DE2157874B2 - Vorrichtung zur Kaltherstellung schrägverzahnter Zahnradrohlinge - Google Patents

Description

4. Verfahren zur Herstellung eines Ziehwerkzeuges der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, unter Verwendung von Elektroerosion, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Hülsenclemcnie (29, 30, 33) miteinander verbunden werden, daß durch Elektroerosion eine innere Schrägvcrzahnung gleichbleibender Profilhöhe erzeugt wird, daß nach Trennen der I lülsenclcmente die Köpfe der Schragverzahnung zu einem kegelstumpl'förmigen Ziehkegcl und zu einem kegelstunipfförmigen Freigabebereich umgekehrter Kegclneigung geschliffen werden.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kaitherstellung schrägverzahnter Zahnradrohlinge, insbesondere von solchen, wie sie in großen Serien in der Kraftfahrzcugindustric gebraucht werden. so

Derartige Zahnradrohlinge, deren Abmessungen so weit wie möglich den Endabmessutigen entsprechen sollen und die danach durch Schaben oder Rollieren oder auf ähnliche Weise fertigbearbeitet werden, werden im allgemeinen durch Fräsen oder Schneiden der Zähnung mit Schneckenfräser!! bzw. mit Schneidwerk zeugen hergestellt.

Man hat bereits versucht, schrägverzahnle Zahnradrohlinge wirtschaftlicher durch spanlose Formgebung her/usiellen. So ist beispielsweise bekannt, zylindrische '") Rohlinge zwischen Rändelwerk/eugen kalt oder wann zu rollieren. Die ungenügende Qualität tier erzeugten schrägverzahnten Zahnradrohlinge verbot aber bisher eine industrielle Anwendung.

Ferner ist beispielsweise aus der IA-PS 17 578 vom 9. <v, Sept. 14b 3 bekannt, zur Herstellung geradverz.ahnter Zahnradrohlinge zylindrische Rohlinge mittels eines Preßstcmpcls durch ein Ziehwerkzeug mit ansteigender Profilhöhe zu drücken. Indem der zylindrische Rohling n^;cht direkt durch den Preßstempel sondern von einem nachfolgenden zylindrischen Rohling durch das Ziehwerkzeug gedrückt wird, ist vermieden, daß der Preßstempel durch das Ziehwerkzeug treten muß. Der Preßstempel hat deshalb den gleichen Durchmesser wieder Rohling.

Der Zeitschrift »Metal Forming«, Aug. 1970, S. 230 ist das Herstellen schrägverzahnter Zahnradrohlinge in einem hydiustaiischen Extrusionsverfahren zu entnehmen. Rohmaterial wird durch hydrostatische Druckbeaufschlagung durch ein Ziehwerkzeug mit innerer Schrägverzahnung getrieben, um einen kontinuierlichen schrägverzahnten Strang zu erzeugen. Das Rohmaterial vor dem Ziehwerkzeug ist während des Extrudiervorganges nur von hydraulischem Druckmedium umgeben, so daß es frei drehen kann.

Als Nachteile des Extrnsionsverfahrens zur Herstellung von schrägverzahnten Zahnradrohlingen sind zu iltnnen

a) es sind sehr teuere Maschineneinrichtungen erforderlich,

b) das Beschicken der Maschineneinrichtungen mit neuem Rohmaterial ist schwierig und macht längere Arbeitsunterbrechungen notwendig,

c) da der Verformungswiderstand in der Achse des Ziehwerkzeugs und an dessen Rändern unterschiedlich ist, werden sich die Enden des Rohmaterialstranges einwölben, was Materialausschuß zur Folge hat. Außerdem treten zwischen Zentral- und Randzonen größere Matcrialvcrschiebungen auf, du. nicht nur starke Druckkräfte erforderlich machen, sondern auch zu Materialversprödungen führen.

d) Der kontinuierliche schrägverzahnte Strang muß nachträglich in einzelne Stücke zersägt werden. Dies ist zeitaufwendig und teuer.

