DE1752245A1

DE1752245A1 - Verzahnte Profilrolle

Info

Publication number: DE1752245A1
Application number: DE19681752245
Authority: DE
Inventors: Horst Conrad
Original assignee: PEE WEE MASCHINEN U APPBAU WER
Current assignee: PEE WEE MASCHINEN U APPBAU WER
Priority date: 1968-04-25
Filing date: 1968-04-25
Publication date: 1971-05-13
Also published as: FR2006883A1; GB1245344A; CH482487A

Description

Pee-Wee Maschinen- und Apparatebau Werner Plagemann, Berlin

Verzahnte Profilrolle

Die Erfindung bezieht sich auf verzahnte Profilrollen zur Herstellung von an ihrem Umfang im wesentlichen längsprofilierten zylindrischen Werkstücken, insbesondere solchen mit einer Gerad- und Schrägverzahnung durch einen Rollvorgang.

Für den Rollvorgang kann man Gewinderollmaschinen benutzen, die zwei sich gegenüberstehende Rollen oder auch drei und mehr Rollen aufweisen können. Meist ist das Werkstück zwischen den in gleicher Richtung drehangetriebenen Werkzeugrollen frei drehbar. Es kann aber auch synchron zu den Rollwerkzeugen drehangetrieben sein.

Während beim Gewinderollen die Profile der Rollwerkzeuge in dauerndem Eingriff mit dem zu verformenden Werkstück sind, ist dies beim Rollen von achsparallelen oder im wesentlichen achsparallelen Profilen nicht der Fall. Hier dringen die Zähne der Profilrollen immer wieder schlagartig in das zu profilierende Werkstück ein, wenn die Rollen, wie es beim Einstechverfahren

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der Fall ist, gegeneinander bewegt werden. Der Werkstoff kann deshalb nicht wie beim Gewinderollen stetig auffliessen.

Man hat achsparallele oder ähnliche Profile an Wellen od. dgl. im Durchlauf gerollt und hierzu dem Werkstück in axialer Richtung einen Längsvorschub erteilt, um es während des Rollßns durch den Rollenspalt der auf festen Achsabstand eingestellten

Profilrollen hindurchzuführen. Das Durchlauf verfahr en ist aber nur in Sonderfällen, vorzugsweise bei langen Werkstücken, anwendbar.

Man hat auch bereits im Einstechverfahren mit zwei sich gegenüberstehenden Profilrollen vor allem Kerb verzahnungen an zylindrischen Werkstücken gerollt und hierbei unter einer Vorlast stehende Kerbverzahnungsrollen benutzt, um mit Sicherheit die gewünschte Zähnezahl zu erhalten. Es ist in diesem Zusammenhang ebenfalls bekannt, das Werkstück von Beginn an auf genaue, im Umfang des Werkstückes aufgehende Teilung zu rollen. Das Abrollen der ersten halben Umdrehung des Werkstückes zwischen den herangeführten Verzahnungsrollen entscheidet die Teilungsgenauigkeit für den ganzen weiteren Verlauf des Verformungsvorganges. Das Eintauchen der Verzahnungsrolle in die erste von der anderen Rolle erzeugte Vertiefung ist entscheidend für die Genauigkeit der Teilung. Nach einer ersten vollen Umdrehung dienen die am ganzen Umfang des Werkstückes befindlichen Einkerbungen als Führungen für die immer tiefer eindringenden Zähne der Rollwerkzeuge.

Mit den bisherigen verzahnten iProfilrollen ist trotz der Vermeidung von Teilungsfehlern nur eine unzureichende Verformung am Werkstück möglich. Man hat Kerbverzahnungen mit einer Teilung unter 3, 0 mm gerollt. Gerade Stirnverzahnungen kalt zu rollen

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war wegen der hohen Werkzeugkosten und der unvermeidlichen Verfestigung des Werkstückes im Bereich der Verformungszone nicht möglich.

