 have different widths in this exemplary embodiment. But they can also have the same widths as well as the same sizes.
  • the pressure rings 44, 46 of the clamping element 42 clamp the clamping elements 74 and the gear blanks 80, 82 without the aid of nuts 76, 78.
  • Figure 7c shows a third embodiment of a device 36 in which several gear blanks 72 are clamped in a clamping means 42.
  • clamping elements 74 are arranged between the respective end faces of the gear blanks 72, which are not arranged directly adjacent to the pressure rings 44, 46 of the clamping means 42.
  • the gear blanks 72 have the same width and the pressure rings 44, 46 of the clamping element 42 clamp the clamping elements 74 and the gear blanks 72 in this exemplary embodiment without the aid of nuts 76, 78.
  • Fig. 8 shows a further embodiment of a device 36 in which two gear blanks 84 are arranged between the pressure rings 44, 46 of the clamping means 42.
  • the respective end faces of the gear blanks 84 which are not arranged directly adjacent to the pressure rings 44, 46 of the clamping means 42, are arranged to one another.
  • Fig. 9 shows a schematic side view of a gear 86.
  • a shoulder 88 can, if required, be incorporated by means of mechanical processing.
  • the mechanical processing can for example include milling, grinding and / or turning.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gear Processing (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines Zahnrades.
  • Das gattungsgemäße europäische Patent EP 1 694 452 B1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades. Um eine vergleichsweise niedrige Dauerbiegefestigkeit im Bereich der Zahn füße und eine geringe Verschleißfestigkeit bei pulvermetallurgisch hergestellten Zahnrädern zu vermeiden, ist es bekannt, die gesinterten Pulvermetallrohlinge der Zahnräder im Flanken- und im Fußbereich zu verdichten, so dass eine weitgehend porenfreie Oberflächenschicht erhalten wird, die im Eingriffsbereich des Zahnrades eine erhebliche Steigerung der zulässigen Belastbarkeit mit sich bringt. Die Verdichtung der Oberflächenschicht erfolgt über ein Drückerwerkzeug in Form wenigstens eines Zahnrades, das entweder eine in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifende Außenverzahnung oder eine Innenverzahnung aufweist, mit deren Hilfe die Gleitgeschwindigkeit zwischen den Zahnflanken des Pulvermetallrohlings und des Drückerwerkzeuges verringert werden kann.
  • Dieses Verfahren ist jedoch beim Walzen, insbesondere von schrägverzahnten Zahnrädern, nicht dazu geeignet, das in Kraftrichtung dünne Ende des Zahnes ausreichend zu stützen um eine ausreichende Verdichtung zu gewährleisten und um das Rückfedern des Zahnendes zu verhindern. Durch die ausschließlich elastische Verformung während der Nachverdichtung kommt es zu einer Verschränkung der Zahnflanken und damit zu einer Reduzierung der Verzahnungsqualität beziehungsweise zu einer erhöhten Hartfeinbearbeitung aufgrund des ungewollten Zusatzaufmaßes.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung einer Verzahnungsqualität eines Zahnrades zu ermöglichen und ein Herstellungsverfahren eines Zahnrades mit guten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die jeweils angegebenen Merkmale in der Beschreibung, in der Figurenbeschreibung und in den Figuren können allgemein wie auch speziell mit anderen Merkmalen zu Weiterbildungen verknüpft werden. Insbesondere sind die angegebenen Beispiele mit ihren jeweiligen Merkmalen nicht beschränkend auszulegen. Die dort angegebenen Merkmale können vielmehr auch mit anderen Merkmalen aus anderen Beispielen oder aus der allgemeinen Beschreibung verknüpft werden.
