DE2002684A1

DE2002684A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zahnradkoerpern mit Schraub- oder Schneckenverzahnung

Info

Publication number: DE2002684A1
Application number: DE19702002684
Authority: DE
Inventors: Martin Anthony Michael
Original assignee: MARTIN BROTHERS TOOLMAKERS Ltd
Current assignee: MARTIN BROTHERS TOOLMAKERS Ltd
Priority date: 1969-02-01
Filing date: 1970-01-22
Publication date: 1970-09-03
Also published as: DE2002684C3; US3677671A; GB1226889A; DE2002684B2; FR2032665A5; SE364200B; CH511083A; BE745197A; ES375894A1

Description

PATENTANWALT

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 ■ TELEFON (0711) 244003

20. Januar 1970 / P - M 47 -

MARTIN BROTHERS (Toolmakers) LIMITED, 718 Tudor Estate, Abbey Road, LONDON N.W. 10,

(England)

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zahnradkörpern mit Schraub- oder Schrieckenverzahnung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Getrieberädern mit Schneckenverzahnung durch Verdichten von ursprünglich pulverartigen Materialien in Preßformen unter Druck zwischen zwei Preßstempeln.

Es ist bekannt, Metalle und andere Materialien in Pulverform in Preßformen einzuführen, dort dir ch Druck zwischen zwei Preßstempeln zu verdichten und zu zusammenhängenden Körpern zu formen, die,falls erforderlich, einer weiteren Behandlung, beispielsweise einem Sinterverfahren unterworfen werden. Körper vielfältiger Formen lassen sich auf diese Weise einwandfrei herstellen und in den britischen Patent

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Schriften 1 09I -Ί3 sowie 1 075 698 sind Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, um den Bereich der Formgebungen zu erweitern, in dem sich die Pulvermetallurgie sinnvoll anwenden läßt. Aus verschiedenen Gründen, beispielsweise aufgrund der erforderlichen Verdichtungsdriicke und der Schwierigkeiten beim Auswerfen der verdichteten Körper aus den Preßformen, ist es jedoch bisher noch nicht möglich gewesen, Getrieberäder mit Schrauben- oder Schneckenverzahnung entsprechend den bekannten Vorschlägen auf wirtschaftliche V/eise herzustellen.

Ziel der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben zur Herstellung von Schraubenoder Schneckenrädern durch Verdichten ursprünglich pulverartiger Materialien in Preöformen durch Aufbringung von Druck zwischen zwei Preßstempeln.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnradkörpers mit Schrauben- oder Schneckenverzahnung durch Verdichten ursprünglich pulverartigen Materials in einer Preßform unter Druck zwischen zv/ei Preßstempeln ist genä.3 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Form eine ΐ-'.atrize mit schraubenförmig verlaufenden Nuten zur Bildung der Schraubenverzahnung aufweist, und da.i während der Verdichtung des Materials und während ciec Ausv.erfens des geformten Zahnradkörpers aus der Form wenigstens einer der beiden Prei3stempel, der als Patrize mit einer Scr rauberr/erzahnung komplementär zu der Formmatrize ausgebildet ist, axial innerhalb und relativ zu der Form bev/egt sowie zwangsläufig relativ zur Preßform durch ein Hydraulik- oder Pneumatiksysterr. rotierend angetrieben wird, in den Abfühl- und Antriebseinrichtungen vorgesehen sind, welche die Drehbewegung des einen Preßstempels auf die Axialbewegung innerhalb der Form proportional abstimmen.

Zweckmäßigerweise bestehen die beiden Stempel aus einem oberen Stempel und einem unteren Stempel, Während der Materialver-

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dichtung und während des Auswerfens des geformten Körpers aus der Preßform wird der untere Stempel durch das Hydraulik- und Pneumati. ksystem in Drehbewegung versetzt. Das Verfahren läßt sich unter Verwendung eines oberen Stempels ausführen, der zum Verschließen der Form dient, jedoch nicht in die Form eindringt, oder mit einem oberen Stempel, der in die Form eindringt und in gleicher V/eise wie der untere Stempel zwangsläufig in eine Drehbewegung versetzt wird.