Diese Schwierigkeiten sind auch nicht dadurch zu beheben, dass man verschiedene Rollwerkzeuge mit unterschiedlicher Zahnform und unterschiedlicher Teilung zum Vorrollen und Fertigrollen benutzt. Selbst wenn man den Rollvorgang über eine längere Zeit erstreckt, also mit mehreren Umläufen der Rollwerkzeuge arbeitet, so wird hierdurch nicht das Fliessvermögen des λ

Werkstoffes erhöht, da die Zähne der Rollwerkzeuge im wesentlichen das Material stauchen und dadurch verfestigen. Dies führt schliesslich zu einer Ermüdung des Werkstoffes des Werkstückes, das dann an seiner gerollten Oberfläche zum Abblättern neigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verzahnte Profilrolle zur Herstellung von an ihrem Umfang im wesentlichen längsprofilierten zylindrischen Werkstücken, insbesondere solchen mit einer Gerad- und Schrägverzahnung zu schaffen, mit der im Einstechvorgang grössere Materialverformungen als bisher fehlerfrei durchführbar sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Profilrolle an ihrem Umfang voneinander unterschiedliche Vorrollzähne gleicher Teilung und anschliessend an diese in der gleichen Teilung mehrere zu der Achse der Rolle konzentrische Fertigrollzähne aufweist,wobei sich die Profile der aufeinanderfolgenden Vorrollzähne dem Profil der Fertigrollzähne progressiv nähern. Mit dieser neuen Profilrolle lassen sich grössere Materialverformungen als bisher durchführen und insbesondere auch Gerad- und Schrägverzahnungen rollen. Die voneinander unterschiedlichen Vorrollzähne erleichtern das immer tiefere Eindringen in das Werkstück, und zwar teilungsgenau, da die Teilung zwischen den Vorrollzähnen und den 109820/0046

anschliessenden Fertigrollzähnen die gleiche bleibt. Die gesamte Verformungsarbeit ist möglichst gleichmässig auf alle VorroUzähne aufgeteilt. Die Fertigrollzähne kalibrieren dann nur noch die hergestellte Verzahnung.

Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung stimmt die Teilung der Vorrollzähne und die der Fertigrollzähne im Zahnkopf mit der Teilung im Umfang des Vorarbeitsdurchmessers des Werkstückes überein. Da die Teilung der Vorrollzähne und die der Fertigrollzähne im Umfang des Werkstückes genau ψ aufgeht, erfolgt im Verlauf des Rollvorganges keine Teilungsverschiebung.

Es ist überraschend, dass man mit einer derartig unterschiedlich verzahnten Rolle nicht nur in einer Umdrehung der Rollwerkzeuge, sondern auch in mehreren Umdrehungen dieser Werkzeugrollen das Werkstück mit Längsprofilen, beispielsweise Gerad- und Schräg\^rerzahnungen, rollen kann.

Demgemäss besteht eine Ausführungsform der Erfindung darin, dass bei einer zylindrischen Rolle die Vorrollzähne gegenüber \ dem vollen Profil der Fertigrollzähne verjüngt ausgebildet sind

und beide Zahngruppen in der Teilung aufeinander folgen und eine über den ganzen Umfang gehende geschlossene Zahnfolge bilden. Falls die Vorrollzähne bei ihrem ersten Durchgang das herzu-stellende Verzahnungsprofil od. dgl. noch nicht bis auf die Sollform gerollt haben, so kommen die Vorrollzähne im zweiten, dritten, vierten usw. Durchgang immer wieder zur Wirkung, bis schliesslich die Fertigrollzähne die hergestellte fertige Verzahnung kalibrieren. Auch das kann in mehreren Durchgängen der Fertig roll ζ ahne erfolgen. Soweit ein Teil der Vorrollzähne nicht in den Werkstoff des Werkstückes unter dem Vorschubdruck der Rollwerkzeuge eindringen, weichen diese infolge des auf sie elastisch ausgeübten Rolldruckes aus. Die hierbei auftretende