  • Gemäß einem Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen mindestens eines Zahnrades, insbesondere eines schrägverzahnten Zahnrades, vorgeschlagen, wobei das Zahnrad aus einem mit einem Aufmaß im Verzahnungsbereich gepressten und gesinterten Zahnradrohling hergestellt wird, wobei der Zahnradrohling zwei gegenüberliegende Stirnseiten und einen Umfang aufweist. Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte:
    • Einspannen des Zahnradrohlings in ein Spannmittel,
    • Verdichten des Zahnradrohlings im Bereich des Aufmaßes durch ein Eingreifen mindestens eines umlaufenden Werkzeuges mit einer in die Verzahnung des Zahnradrohlings eingreifenden Gegenverzahnung,
    wobei der Zahnradrohling während seiner Verdichtung an beiden Stirnseiten durch das Spannmittel über den Umfang radial eingespannt wird,
    wobei jeder einzelne Zahn der Verzahnung des Zahnradrohlings im Wesentlichen über die gesamte Zahnhöhe durch das Spannmittel gestützt wird.
  • Der Begriff Aufmaß kann hierbei ein negatives und/oder ein positives Aufmaß beschreiben. Bei einem positiven Aufmaß kann die Zahnflanke zusätzliches Material aufweisen, dass bei dem Verdichtungsprozeß über die Zahnflanke verteilt wird. Bei einem negativen Aufmaß kann der Rohling an der Zahnflanke ein Untermaß aufweisen. Darunter ist zu verstehen, dass weniger Material, insbesondere Sintermaterial und/oder ein anderes Material in einem Bereich vorgesehen ist, als in Bezug auf eine Endkontur nach einem Bearbeitungsschritt vorgesehen sein müßte. Durch ein negatives Aufmaß kann sichergestellt werden, dass bei Verdrängung von Sintermaterial keine unerwünschten Erhebungen entstehen. Das negative Aufmaß kann daher einen durch insbesondere Verdrängung von Sintermaterial aufzufüllenden Bereich eines Zahnradrohlings mit einer Verzahnung darstellen. Der Begriff Zahnradrohling kann hierbei einen Grünling eines Sinterverfahrens, insbesondere eines pulvermetallurgischen Verfahrens beschreiben. Der Begriff Werkzeug kann hierbei ein Drückerwerkzeug in Form wenigstens eines Zahnrades beschreiben, das entweder eine in die Verzahnung des Pulvermetallrohlings eingreifende Außenverzahnung oder eine Innenverzahnung aufweist.
  • Beim Einspannen des Zahnradrohlings in das Spannmittel kann der Zahnradrohling auf einen Dorn oder eine Welle aufgesetzt werden, bevor das Spannmittel den Zahnradrohling einklemmt. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Zahnradrohling in der Vorrichtung drehbar gelagert ist.
  • Vorzugsweise wird der Zahnradrohling zur radialen Einspannung in dem Spannmittel axials eingeklemmt. Beispielsweise kann auf diese Weise die Steifigkeit der stirnseitigen Zahnenden vergrößert werden, wodurch die elastische Verformung reduziert wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden in das Spannmittel mindestens zwei Zahnradrohlinge eingespannt, um mindestens zwei Zahnräder herzustellen. Auf diese Weise kann die Massenproduktion von Zahnrädern vereinfacht werden. Weiterhin können zwischen den jeweiligen Stirnseiten der Zahnradrohlinge welche nicht unmittelbar benachbart zu den Druckringen des Spannmittels angeordnet sind, mindestens ein Spannelement angeordnet sein und/oder die mindestens zwei Zahnradrohlinge können unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein. Auf diese Weise kann das Einspannen der Zahnradrohlinge dem vorhandenen Spannmittel und dem vorhandenen Werkzeug angepasst werden, wodurch keine zusätzlichen Spannmittel oder Werkzeuge angeschafft werden müssen. Dadurch können die Produktionskosten, die Totzeiten und die Rüstzeiten für die Herstellung des Zahnrades reduziert werden.