Vorzugsweise während des Auswerfvorganges aus der Form wird der Zahnradkörper zwangsläufig relativ zur Preßform in Drehbewegung versetzt, und zwar im Gleichlauf mit dem Preßstempel durch diesen, wobei letzterer und der Zahnradkörper mit in- Jj einandergreifenden Vtrsprüngen und Vertiefungen versehen sind.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Herstellung eines Zahnradkörpers mit Schrauben- oder Sehneckenverzahnung, bestehend aus der Kombinaticn einer Preßform und zwei Preisstempeln, zwischer: denen das Mater! al zusammengepreßt und in der Fcrrr. verdichtet wird. D ie so Verrichtung ist dadurch gekennzeichnet, ir..;· die Fcr.T eine y.r.trize :r.it schraubenförmig verlaufenden 1,'uten zu:· Bildung der Schraubenverzahnung aufweist, daß wenigstens einer der beiden freßstempel als Patrize mit einer der Katrize k rrplerentär entsprechenden Schraubenverzahnt^ verseher, und während der Verdichtung des Materials und während des Auswerfens \ des fertiger. Zahnradkörpers axial innerhalb und relativ zur Form angetrieben ist, und daß ferner ein Hydraulik- oder Beumatiksystem mit Abfühl- und Antriebseinrichtungen vorgesehen ist, um den einen Freßstempel zwangsläufig relativ z-^r Preßform in Drehbewegung zu versetzen, wotei diese Drehbewegung der Axialbewegung des Preßstempels innerhalb und relativ zur FreSfcrr. proportional angepaßt ist und wobei der als Patrize ausgebildete Preßstempel in die mit schraubenförmigen Nuten

versehene Matrize hineinpaßt und diese ausfüllt. In einer

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zweckmäßigen Ausführungsform besteht die Vorrichtung aus der mit schraubenförmig verlaufenden Nuten versehenen Preßform, einem oberen Stempel, einem unteren mit Schraubenverzahnung versehenen Stempel, der mit relativer Axial- und Drehbewegung: zur Matrize in diese einführbar ist, einem Pressengestell einschließlich der Matrize und der beiden Preßstempeln und dem Hydraulik- oder Pneumatiksystem, durch das der untere Preßstempel zwangsläufig in Drehbewegung versetz t wird.

Das Hydraulik- oder Pneumatiksystem enthält vorzugsweise oder besteht im wesentlichen aus den Bauteilen eines Kopierapparates einer Üblichen Nachformdrehbank. Vorteilhafterweise ist der eine Stempel so geformt, daß der Zahnradkörper und der eine Stempel ineinandergreifende VorsprUnge und Vertiefungen aufweisen, so daß der Zahnradkörper beim Auswerfen aus der Form zwangsläufig und gleichzeitig mit dem Stempel relativ zur Form in Drehbewegung versetzt wird.

Die Erfindung ist nachfolgend mit weiteren Merkmalen anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Verrichtung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische teilweise geschnittene Ansicht mit einigen Bauteilen einer üblichen Pulververdichtungspresse sov/ie der bevorzugten Ausführungsform der Verrichtung nach der Erfindung.

Die Verrichtung besteht aus einer innen mit schraubenförmigen Nuten versehenen Paßform 1, in welche die Bohrung so eingebracht ist, daß eine Matrize mit schraubenförmigen Nuten zur Bildung eines Zahnradkörpers mit Schraubenvermhnung entsteht. V/enn in einer selchen Matrize Metallpulver auf geeignete Weise verdichtet wird, entsteht ein Zahnradkörper B mit Schraubenverzahnung.

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Die Preßform 1 ist in einer Matrizenhalteplatte 2 mit Hilfe eines Spannringes 15 und Schrauben 16 fest eingespannt. Entsprechend der Darstellung sind in die Preßform 1 ein unterer Stempel 3 und ein oberer Stempel 14 eingeführt, die jeweils als Patrize mit äußerer Schraubenverzahnung ausgeführt sind und die Matrize der Form 1 bzw. die darin vorgesehenen schraubenförmigen Nuten ausfüllen. Das Material ist durch den Druck zwischen den beiden Preßstempeln jj und 14 verdichtet worden und bildet jetzt den Zahnradkörper B.

Zur einwandfreien Herstellung von Zahnradkörpern müssen die Bewegungen des unteren Stempels j5 bezüglich der Form 1 wäh- M rend des gesamten Verdichtungs- und Auswer-fvorganges gesteuert werden. Zu diesem Zweck wird ein weiter unten beschriebenes Steuerverfahren und -system verwendet.