Die nachveröffentlichte US-PS 36 05 475 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung schrägverzahnter Zahnradrohlinge, die ein Ziehwerkzeug mit innerer Schrägverzahnung anwachsender Profilhöhe aufweist. Zylindrische Rohlinge werden jeweils vor den zurückgezogenen Preßstempe! geführt, der bei Druckbeaufschlagung den in der Reihe vordersten Rohling durch das Ziehwerkzeug treibt. Der Preßstempel tritt also nicht in das Ziehwerkzeug ein. Er ist drehfest, so daß zwischen dem beim Durchtreiben durch das Ziehwerkzeug einer Drehbewegung unterworfenen Rohling und dem nachfolgenden Rohling bzw. der Stcmpelslirnfläche eine Relativdrehbewegung auftritt. Auf Grund dieser Relativdrchbcwegung erhöht sich nicht nur der Kraftbedarf am Prcßstempel, sie wirkt sich auch qualitätsmindcrnd auf die erzeugten schrägverzahnien Zahnradrohlinge aus. Der Preßstempel weist einen Durchmesser auf, der im wesentlichen gleich dem der Rohlinge ist, so daß diese über ihre gesamte Querschnittsfiäche abgestützt sind.

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung schrägverzahnter Zahnradrohlinge zu schallen, die einfach im Aufbau ist und in schnellem Arbeitstakt und in vollständiger Automatisierung das Kallhersielleii schrägverzahnier Zahnradrohlinge genauer Abmessungen und hoher Güte erlaubt.

Diese Aulgabe wird crl'indungsgcmäß mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch I gelost.

Die crfindungsgcmäßc Vorrichtung ist einfach im Aufbau, da sie im wesi ntlichen nur aus dem Ziehwerk-

ieiig und aus dem frei drehbeweglich gelagerten Preßitempel bestehL Es läßt sich in einfacher Weise eine vollständige Automatisierung der Herstellung erreichen, indem im Arbeitstakt der Vorrichtung Rohlinge vor den zurückbewegten Preßstempel eingeschoben werden. Der Preßstempel stützt die Rohlinge über deren gesamten Querschnitt ab, so daß stirnseitig keine Ein- oder Auswölbung auf Grund unterschiedlicher Verformungswiderstände auftreten kann. Auf Grund des Aufbaus des Ziehwerkzeugs aus Hülsenelementen mit einem vorderen Ziehkegel und einem hinteren Freigabebereich _(rf_oigt das Einformen der Schrägverzahnimg in die Kohlinge nur allmählich. In Verbindung mit der freien Drehbeweglichkeit des Preßstempels ergibt sich eine ausgezeichnete Güte der erzeugten schrägverzahnten Rohlinge, die kaum Nachbearbeitungen wie Rollieren erforderlich macht. Außerdem bleibt die aufzuwendende Preßkraft relativ gering.

Die Anzahl der Hülsenelemente, aus denen das Ziehwerkzeug zusammengesetzt ist, bestimmt sich nach der Verformbarkeit des Rohlingmaterials. Hei leichtverformbaren Materialien genügt ein Ziehwerkzeug aus einem einzigen Hülsenelement.

Das gewöhnlich aus mehreren HiÜsenelemenien zusammengesetzte Ziehwerkzeug wird zweckmäßig unter Verwendung von Elektroerosion hergestellt, wie es beispielsweise aus »Werkstatt und Betrieb« Dez. 1966, S. 853 bekannt ist. Mindestens zwei Hiilsenelenente werden miteinander verbunden, wonach durch Elektroerosion eine innere Schrägverzahnung gleichbleibender Profilhöhe erzeugt wird. Nach Trennen der Hülsenelemente werden die Köpfe der Schrägverzahnung zu einem kegelstumpfförmigen Ziehkegel und zu einem kegelstumpfförmigen Freigabebereich umgekehrter Kcgelr.dgung geschliffen.