  • Vorzugsweise erfolgt das Eingreifen des mindestens einen umlaufenden Werkzeugs in die Verzahnung der mindestens zwei Zahnradrohlinge gleichzeitig oder nacheinander. Auf diese Weise kann die Massenproduktion von Zahnrädern vereinfacht werden. Der gleichzeitige oder nacheinander erfolgende Eingriff des Werkzeuges in die Verzahnung der Zahnradrohlinge kann entweder durch das gleiche Werkzeug oder durch mehrere Werkzeuge erfolgen, wobei dann jeweils ein Werkzeug in einen Zahnradrohling eingreift.
  • Vorzugsweise wird das Verfahren durchgeführt mit einer Vorrichtung zum Herstellen mindestens eines Zahnrades, insbesondere eines schrägverzahnten Zahnrades, mit einem Spannmittel zum Einspannen mindestens eines mit Aufmaß gepressten und gesinterten Zahnradrohlings für das Zahnrad und mit mindestens einem Werkzeug, das mit einer Gegenverzahnung in eine Verzahnung des Zahnradrohlings eingreift, wobei das Spannmittel zum axialen Klemmen des Zahnradrohlings vorgesehen ist, wobei das Spannmittel einen ersten und einen zweiten Druckring umfasst, wobei die Druckringe jeden einzelnen Zahn der Verzahnung des Zahnradrohlings zwischen den Druckringen im Wesentlichen über die gesamte Zahnhöhe abstützen. Durch die Abstützung jedes einzelnen Werkstückzahnes über nahezu die gesamte Zahnhöhe kann beispielsweise die Steifigkeit der stirnseitigen Zahnenden vergrößert werden, wodurch die elastische Verformung reduziert wird. Bevorzugt wird die Vorrichtung zusammen mit dem oben wie auch noch nachfolgend beschriebenen Verfahren eingesetzt.
  • Vorzugsweise weist das Spannmittel eine zum Zahnradrohling identische Verzahnungsgeometrie auf. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Spannmittel nicht durch das Werkzeug beschädigt wird. Weiterhin kann weiterhin sichergestellt werden, dass das Spannmittel den Zahnradrohling über die gesamte Zahnhöhe abstützt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verzahnungsgeometrie des Spannmittels ein äquidistantes Untermaß auf, wobei sich die Verzahnungsgeometrie des Spannmittels in axialer Richtung verjüngt. Durch die Verwendung eines äquidistantes Untermaß kann eine Kollision der Verzahnung des Spannelementes mit dem Werkzeug vermieden werden. Weiterhin kann durch die axiale Verjüngung sichergestellt werden, dass das Werkzeug das Spannmittel und den Zahnradrohling überrollen kann ohne dass eine Kollision des Spannmittels mit dem Werkzeug erfolgt.
  • Bevorzugterweise weist der Zahnradrohling mindestens einen axial vorstehenden Absatz auf und das Spannmittel weist Ringschultern auf, wobei der Absatz über die Ringschultern formschlüssig abgestützt wird. Der mindestens eine axial vorstehende Absatz des Zahnradrohlings kann dabei umlaufend sein und in die Ringschultern des Spannmittels eingreifen. Auf diese Weise kann in radialer Richtung ein Formschluß sichergestellt werden. Die im Bereich des Zahnradrohlings vorgesehenen Absätze können nach der Verdichtung des Verzahnungsbereiches wieder entfernt werden.
  • Vorzugsweise weist mindestens ein Zahn der Verzahnung des Zahnradrohlings stirnseitig eine Vertiefung oder Erhöhung auf und mindestens ein Spannmittelzahn weist eine Erhöhung oder Vertiefung auf, wobei die Erhöhung oder Vertiefung des mindestens einen Spannmittelzahns formschlüssig in die Vertiefung oder Erhöhung des mindestens einen Zahns der Verzahnung des Zahnradrohlings eingreift. Auf diese Weise kann eine reproduzierbare Positionierung von Zahnradrohling und Spannmittel gewährleistet werden. Weiterhin kann dadurch sichergestellt werden, dass der Zahnradrohling sicher in dem Spannmittel eingespannt ist. Die Erhöhung und die Vertiefung können dabei eine beliebige Form, beispielsweise eine ringförmige, mehreckige, ovale, zylinderfömige oder trapezförmige Form, aufweisen.