Auf der Unterseite des unteren Stempels 3 sitzt ein koaxial angeformtes oder auf andere Weise starr angeschlossenes Zahnrad J>k mit einer äußeren Ger ad verzahnung. Der untere Stempel 3 mit seinem Zahnrad J5A ist auf einer Platte 4 abgestützt, die ihrerseits an ihrem Umfang durch ein Kugellager 17 geführt und abgestützt und außerdem durch ein Drucklager 5 unterstützt ist, das auf einen Zwischensockel 6 für den unteren Stempel sitzt. Dieser Sockel ist auf einem Preßtisch oder einem unteren Pressenstößel ¹J einer im wesentlichen herkömmlichen f Pulververdichtungspresse befestigt.

An der Unterseite der Matrizenhalteplatte 2 befindet sich eine Halterung 8 mit einer Schablone oder Führungskurve 9, deren Umriß zur Steuern ng der Drehbewegung des unteren Stempels 5 während des Betriebs der Vorrichtung ausgeführt ist. In der Nähe der FUhrungskurve ist ein Servozylinder 10 einer üblichen Nachformsteuerung für Drehbänke angeordnet. Die Kolbenstaa ge 1OA des Zylinders 10 liegt an der FUhrungskurve 9 an,

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Im Maschinenbau ist es bekannt, einen IJachformvorgang, beispielsweise beim Kopierdrehen, auf einfache Weise durch Verwendung eines Servczylinders durchzuführen, dessen Kolbenstange dem Umriß einer Schablone, einer Pührungskurve oder eines Nkdells folgt, das als Muster dient und dementsprechend v/eitere Bauteile hergestellt werden sollen. An den Servozylinder 10 ist ein Hydraulik- oder Pneumatiksystem durch Rohrleitungen an die übliche Hnuptpumpeinheit angeschlossen, von der aus einem Hauptzylinder 11 der Kopiereinrichtung hydraulisch oder pneumatisch Leistung zugeführt wird. V/elche Bewegung auch immer der Taster oder die Kolbenstange 1OA des Servozylinders 10 durchführt, sie wird stets im Hauptzylinder 11 vollständig reproduziert, dessen Ausgangsglied bzw. die Kolbenstange beim Kopferdrehen gewöhnlich direkt mit dem V/erkzeughalter verbunden ist.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist jedoch an Ausgangsglied bzv;. der Kolbenstange HA des Hauptzylinders 11 eine Zahnstange 12 befestigt, die bei ihrer Bewegung durch-Eingriff in das Zahnrad J>k am unteren Abschnitt des unteren Stempels 3 dessen Drehbewegung erzeugt.

Der Zw&ngsläufige Antrieb des unteren Stempels 1 in eine Drehbewegung bezüglich der Matrizenhalteplatte 2 und der Preßform 1 wird somit auf einfache V/eise in jeder beliebigen Stellung und bei jeder beliebigen Geschwindigkeit dadurch erreicht, daß die Drehbewegungen des unteren Stempels 3 über die Kopiereinrichtung mit Hilfe vorgeformten Schablone oder Führungskurve 9 gesteuert wird.

Der Zylinder 10 ist in einer festen Abstandsbeziehung zur unteren Preßplatte oder zum unteren Pressenstößel 7 angeordnet, und die Führungskurve 9 sowie das Hydraulik- oder Pneumatiksystem sind so beschaffen, daß der untere Stempel zwangsläufig in eine seiner Axialbewegung bezüglich der Preßform 1 proportionalen Drehbewegung versetzt wird, um die

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genaue Beziehung zu dem schrautenlinienförmigen Verlauf der ineinandergreifenden Schraubennuten und Schraubenzähne beim Verdichten und beim Auswerfen zu gewährleisten.