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schwingende Bewegung des oder der Rollschlitten der Gewinderollmaschine wirkt sich auf die Materialverformung günstig aus. Es werden harte Stösse vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass man diese neue Verzahnungsrolle mit einem für Gewinderollmaschinen normalen Durchmesser ausführen kann, da die Rollen beliebig viele Umläufe ausführen können.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Kopflinie der VorroUzähne mindestens einer Rolle exzentrisch zu der Achse der Rolle verläuft und eine Freisparung zwischen dem Ende der Fertigrollzähne und dem Anfang der VorroUzähne in dem Rollenumfang angeordnet ist. Ähnliche Gewinderollen sind als sogenannte Segmentrollen an sich bekannt. Verzahnte Segmentrollen zur Herstellung von an ihrem Umfang im wesentlichen längsprofilierten zylindrischen Werkstücken und Verzahnungsrollen für Gerad- und Schrägverzahnungen gibt es jedoch bisher nicht. Die im Zuge des spiralförmigen Anstieges der Kopflinie sich stetig ändernden Vorrollzähne und die sich im zylindrischen Teil der Rolle anschliessenden Fertigrollzähne, beide gleicher Teilung, die in dem Umfang des Vorarbeitsdurchmessers des Werkstückes genau aufgeht, ermöglichen das Verzahnen der Werkstücke in weniger als einer einzigen Umdrehung dieser Rollwerkzeuge. Dabei dient die Freisparung wie bei den bekannten Segmentrollen zur Zu- und Abführung der Werkstücke.

Derartige Segmentve rzahnungs rollen gibt es in zwei Ausführungsformen. Bei der einen Ausführungsform sind die Höhe der Vorrollzähne und die Tiefe der Zahnlücken konstant, wobei die Vorrollzähne gegenüber dem vollen Profil der Fertigrollzähne verjüngt ausgebildet sind. Bei der anderen Ausführungsform nimmt die

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Höhe der Vorrollzähne bei gleichbleibender Fussbreite der Zähne ab, wobei der Fusskreis der Vorroll- und der Fertigrollzähne zu der Achse der Rolle konzentrisch verläuft. Die erste Ausführungsform der Segmentrolle hat schlanke Vorrollzähne, die entweder als evolventenähnliche oder spitzwinklige Zähne je nach dem Werkstoff des Werkstückes ausgebildet sein können. Die zweite Ausführungsform hat gedrungene Vorrollzähne, die sich besonders für die Verformung harter Werkstoffe, wie Stahl und Stahllegierungen, eignet.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 das Schema einer Verzahnungsmaschine mit zwei Profilrollen,

Fig. 2 das Schema einer Verzahnungsmaschine mit drei Profilrollen,

Fig. 3 eine zylindrische Verzahnungsrolle, Fig. 4 eine Segmentverzahnungsrolle,
Fig. 5 eine Abwicklung der Verzahnung nach Fig. 3, Fig. 6 eine andere Ausführungsform der Verzahnung, Fig. 7 eine Abwicklung der Verzahnung nach Fig. 4, Fig. 8 eine andere Ausführungsform der Verzahnung, ähnlich der nach Fig. 5 und

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Verzahnung, ähnlich der nach Fig. 6.

In der Fig. 1 sind zwei Verzahnungs rollen 1 vorhanden, zwischen welchen das zu verzahnende Werkstück.2 gerollt wird. Beide Verzahnungsrollen sitzen auf Rollspindeln 3, die drehangetrieben sind. Ihre Befestigung erfolgt durch in die Wellen 3 eingesetzte Passfedern 4. Die Verzahnungs rollen werden, wie es

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die Pfeile anzeigen, in gleicher Drehrichtung angetrieben. Das Werkstück befindet sich auf der Werkstückaufnahme 5, die auch als Lineal bezeichnet wird. Die Teilung der Zähne im Kopfkreis der Verzahnungsrollen 1 ist mit t bezeichnet. Diese Teilung geht in dem Umfang des Werkstückes mit dem Vorarbeitsdurchmesser d₁ genauauf.

Anstelle von zwei Verzahnungsrollen können auch drei oder mehr Verzahnungsrollen benutzt werden. Die Ausführungsform mit drei Verzahnungsrollen ist in der Fig. 2 dargestellt. Die Abroll- J

Verhältnisse sind die gleichen. Die Werkzeugaufnahme 5 fällt fort. Auch bei dieser Ausführungsform geht die Teilung t im Kopfkreis der Verzahnungs rollen 1 genau im Umfang des Werkstückes mit dem Vorarbeitsdurchmesser d.. auf.