  • Mit Hilfe der Vorrichtung kann somit mindestens ein Zahnrad, insbesondere ein schrägverzahntes Zahnrad, mit einer verbesserten Verzahnungsqualität hergestellt werden.
  • Prinzipiell ist eine Vorrichtung nutzbar, wie sie aus der EP 1 694 452 A1 oder wie sie aus der US 8,340,806 hervorgeht. Eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Zahnradrohling kann vorzugsweise vorab errechnet und anschließend über eine Maschinensteuerung der Vorrichtung umgesetzt werden.
  • Bevorzugterweise werden in dem Spannmittel mehrere Zahnradrohlinge eingespannt, wobei zwischen den jeweiligen Stirnseiten der Zahnradrohlinge, welche nicht unmittelbar benachbart zu den Druckringen des Spannmittels angeordnet sind, mindestens ein Spannelement angeordnet ist. Dadurch kann, wie bereits oben beschrieben, die Herstellung des Zahnrades dem vorhandenen Spannmittel und Werkzeug angepasst werden.
  • Vorzugsweise weist das mindestens eine Spannelement eine zum Zahnradrohling identische Verzahnungsgeometrie auf. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Spannelement nicht durch das Werkzeug beschädigt wird. Weiterhin kann sichergestellt werden, dass das Spannelement den Zahnradrohling über die gesamte Zahnhöhe abstützt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens zwei Spannelemente auf, welche eine gleiche oder eine unterschiedliche Breite aufweisen. Dadurch kann die Herstellung des Zahnrades dem vorhandenen Spannmittel und Werkzeug angepasst werden.
  • Bevorzugterweise weist das mindestens eine Spannelemente stirnseitig mindestens eine Ringschulter, Vertiefung oder Erhöhung auf. Auf diese Weise kann eine reproduzierbare Positionierung von Zahnradrohling, Spannelement und Spannmittel gewährleistet werden. Weiterhin kann dadurch sichergestellt werden, dass das der Zahnradrohling sicher in dem Spannmittel eingespannt ist. Des Weiteren kann auf diese Weise in radialer Richtung ein Formschluß sichergestellt werden.
  • Vorzugsweise kommt ein Spannmittel zum Einsatz bei dem Verfahren, wobei das Spannmittel den mindestens einen Zahnradrohling axial einklemmt, wobei das Spannmittel einen ersten und zweiten Druckring umfasst, wobei das Spannmittel eine zum Zahnradrohling identische Verzahnungsgeometrie aufweist, wobei sich die Verzahnungsgeometrie des Spannmittels in axialer Richtung verjüngt. Das Spannmittel wird bei der vorgeschlagenen Vorrichtung und/oder bei dem vorgeschlagenen Verfahren eingesetzt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft im Einzelnen anhand der Figuren erläutert. Diese dargestellten Ausgestaltungen sind jedoch nicht beschränkend für den Umfang bezüglich Einzelheiten der Erfindung auszulegen. Vielmehr zeigen sie jeweils zur Veranschaulichung eine von mehreren Möglichkeiten einer Ausgestaltung.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Wälzanordnung
    Fig. 2
    eine weitere Wälzanordnung
    Fig. 3
    eine Schnittansicht einer Vorrichtung in der ein Zahnradrohling mit einem vorstehenden Absatz in einem Spannmittel eingespannt ist,
    Fig. 4