Bei vielen Fc rrr.gebungen von Zahnradkörpern, beispielsweise dann, wenn die Höhe der Pulverfüllung vergleichsweise niedrig und der erwünschte Körper ziemlich dünn ist, braucht der obere Stempel niemals in die Preßform 1 einzudringen, so daß es ausreicht, wenn die Oberseite der Matrize 1 nach der Füllung mit Pulver geschlossen wird, beispielsweise mit einem mit ebenem Boden ausgeführten Deckel oder durch einen oberen nicht gezeigten Stempel, der die obere öffnung ai:- schlie3t und das Austreten von Pulver verhindert, v.'enn der d untere Stempel 3 und/oder die Matrize 1 während des Verdichtungsvorganges Bewegungen ausführen.

In andere:; Fällen Jedoch, wenn die Füllhöhe besonders hoch ist bzw. die herzustellenden Zahnradkörper ziemlich lang sein sollen, kann es notwendig sein, entsprechend der Zeichnung einen oberen Stempel I^ vorzusehen, der ebenfalls eine äußere Schraubenverzahnung aufweist. Dieser dsre Stempel ict dann in der Lage, in die Form 1 einzudringen und dabei diese auszufüllen. In diesem Fall wird der obere Stempel 1'+ zwangsläufig relativ zur Preßform in der gleichen Weise wie der untere Stempel 3 zwangsläufig gedreht, v;?bei die Drehbewegung für den cberen Stempel durch eine getrennte eder zwei- f te Anordnung, bestehend aus Serve- und Hauptzylinder, einer getrennten oder zweiten nicht gezeigten Kopiereinrichtung erzeugt wird.

Ferner kann es in manchen Fällen netveendig sein, die Form 1 während des Preßvorganges in Drehbewegung zu versetzen, und in dieser. Fällen kann die Form 1 zwangsläufig gedreht werden in etwa ähnlicher Weise wie der untere Stempel J unter Verwendung einer getrennten zweiten oder dritten Anordnung, bestehend aus Servo- und Hauptzylinder einer zweiten oder dritten, nicht gezeigten Kcpiereinrichtung.

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Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß zwangsläufig gesteuerte Drehbewegungen zur Drehung der Stempel innerhalb einer Form für Zahnräder mit Schraubenverzahnung wirksam und wirtschaftlich mit Hilfe eines Hydraulik- oder Pneumatiksystems erzeugen werden können, das bei üblichen Kopiereinrichtungen,beispielsweise für Drehbänke, verwendet wird. Die Verwendung einer solchen Einrichtung ist nicht auf eine besondere Form eines Pressengestells zur Pulververdichtung beschränkt.

Wenn beispielsweise bei dem Preßvorgang eine feststehende Matrize mit einem beweglichen unteren Stempel zum Verdichten und zum Auswerfen und einem beweglichen oberen Stempel zur weiteren Verdichtung verwendet wird, lassen sich auch dann das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung anwenden. Ebenfalls bei solchen Pressen, bei denen dfer Preßvorgang mit Hilfe eines feststehenden unteren Stempels und einer beweglichen Matrize erfolgt, um Verdichtung und Auswerfen zu erzielen, wobei ein beweglicher oberer Stempel zum Auswerfen benutzt wird, lassen sich Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung anwenden, indem die Matrize und/oder der obere Stempel zwangsläufig relativ zu dem feststehenden unteren Stempel in Drehbewegung versetzt werden.

Bei Pressen, in denen ein Hilfswerkzeug aus einem Rahmen besteht, in dem das V/erkzeug eingesetzt wird, ist es möglich, einen Haupt-WerkzQUg-rahmen herzustellen, in dem dann verschiedene Werkzeuge (d.h. Matrizen und Stempel) verwendet werden können, v/obei es in diesem Fall nur notwendig ist, die Werkzeuge und die Schablonen oder Führungskurven 9 auszutauschen, v;enn Schraubenräder mit unterschiedlichen Abmessungen hergestellt werden sollen.

Jeder verdichtete Zahnradkörper wird vorzugsweise während des Auswerfvorganges relativ zur Form 1 zwangsläufig in Drehbewegung versetzt, und zwar im Gleichlauf mit einem oder mit bei-

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den Stempeln, indem man den Zahnradkörper und den unteren Stempel und/oder den oberen Stempel mit ineinandergreifenden Vorsprüngen und Vertiefungen versieht.