jedes Hülsenelement besitzt damit eine Öffnung, die aus einem Ziehkegel besteht, der sich in einen kegelstunipfförmigcn Freigabebereich mit entgegengesetzter Schrägung fortsetzt, wobei die beiden Kegelstümpgangs in einem Ziehwerkzeug 2 mit innenliegender Schrägverzahnung, wobei die Zähne von der Fläche der Berührung mit dem Werkzeug ausgehend einen zunehmend weiter vorspringenden Bereich aufweisen,

der dem üblichen Einschnürungskegel der Ziehtechnik entspricht, darauf einen kurzen Bereich gleichbleibender größter Kegelhöhe, auf den ein Bereich mit ständig kleiner werdender Zahnhöhe erfolgt, was dem Freigabekegel entspricht. Das vorzugsweise aus Wolframkar-

bid bestehende Ziehwerkzeug 2 ist in bekannter Weise zwischen zwei Abstützringen 3 und 3' und einer Hülse 4 in einem Schrumpfring 5 angebracht, der auf einen Sockel 6 geschraubt ist. Nach dem Fließpressen werden die Teile durch einen Abgabekanal 7 entfernt, der in einen Hohlraum 8 mündet, von dem eine (nicht gezeichnete) Austragsrutsche ausgehen kann. Der Sockel 6 ist mittig auf dem Gesenkhalter 9 der Presse angeordnet.

Die Rohteile 1 werden von einem Preßstempel 10 durch das Ziehwerkzeug 2 getrieben; das Ende 11 des Stempels 10 hat einen Durchmesser, der wenig kleiner als der des Rohteils 1 und der Ringbohrungen in 3 und 3' ist, so daß ein gleichmäßiger Druck auf den ganzen Querschnitt des Rohteils 1 ausgeübt wird. Der Stempel 10 wird durch zwei zylindrische Lagerflächen 12 und 13 geführt, die sich in einem starr mit einem Sockel 15, der gegenüber dem oberen Pressenteil 16 zentriert ist, verbundenen Führungsbügel 14 befinden.

Der Stempel 10 empfängt den Treibdruck über seine

obere Auflagerfläche 17, die zentrisch an einem Abstützteil 18 anliegt, das sich drehbeweglich gegen ein Axialrollenlager 19 legt, dessen feststehender Rollenkran/ 20 im Sockel 15 zentriert ist.

Während des Niederdrückens des Stempels bei dem FliefJpreßvorgang kann sich daher das Rohteil 1 mit dem Stempel 10 und dem Teil 18 auf den Rollen 21 des Lagers 19 drehen. Das Eindringen der Schrägverzahnung des Ziehwerkzeuges 2 erfolgt entsprechend dem Schräglingswinkel dieser Verzahnung. Es entsteht eine

fe mit ihren kleinen Basisflächen gleichen Durchmes- 40 äußere ScHrägverzahnung gleicher Neigung auf der sers an dem als Kragen bezeichneten Punkt maximaler Zylinderfläche des Rohteils 1, weil bei dem Flicßpres-Verengung des Hülsenelements zusammenkommen. An sen keine Forsionskräfte auf das Rohteil einwirken,
dieser Stelle wird der (Jbergangswinkel durch leichtes In F i g. 1 ist der Stempel 10 in seiner unteren Stel-

Abrunden gebrochen. hing dargestellt. Bei dem angewandten, fortlaufenden

Der Eingangskopfdurchmesser der Schrägverzah- 45 Direktpreßverfahren wird der Stempel angehoben und

nung eines nachfolgenden Hülsenelementes ist etwas " ' " ' '

größer als der Kopfdurchmesser der Schrägverzahnung des vorangehenden I lülsenelementcs an der Übergangsstelle von Zichkcgcl und Freigi.ibebereich. so daß der Rohling leichter aufgenommen weruen kinn.