    eine Schnittansicht einer Vorrichtung in der ein Zahnradrohling ohne einen vorstehenden Absatz in einem Spannmittel eingespannt ist,
    Fig. 5a
    eine Schnittansicht einer Vorrichtung in der ein Zahnradrohling in einem Spannmittel eingespannt ist, wobei der Zahnradrohling eine Erhöhung und das Spannmittel eine Vertiefung aufweist,
    Fig. 5b
    eine Detailansicht des Details A aus Fig. 5a,
    Fig. 5c
    eine Ansicht der Stirnseite eines Zahns des Zahnradrohlings aus Fig.5a und 5b,
    Fig. 6a
    eine weitere Schnittansicht einer Vorrichtung in der ein Zahnradrohling in einem Spannmittel eingespannt ist, wobei der Zahnradrohling eine Erhöhung und das Spannmittel eine Vertiefung aufweist,
    Fig. 6b
    eine Detailansicht des Details B aus Fig. 6a,
    Fig. 6c
    eine Ansicht der Stirnseite eines Zahns des Zahnradrohlings aus Fig. 5a und 5b,
    Fig. 7a
    eine Vorrichtung mit einem Spannmittel, wobei mehrere Zahnradrohlinge mittels Spannelemente voneinander beabstandet eingespannt sind,
    Fig. 7b
    eine weitere Vorrichtung mit einem Spannmittel, bei dem mehrere Zahnradrohlinge mittels Spannelemente voneinander beabstandet eingespannt sind,
    Fig. 7c
    eine dritte Vorrichtung mit einem Spannmittel, bei dem mehrere Zahnradrohlinge mittels Spannelemente voneinander beabstandet eingespannt sind, und
    Fig. 8
    eine Vorrichtung mit einem Spannmittel in dem mehrere Zahnradrohlinge unmittelbar benachbart zueinander eingespannt sind,
    Fig. 9
    eine schmatische Ansicht eines Zahnrades
  • Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Wälzanordnung in schematischer Ansicht. Ein erstes Walzwerkzeug 10 mit einer ersten Verzahnung 12 ist um eine erste Achse 14 in Rotationsrichtung 16 drehbar gelagert. Während des Walzens kann sich die Rotationsrichtung ein- oder auch mehrfach ändern. Auch kann eine erste Rotationsausrichtung in eine umgekehrte Richtung als dargestellt verweisen. Die erste Verzahnung 12 befindet sich im Eingriff mit einer zweiten Verzahnung 18 eines Zahnradrohlings 20. Der Zahnradrohling 20 ist um eine zweite Achse 22 drehbar gelagert. Entsprechend resultiert eine zweite Rotationsrichtung 24. Des Weiteren befindet sich die zweite Verzahnung 18 mit einer dritten Verzahnung 26 eines zweiten Werkzeugs 28 im Eingriff. Dieses zweite Werkzeug 28 ist um eine dritte Achse 30 in einer dritten Rotationsrichtung 32 drehbar gelagert. Beispielsweis kann mit dieser Wälzanordnung ein Verdichten des Zahnradrohlings 20 im Bereich eines Aufmaßes an den durch ein Eingreifen mindestens der umlaufenden Werkzeugen 10 und 28 mit einer in die Verzahnung 18 des Zahnradrohlings 20 eingreifenden Gegenverzahnung 12 und 26 erfolgen.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Möglichkeit, wie beispielsweise gleichzeitig zumindest zwei Zahnradrohlinge 20 verdichtet werden können. Neben der Bewegung des Werkzeugs 34 kann auch eine Bewegung der Zahnradrohlinge 20 in Richtung des Werkzeugs 34 erfolgen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass auf einer Zahnradrohlingachse zwei oder mehrere Zahnradrohlinge 20 angeordnet werden.
  • Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung 36 bei dem ein Zahnradrohling 38 mit einem vorstehenden Absatz 40 in einem Spannmittel 42 eingespannt ist. Das Spannmittel 42 umfasst zwei Druckringe 44 und 46 zwischen denen der Zahnradrohling 38 eingeklemmt ist. Es ist dargestellt, dass die Druckringe 44 und 46 jeden einzelnen Zahn der Verzahung des Zahnradrohling 38 zwischen den Druckringen 44 und 46 im Wesentlichen über die gesamte Zahnhöhe abstützen. Dabei klemmt das Spannmittel 42 mit Hilfe der Druckringe 44 und 46 den Zahnradrohling 38 zur radialen Einspannung axial ein, wodurch die Steifigkeit der stirnseitigen Zahnenden des Zahnradrohlings 38 vergrößert wird und dadurch die elastische Verformung reduziert wird. Das Spannmittel 42 weist eine zum Zahnradrohling 38 identische Verzahnungsgeometrie auf, welche zur Kompensation elastischer Einflüße in axialer Richtung ein äquidistantes Untermaß aufweist. Zur Vermeidung von Kollisionen bei flankenlinienwinkeloptimaler Einstellung der Werkzeuge wird die Verzahnungsgeometrire des Spannmittels 42 in axialer Richtung verjüngt. Die so erzeugte Verzahnungsgeometrie entspricht in Grundzügen einer Beveloid-Verzahnung.
  • Der Druckring 46 weist eine Ringschulter 48 auf, welche den Absatz 40 formschlüssig abstützt. Der Absatz 40 kann dabei zylindrisch ausgebildet sein und mit der Ringschulter 48 eine Steckverzahnung ausbilden.
  • Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 36 in der ein Zahnradrohling 50 in dem Spannelement 42 eingespannt ist. Im Gegensatz zur Fig. 3 weist der Zahnradrohling 50 keinen Absatz 40 auf.
  • Fig. 5a, Fig. 5b, Fig. 5c zeigen eine Vorrichtung 36 in der ein Zahnradrohling 52 in einem Spannmittel 42 eingespannt ist. Das Detail A der Fig. 5a ist in Fig. 5b vergrößert dargestellt. Es ist in Fig. 5b dargestellt, dass ein Zahn 54 des Zahnradrohlings 52 an seiner zum Spannmittel 42 unmittelbar benachbarten Stirnseite eine Erhöhung 56 aufweist. Die Erhöhung 56 greift in eine Vertiefung 58 eines Spannmittelzahns 60 ein. Durch einen Eingriff der Erhöhung 56 in die Vertiefung 58 kann eine reproduzierbare Positionierung von Zahnradrohlung 52 und Spannmittel 42 gewährleistet werden. In Fig. 5c ist dargestellt, dass die Erhöhung 56 eine runde Form aufweist.
  • Fig. 6a, Fig. 6b, Fig. 6c zeigen eine andere Ausführungsform der Vorrichtung 36 in der ein Zahnradrohling 62 in einem Spannmittel 42 eingespannt ist. In Fig. 6b ist eine Vergrößerung des Details B der Fig.6a dargestellt. Fig. 6b zeigt wie die Fig. 5b, dass ein Zahn 64 des Zahnradrohlings 62 an seiner zum Spannmittel 42 unmittelbar benachbarten Stirnseite eine Erhöhung 66 aufweist. Die Erhöhung 66 greift in eine Vertiefung 68 eines Spannmittelzahns 70 ein. Durch einen Eingriff der Erhöhung 66 in die Vertiefung 68 kann eine reproduzierbare Positionierung von Werkstück und Spannmittel gewährleistet werden. In Fig. 6c ist dargestellt, dass die Erhöhung 66 eine ovale Form aufweist.