Der Erfindung liegt die Überlegung zagrunde, während des Verdichtungs- und Auswerfvorgangs wenigstens einen Stempel und eine Preßform zur Herstellung von Schraubenrädern aus ursprünglich pulverförmigen Material zwangsläufig relativ zueinander in Drehbewegung zu versetzen. Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Untersuchungen haben gezeigt, daß es durch zwangsläufigen Antrieb des Stempels oder der Stempel in eine gesteuerte Drehbewegung bezüglich der Form ermöglicht wird, Zahnrad- f körper mit Schraubenverzahnung erfolgreich und wirtschaftlich herzustellen und dabei die nachteiligen Einflüsse und Beschränkungen zu vermeiden oder zu verringern, beispielsweise zu große Reibung, ungleichmäßige Verdichtung, zu hohe Axialkräfte, oder Überbeanspruchung der geformten Körper, die bisher der Anwendung des Pulververdichtungsverfahrens entgegenstanden.

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Claims

PATENTANWALT 7 STUTTGART I1 MOSERSTRASSE B · TELEFON (0711) 244003 MARTIN BROTHERS (Toolmakers) Ltd. London / England2Q> j£muar - M 47 - Patentansprüche

1.)Verfahren zur Herstellung eines Zahnradkörpers mit Schraubenverzahnung durch Verdichten von ursprünglich pulverartigem Material in einer Preßform durch Druck zwischen zwei Preßstempeln, dadurch gekennzeihnet, daß während des Verdichtens des Materials und während des Auswerfens des hergestellten Zahnradkörpers (B) aus der als Matrize mit schraubenförmig verlaufenden Nuten zur Bildung der Schraubenverzahnung ausgeführten Preßform (1) wenigstens einer der beiden Preßstempel (j5* 1*0, der als Patrize eine Schraubenverzahnung aufweist und die Preßform ausfüllt, innerhalb und relativ zur Form axial bewegt sowie zwangsläufig relativ zur Form durch ein Hydraulik- oder Pneumatiksystem mit Abfühl- und Antriebseinrichtungen so in Drehung versetzt wird, daß seine Dreh- und Axialbewegung innerhalb der Form auf die Steigung der Schraubenverzahnung der Patrize bzw. auf die schraubenförmigen Nuten der Matrize abgestimmt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnradkörper (B) während des Auswerfens zwangsläufig relativ zur Form (1) durch den einen Preßstempel (3) im Gleichlauf mit diesem gedreht wird, indem der Stempel und der ^ahnradkörper mit ineinandergreifenden Vorsprüngen und Vertiefungen versehen v/erden.

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3. Vorrichtung zur Herstellung eines Zahnradkörpers mit Schrai benverzahnung aus verdichtetem ursprünglich pulverförmigem Material durch ein Verfahren nach Anspruch 1, bestehend aus einer Preßform und zwei Preßstempeln, zwischen denen das Material unter Druck gesetzt und in der. Form verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1) eine hohl ausgeführte Matrize mit schraubenlinienförmig verlaufenden Nuten zur Bildung der Schmubenverzahnung aufweist, daß wenigstens einer der beiden Pressstempel (3, 14) als die Matrize ausfüllende Patrize mit Schraubenvers.hnung versehen und während der Verdichtung des Materials sowie während deß Auswerfens des geformten Zahnradkörpers (B) in der Form axial

und relativ zu dieser bewegbar ist, und daß ein Hydraulik- oder Pneumatiksystem (10, 11) einschließlich Abfühl- und Antriebsmitteln (9, 1OA, HA, 12·) vorgesehen ist, über welches der eine Preßstempel (3) relativ zur Matrize in Abhängigkeit von seiner Axialbewegung zwangsläufig in Drehbewegung relativ zur Matrize versetzt wird, wobei der als Patrize mit Schraubenverzahnung versehene Preßstempel in die mit schraubenförmigen Nuten versehene Matrize paßt und diese ausfüllt.

4. Verrichtung nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulik-oder Pneumatiksystem im wesentlichen die Bauteile einer üblichen Nachformsteuerung bei Drehbänken aufweist . g

*}. Vorrichtung nach Anspruch J der 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine 'Preßstempel so ausgebildet ist, daß der Zahnradkörper und der Preßsteiripel mit ineinandergreifenden Vorsprüngen und Vertiefungen versehen ist, so da.? der Zahnradkörper während des Auswerfens aus der Forrr. zwangsläufig und zusammen mit dem Stempel relativ zur Form in Drehbewegung versetzt wird.

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