Die Höhe des Freigabebereichs ist etwas großer als die Höhe eines Rohlings, wodurch verhindert wird, daß zwei Hülsenelemente gleichzeitig angreifen können.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausfiihrungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher be- ss schrieben. Es zeigt

F 1 g. 1 einen Schnitt durch das benutzte Fließpreßwerkzeug,

F i g. 2 ein Verzahnungsprofil an einem Kohleil während iles Ziehvorgangs in einem Ziehwerkzeug üblicher fto

F i g. 3 das Ver/ahnungsprofil, wie es beim Fließpressen mit den erfindungsgcniäßen Verbesserungen hersk-llruii" ist,

I·' i g.4 einen Schnitt durch ein Ziehwerkzeug und der < ><> Voryang des Fließpressens an Rohleilen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

F i g. 1 zeigt ein Rohteil 1 wahrend des Fließpreßvordas folgende Rohteil eingelegt, sobald ein Rohteil ein Stück weit bearbeitet ist, wobei das Wiederabsenken des Stempels, der dabei auf das neue Rohteil drückt, das Fließpressen des vorhergehenden Rohteils abschließt und das Fließpressen des folgenden Rohteils einleitet. Das automatische Einlegen und Herausnehmen der Rohteile geschieht mit nicht gezeichneten, bekannten Einrichtungen. Diese Anordnungen arbeiten synchron mit den Absenkbewegungen des Stempels 10.

Folgende Daten dienen als Anhalt für die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung: Ein Satcllitenritzcl für ein Kraftfahrzeuggetriebe, 22 Zähne, Modul 1,25, Schrägwinkel 16°, äußerer Enddurchmesser 31.60 mm, Vv jrde aus einem Rohteil von 32 mm Durchmesser aus 35 CD4-Stahl (AFNOR-Norm) mit einer Druckkraft von etwa 30 t hergestellt; die Qiierschniitsverringcrung betrug etwa 15%.

Die Teilung der auf die Rohteile gebrachten Schraubenlinie läßt sich während der Herstellung leicht überwachen, indem die Drehung des Stempelhalters für eine vorgegebene Absenkung beobachtet wird. Eine Scrvomechanik für diese Winkelüberwachung beim lic trieb der Presse erlaubt eine ständige Kontrolle der Ar-

beiisgenauigkeit, insbesondere automatisches Abschalten, wenn das Rollenlager 19 beschädigt sein sollte.

Das Fließpressen läßt sich auch bei Rohteilen durchführen, bei denen die Mittelbohrung des endgültigen Ritzels bereits ausgeführt ist. Bei dieser Arbeitsweise wird das nachträgliche zentrische Ausrichten der Bohrung gegenüber der Verzahnung überflüssig und es wird eine gute Konzentrizität der Bohrung innerhalb der Verzahnung gewährleistet. Der Stempel erhält hierfür, wie an sich bekannt, einen ihn verlängernden Zentrierzapfen, auf den die Rohteile aufgezogen werden; das Zapfenende ist konisch, damit die Rohteile leichter über den Zapfen gesteckt werden können, und die Länge des zylindrischen Teils ist praktisch gleich der der doppelten Höhe des Rohteils, damit während der Bearbeitung zwei Rohteile gleichzeitig zentriert werden können.

Die eigentlichen plastischen Verformungen bei dem I-Tießpreßvorgang führen in den meisten Fällen dazu. daß die Rohlingsbohrung auf dem Zentrierzapfen des Stempels klemmt. Jedoch reichen die an einem Teil des oberen Rohteils wirksame Halterung des Rohteils in dem Ziehwerkzeug und eine geeignete Schmierung der Bohrung und des Zentrierdaumens aus. den Stempel zu lösen, ohne eine besondere Auswerfvorrichtung anzuwenden.

Die Tatsache, daß Rohrabschnitte als Ausgangsmaterial verwendet werden können, vereinfacht die Fertigbearbeitung der Ritzel beträchtlich und gewährleistet einen bequemen zentrischen Eingriff für das abschlie-Ltende Fertigbearbeitungsrolliercn und die Hernchtung der Seitenflächen.

Für beide Arten von Rohlingen können die gleichen Ziehwerkzeuge verwendet werden.

In F i g. 2 wird dargestellt, wie eine Verzahnung auf einem Rohteil 1 unter dem Druck der Zähnung 22 eines /iehwerkzeuges 2 üblicher Bauart entsteht.

Die Zähne 22. die in die Außenfläche 23 des Rohteüs gedrückt werden, nehmen längs ihrer Flanken Metall von dem Rohteil in der durch die Pfeile 24 angedeuteten Weise weg. wodurch sich infolge Saugwirkung eine Abrundung der Winkel am Zahnkopf 25 der so hergestellten Verzahnung ergibt.