Diese Verzahnungsrollen 1 können einer Gewinderollmaschine oder einer sonstigen Verzahnungsmaschine zugehörig sein.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsformen solcher Verzah-

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nungsrollen dargestellt, die mit 1 und 1 bezeichnet sind.

Die Verzahnungsrolle 1 gemäss Fig. 3 ist eine zylindrische Verzahnungsrolle, deren Teilkreis den Durchmesser D hat. Der Kopfkreis dieser Rolle hat den Durchmesser D . Der Fusskreis der Rolle hat den Durchmesser D„. Die an dem ganzen Umfang dieser Ve rzahnungs rolle vorhandenen Zähne haben die gleiche Teilung t im Kopfkreis und bestehen aus verjüngt ausgebildeten Vorrollzähnen 6 bis 6 , die sich über einen Winkel oC längs des Umfanges der Rolle erstrecken und aus Fertigrollzähnen 7. Sämtliche Zähne 6 und 7 bilden eine über den ganzen Umfang der Verzahnungsrolle gehende geschlossene Zahnfolge gleicher Teilung t. Für jeden der Vorrollzähne ist das Sollprofil

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der Fertigrollzähne gestrichelt dargestellt und mit T bezeichnet. Man ersieht aus der Zeichnung, dass sich die Profile der aufeinanderfolgenden Vorrollzähne dem Profil der Fertigrollzähne progressiv nähern. Die Vorrollzähne gemäss Fig. 3 sind anfangs spitzwinklig mit geraden Flanken ausgebildet. Die Kopffläche dieser Zähne verbreitert sich allmählich. Die anfangs vorhandene spitze Schneide der Vorrollzähne erleichtert das Eindringen in das Werkstück und erzeugt die ersten Vertiefungen, welche die Teilungsgenauigkeit für den ganzen weiteren Verlauf des Ve rf ο rmungs Vorganges bestimmen. Die Vorrollzähne 6 und die Fertigrollzähne 7 haben die gleiche Fussbreite 8 im Fusskreis D . In Fig. 5 ist die Verzahnung nach Fig. 3 in Abwicklung dargestellt.

Eine andere Ausführungsform der Verzahnung nach Fig. 3 ist in Fig. 6 veranschaulicht. Es handelt sich hier um eine Evolventenverzahnung, deren Vorrollzähne zum Anfang hin progressiv schlanker werden. Daraus ergibt es sich, dass die Basis 8 dieser Fertigrollzähne 7 zum Anfang der Vorrollzähne hin immer mehr abnimmt. Die Basis der Vorrollzähne ist mit 8' bezeichnet. Die Teilung t im Kopfkreis aller Zähne stimmt mit derjenigen der Fig. 5 überein.

2 Die in Fig. 4 dargestellte Segment ve r ζ ahnungs rolle 1 hat zum Unterschied zu der zylindrischen Ve rz ahnungs rolle nach Fig. 3 eine zur Achse der Verzahnungsrolle aussermittige Kopflinie, die mit 9 bezeichnet ist. Ausserdem ist zwischen dem Ende der Fertigrollzähne 7 und dem Anfang 6 der Vorrollzähne 6 in dem Rollenumfang eine Freisparung 10 angeordnet, die mindestens bis zum Fusskreis geht, dessen Durchmesser D ist. Diese Freisparung erstreckt sich über einen Teil des Umfanges der

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Verzahnungsrolle 1 . Beim Zusammentreffen der Aussparungen

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zweier oder mehrerer Rollen wird der Werkstückwechsel vorgenommen.