  • Fig. 7a zeigt eine Vorrichtung 36, in der mehrere Zahnradrohlinge 72 axial aufgereiht und in einem Spannmittel 42 eingespannt sind. Die jeweiligen Stirnseiten der Zahnradrohlinge 72, welche nicht unmittelbar benachbart zu den Druckringen 44, 46 des Spannmittels 42 angeordnet sind, sind an Spannelementen 74 angeordnet. In Fig. 7a weisen die Spannelemente 74 unterschiedliche Breiten auf. Weiterhin ist in Fig. 7a dargestellt, dass die Druckringe 44 ,46 des Spannmittels 42 zum Beispiel mit Hilfe von Muttern 76 und 78 die Zahnradrohlinge 72 und die Spannelemente 74 einspannen. An Stelle von Muttern können jedoch auch andere Verspannkomponenten zum Einsatz kommen, die ein Verspannen von Zahnradrohlingen 72 und Druckringen 44, 46 ermöglichen. Die Spannelemente 74 weisen eine identische Verzahnungsgeometrie, wie die Zahnradrohlinge 72 auf. Weiterhin können die Spannelemente 74 stirnseitig mindestens eine Ringschulter, Vertiefung oder Erhöhung aufweisen, um mit den Zahnradrohlingen 72 eine reproduzierbare Positionierung von Zahnradrohlingen 72 und den jeweiligen Spannelementen 74 auszubilden. Fig. 7b zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 36, in der mehrere Zahnradrohlinge 80 und 82 in einem Spannmittel 42 eingespannt sind. Die jeweiligen Stirnseiten der Zahnradrohlinge 80, 82 , welche nicht unmittelbar benachbart zu den Druckringen 44, 46 des Spannmittels 42 angeordnet sind, sind an Spannelementen 74 angeordnet. Die eingespannten Zahnradrohlinge 80 und 82 weisen in diesem Ausführungsbeispiel unterschiedliche Breiten auf. Sie können aber auch gleich Breiten wie auch gleiche Größen aufweisen. Die Druckringe 44, 46 des Spannelements 42 spannen in diesem Ausführungsbeispiels ohne Hilfe von Muttern 76, 78 die Spannelemente 74 und die Zahnradrohlinge 80, 82 ein.
  • Fig. 7c zeigt eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung 36, in der mehrere Zahnradrohlinge 72 in einem Spannmittel 42 eingespannt sind. Wie in Fig. 7a sind zwischen den jeweiligen Stirnseiten der Zahnradrohlinge 72, welche nicht unmittelbar benachbart zu den Druckringen 44, 46 des Spannmittels 42 angeordnet sind, Spannelemente 74 angeordnet. Die Zahnradrohlinge 72 weisen die gleiche Breite auf und die Druckringe 44, 46 des Spannelements 42 spannen in diesem Ausführungsbeispiels ohne Hilfe von Muttern 76, 78 die Spannelemente 74 und die Zahnradrohlinge 72 ein.
  • Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 36, in der zwischen den Druckringen 44 ,46 des Spannmittels 42 zwei Zahnradrohlinge 84 angeordnet sind. Die jeweiligen Stirnseiten der Zahnradrohlinge 84 , welche nicht unmittelbar benachbart zu den Druckringen 44, 46 des Spannmittels 42 angeordnet sind, sind zueinander angeordnet.