In F i g. 3 stellt das Profil 26 das Berührungsprofil /wischen dem Rohteil mit der ursprünglichen Umfangi.linie 23 und der Zahnung des erfindungsgemäßen Ziehwerkzeugs 2 dar; hier werden die Zahnköpfe 27 von Beginn des Eingreifens des Ziehwerkzeuges 2 an gedrückt. Die gestrichelten Linien 28 stellen aufeinanderfolgende Herstellungsprofile für die Zahnung des Rohteils I dar, entsprechend der zugehörigen Kontur in dem Ziehwerkzeug.

Die Verformungen an dem Rohteil führen /ur geringfügigen Verlängerung des Rohteils.

In F i g. 4 ist im Schnitt ein Ziehwerkzeug gezeichnet, das aus den drei Elementen 33, 29 und 30 zusammengesetzt ist, die zwischen Spannringen 3 und 3' in eine Aufschrumpfhülse 4 aufeinandergelegt und durch Bolzen 32 gegen gegenseitige Verdrehung gesichert sind. Eine Fo're von Rohteilen 1 (durch gestrichelte Umrißlinien angedeutet) wird von dem Ende eines drehbeweglich gehaltenen Stempels 10 durch das Ziehwerkzeug getrieben.

Die Öffnung jedes Ziehelements besteht aus zwei Kegelstümpfcn, die mit ihren kleineren Basisfläehcn in ihrer Kragenzone 31 zusammenstoßen; der Ziehkegelstumpf hat die Höhe A, einen Eingangsdurchmesser /.) und einen Ausgangsdurchmesser Cim Bereich des Kragens 31.

Der Eingangsdurchmesser D des Ziehkegels eines Ziehelements ist zur Erleichterung des Eintretens des Rohieils etwas größer als der Kragendurchmesscr C des vorhergehenden Elements.

lerner wird, um die gleichzeitige Behandlung ein und desselben Rohteils in zwei Elementen zu verhindern. \sas /um Klemmen führen würde, die Höhe des Rohteils etwas kleiner gewählt, als die Höhe B des Freigabektgels. wobei die Verlängerung des Rohteils beim Übergang in diesen Kegel berücksichtigt wird.

De Neigungen der Zahnkopfflächer. bei der abgewickelten Zahnung in den Ziehkegeln sollen /weckmü-Uigurweise zwischen 10' und 20° betragen.

Die verzahnten Rohteile für Ritzel mit Sehräggewmde. die n;«rh dem angegebenen Verfahren hergestellt sind, brauchen vor Ingebrauchnahme nur rioch einet Fertigbearbeitung durch Rollieren unterworfen zu wer den.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Kaltherstellung schrägverzahnter Zahnradrohlinge mit einem feststehenden Ziehwerkzeug mit innerer Schrägverzahnung anwachsender Profilhöhe sowie mit einem Preßstempel zum Durchtreiben von zylindrischen Rohlingen durch das Ziehwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (10,11) frei drehbeweglich gelagert ist und, wie an sich bekannt, einen Durchmesser etwa gleich dem der Rohlinge aufweist und daß das Ziehwerkzeug aus Hülsenelementen (29, 30. 33) mit steigender ^Drofiltiefe zusammengesetzt isi. die einen vorderen Ziehkegel (A) mit einer bei gleichbleibendem Profil anwachsenden ProfiJböhe der inneren Schrägverzahnung sowie einen hinteren Freigabebereich (B) abfallender Profilhöhe aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- :o zeichnet, daß der Eingangskopfdurchmesser (D) der Schrägverzahnung eines nachfolgenden 1 lülsenclementes (29, 39) etwas größer ist als der Kopfdurchmesser (C) der Schrägverzahnung des vorangehenden Hülsenelementes (33, 29) an der Übergangsstel-Ie von Ziehkegel (A) und Freigabebereich (B).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (B) des Freigabebereiches etwas größer ist als die Höhe eines Rohlings