Die Verzahnung der in Fig. 4 dargestellten Segmentverzahnungsrolle ist in Abwicklung in Fig. 7 dargestellt. Die Höhe der Vorrollzähne 6 bis 6 nimmt bei gleichbleibender Fussbreite der Zähne ab, wobei der Fusskreis mit dem Durchmesser D der Vorroll- und Fertigrollzähne zu der Achse der Rolle konzentrisch verläuft. Die Höhe der Vorrollzähne nimmt bei gleichbleibender Fussbreite zum Anfang hin immer mehr ab, so dass die ersten Vorrollzähne mit ihrer Schneide den Teilkreis D der Fertigrollzähne unterschreiten. Die Höhe der Vorrollzähne wächst erst allmählich auf die Höhe der Fertigrollzähne an. Es ergibt sich hieraus eine äusserst gedrungene Form der Vorrollzähne, die eine hohe Standfestigkeit haben.

In den Fig. 8 und 9 sind zweiweitere Ausführungsformen der Verzahnung einer Segmentverzahrungsrolle nach Fig. 4 dargestellt. Die Verzahnung nach Fig. 8 entspricht derjenigen nach Fig. 5 und die Verzahnung nach Fig. 9 derjenigen nach Fig. 6. Der Unterschied zu der Verzahnung nach Fig. 5 besteht darin, dass die Höhe der Vorrollzähne 6 und die Tiefe der Zahnlücken konstant sind und denjenigen der Fertigrollzähne 7 entsprechen und dass die Vorrollzähne gegenüber dem vollen Profil der Fertigrollzähne verjüngt ausgebildet sind. Die Kopflinie 9 und die Fusslinie 11 sind zueinander parallel und verlaufen im Bereich der Vorrollzähne progressiv ansteigend, wie dies aus den Abwicklungen der Zähne nach den Fig. 8 und 9 ersichtlich ist. Der fiktive Fusskreisdurchmesser ist in Übereinstimmung mit der Fig. 4 mit D bezeichnet. Die Erfindung ist auf die dargestellten Zahnformen nicht beschränkt.

Patentansprüche:

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Claims

- ίο - Patentansprüche:

1. Verzahnte Profilrolle zur Herstellung von an ihrem Umfang im wesentlichen längsprofilierten zylindrischen Werkstücken, insbesondere solche mit einer Gerad- und Schrägverzahnung, durch einen Rollvorgang, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilrolle (1) an ihrem Umfang voneinander unterschiedliche Vorrollzähne (6) gleicher Teilung (t) und anschliessend an diese in der gleichen Teilung mehrere zur Achse der Rolle konzentrische Fertigrollzähne (7) aufweist, wobei sich die Profile der aufeinanderfolgenden Vorrollzähne (6
Fertigrollzähne progressiv nähern.

einanderfolgenden Vorrollzähne (6 bis 6 ) dem Profil der

2. Profilrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilung (t) der Vorrollzähne (6) und die der Fertigrollzähne (7) im Zahnkopf mit der Teilung im Umfang des Vorarbeitsdurchmessers (d.) des Werkstückes (2) übereinstimmt.

3. Profilrolle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet^ dasö bei einer zylindrischen Rolle (1 ) die Vorrollzähne (6) gegenüber dem vollen Profil der Fertigrollzähne (7) verjüngt ausgebildet sind, und dass beide Zahngruppen (6 und 7) in der Teilung (t) aufeinanderfolgen und eine über den ganzen Umfang gehende geschlossene Zahnfolge bilden.

4. Profilrolle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopflinie (9) der Vorrollzähne (6) exzentrisch zu der Achse der Rolle und in Richtung auf die Fertigrollzähne (7) ansteigend verläuft und eine Freisparung (10) zwischen

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dem Ende der Fertirollzähne (7) und dem Anfang (6 ) der VorroUzähne in dem Rollenumfang angeordnet ist.

5. Profilrolle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Vorrollzähne (6) und die Tiefe der Zahnlücken konstant sind und denjenigen der Fertigrollzähne (7) entsprechen, und dass die Vorrollzähne (6) gegenüber dem vollen Profil der Fertigrollzähne (7) verjüngt ausgebildet sind.

6. Profilrolle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Vorrollzähne (6) bei gleichbleibender Fussbreite (8) der Zähne abnimmt und der Fusskreis (11) der Vorroll- und Fertigrollzähne (6, 7) zu der Achse der Rolle konzentrisch verläuft.

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