  • Fig. 9 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Zahnrades 86. Nachdem der Zahnradrohling verdichtet worden ist, kann, falls benötigt, mittels einer mechanischen Bearbeitung ein Absatz 88 eingearbeitet werden. Die mechanische Bearbeitung kann beispielsweise Fräsen, Schleifen und/oder Drehen umfassen.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Herstellen mindestens eines Zahnrades, insbesondere eines schrägverzahnten Zahnrades,
    wobei das Zahnrad aus einem mit einem Aufmaß im Verzahnungsbereich gepressten und gesinterten Zahnradrohling (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) hergestellt wird, wobei der Zahnradrohling (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) zwei gegenüberliegende Stirnseiten und einen Umfang aufweist,
    umfassend folgende Schritte:
    - Einspannen des Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) in ein Spannmittel (42),
    - Verdichten des Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) im Bereich des Aufmaßes durch ein Eingreifen mindestens eines umlaufenden Werkzeuges (10, 28, 34) mit einer in die Verzahnung (18) des Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) eingreifenden Gegenverzahnung (12, 26),
    wobei der Zahnradrohling (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) während seiner Verdichtung an beiden Stirnseiten durch das Spannmittel (42) über den Umfang radial eingespannt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jeder einzelne Zahn (54, 64) der Verzahnung (18) des Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) im Wesentlichen über die gesamte Zahnhöhe durch das Spannmittel (42) gestützt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zahnradrohling (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) zur radialen Einspannung in dem Spannmittel (42) axial eingeklemmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in das Spannmittel (42) mindestens zwei Zahnradrohlinge (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) eingespannt werden, um mindestens zwei Zahnräder herzustellen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Eingreifen des mindestens einen umlaufenden Werkzeugs (10, 28, 38) in die Verzahnung (18) der mindestens zwei Zahnradrohlinge (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) gleichzeitig oder nacheinander erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, durchgeführt mit einer Vorrichtung zum Herstellen mindestens eines Zahnrades, insbesondere eines schrägverzahnten Zahnrades, mit einem Spannmittel (42) zum Einspannen mindestens eines mit Aufmaß gepressten und gesinterten Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) für das Zahnrad und mit mindestens einem Werkzeug (10, 28, 38), das mit einer Gegenverzahnung (12, 26) in eine Verzahnung (18) des Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) eingreift, wobei das Spannmittel (42) zum axialen Klemmen des Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) vorgesehen ist, wobei das Spannmittel (42) einen ersten (44) und einen zweiten Druckring (46) umfasst, wobei die Druckringe (44, 46) jeden einzelnen Zahn (54, 64) der Verzahnung (18) des Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) zwischen den Druckringen (44, 46) im Wesentlichen über die gesamte Zahnhöhe abstützen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Spannmittel (42) eine zum Zahnradrohling (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) identische Verzahnungsgeometrie aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Verzahnungsgeometrie des Spannmittels (42) ein äquidistantes Untermaß aufweist, und wobei sich die Verzahnungsgeometrie des Spannmittels (42) in axialer Richtung verjüngt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Zahnradrohling (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) mindestens einen axial vorstehenden Absatz (40) aufweist und das Spannmittel (42) Ringschultern (48) aufweist, wobei der Absatz (40) über die Ringschultern (48) formschlüssig abgestützt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei mindestens ein Zahn (54, 64) der Verzahnung (18) des Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) stirnseitig eine Vertiefung oder Erhöhung (56, 66) aufweist und mindestens ein Spannmittelzahn (60, 70) eine Erhöhung oder Vertiefung (58, 68) aufweist, wobei die Erhöhung oder Vertiefung (58, 68) des mindestens einen Spannmittelzahns (60, 70) formschlüssig in die Vertiefung oder Erhöhung (56, 66) des mindestens einen Zahns (54, 64) der Verzahnung (18) des Zahnradrohlings (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) eingreift.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei in dem Spannmittel (42) mehrere Zahnradrohlinge (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) eingespannt werden, wobei zwischen den jeweiligen Stirnseiten der Zahnradrohlinge (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) welche nicht unmittelbar benachbart zu den Druckringen (44, 46) des Spannmittels (42) angeordnet sind, mindestens ein Spannelement (74) angeordnet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das mindestens eine Spannelement (74) eine zum Zahnradrohling (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) identische Verzahnungsgeo-
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Spannelemente (74) aufweist, welche eine gleiche oder eine unterschiedliche Breite aufweisen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das mindestens eine Spannelemente (74) stirnseitg mindestens eine Ringschulter nach Anspruch 8 oder eine Vertiefung oder Erhöhung nach Anspruch 9 aufweist.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spannmittel den mindestens einen Zahnradrohling (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) axial einklemmt, wobei das Spannmittel einen ersten (44) und zweiten Druckring (46) umfasst, wobei das Spannmittel eine zum Zahnradrohling (20, 38, 50, 52, 62, 72, 80, 82, 84) identische Verzahnungsgeometrie aufweist, wobei sich die Verzahnungsgeometrie des Spannmittels in axialer Richtung verjüngt.
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