DE2659733C2

DE2659733C2 - Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern mit zylindrischer Wälzfläche für Laufverzahnungen

Info

Publication number: DE2659733C2
Application number: DE19762659733
Authority: DE
Inventors: Walter J. Dr.-Ing. 5608 Radevormwald Mages
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: MAGES, WALTER J., DR.-ING., 6320 ALSFELD, DE
Priority date: 1976-12-31
Filing date: 1976-12-31
Publication date: 1983-01-27
Also published as: DE2659733A1

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- & zeichnet, daß die Profilverschiebung sich linear über die Verzahnungsbreite ändert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Zahnräder durch Sintern erfolgt und daß bei der Herstellung -*⁰ des Meisterrades die Schwindung und die Modulveränderung der Verzahnung beim Sintern und Abkühlen des Werkstücks durch entsprechendis Aufmaß korrigiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Massivumformen bei höheren Temperaturen erfolgt und daß bei der Herstellung des Meisterrades die Schwindung und die Modulveränderung der Verzahnung bei der Abkühlung des Werkstücks durch entsprechendes ^Μ Aufmaß korrigiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Massivumformen als Pulverschmieden durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gesenk erzeugte Verzahnung in dem Kalibriergesenk mit den Sollabmessungen der Verzahnung kaltkalibriert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück erwärmt wird und die Verzahnung in dem Gesenk mit den Sollabmessungen der Verzahnung zuzüglich des Schrumpfmaßcs bei der Abkühlung des Werkstücks halbwarm kalibriert wird. ⁶'

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern mit zylindrischer Wälzfläehe für Laufverzahnungen mittels Massiwmformung, Zahnräder mit zylindrischer Wälzfläehe, sowohl als Gerad- als auch als Schrägverzahnungen, werden, soweit an ihre Verzahnung erhöhte Qualitäts- und Genauigkeitsanforderungen gestellt werden (nach DIN 3962 etwa ab Qualität 9 bis 10), überwiegend durch spanende Fertigungsverfahren wie Wälzfräsen oder -schälen mit anschließender Feinbearbeitung durch Wälzschleifen oder Schaben hergestellt Bekanntlich liegen diese spanenden Verzahnungsverfahren jedoch hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit im Vergleich zu anderen spanenden Bearbeitungsverfahren wie z. B. Drehen, Fräsen und Schleifen weit zurück. Der Gruna hierfür ist die geringe Variationsmöglichkeit der Schnittbedingungen. Schnittgeschwindigkeit und Vorschub können nur bedingt vergrößert werden, da sonst unzulässige Werte in der Oberflächenqualität und im Werkzeugverschleiß und zu große Abweichungen in der Formgenauigkeit auftreten; die Schnittiefe, d.h. die Spanungsdicke, ist durch die Kinematik der verschiedenen Verzahnungsverfahren fest vorgegeben und nicht zu beeinflussen. Alle diese Faktoren haben zur Folge, daß die Zerspanleistung verhältnismäßig gering und unbefriedigend ist

Es hat daher in der langen Entwicklungsgeschichte der Zahnradherstellung auch nicht an Überlegungen und Anstrengungen gefehlt, Zahnräder auf spanlose Weise, also durch Urformen oder Umformen herzustellen. Letzten Endüs sind alle diese Versuche an den hohen Genauigkeits- oder Belastbarkeitsanforderungen, denen vor allem die Laufverzahnursgen unterworfen sind, gescheitert.

Nur bei einem Zahnradtyp, nämlich den Kegelrädern, ist es bislang gelungen, Teile mit einbaufertiger Verzahnung durch Massivumformen auf Pressen herzustellen. Nachdem die geforderte Verzahnungsqualität eingestellt wurde, sind die hauptsächlichen Vorteile der umformend erzeugten Kegelräder die höhere Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens, die größere Zahnfußtragfähigkeit aufgrund des ungeschnittenen Faserverlaufes und das geringere Verzugsverhalten beim Härten. Es ist daher nicht verwunderlich, daß die Massivumformung bei der Kegelradfertigung zunehmend an Bedeutung gewinnt. Für die Zylinderräder, die prozentual den größten Anteil unter allen Zahnrädern ausmachen, sind nach wie vor die spanenden Verzahnungsverfahren dia einzige Alternative. Die Urformverfahren des Gießens und Sinters liefern nur Räder, die zum einen eine zu geringe Verzahnungsqualität aufweisen und sich somit nur für untergeordnete Anwendungsfälle eignen, zum anderen wegen verhältnismäßig geringer Festigkeit nur in Fällen geringerer spezifischer Belastung eingesetzt werden können. Das Massivumformen, wie Schmieden, Halbwarmschmieden, Kaltfließpressen, das sich bei den Kegelrädern hat durchsetzen können und für das eine Vorrichtung in der DE-OS 24 29 543 beschrieben wird, ist bei der Herstellung von Zylinderrädern auf Schwierigkeiten gestoßen. Während sich bei Kegelrädern die Verzahnung und damit das zu erzeugende Profil in einem Winkel zur Preßriehtung befinden, der immer und meist sogar erheblich größer ist als 0°, sind die Flankenlinien der geradverzahnten Zylinderräder achsparallel und somit auch parallel zur Preßriehtung; bei Schrägverzahnungen bilden sie auf zur Radachse konzentrischen Zylindern parallel zueinander verlaufende Schraubenli-

Diese Flankenlinienform der Zylinderräder führt zu folgenden drei Problemen beim konventionellen Massivumformen im Gesenk:

Erstens muß durch rein axialen Druck ein radialer Materialfluß zum Füllen der Gesenkgravur erzwungen werden. Neben dem sehr hohen erforderlichen Preßkräften bleibt dennoch die Gefahr, daß die Gravur nicht an allen Stellen gleichmäßig voll oder das Werkstück bei Verwendung vor. Pulverwerkstoffen nicht gleichmäßig dicht wird.

Zweitens haben die Werkstücke keine Aushebeschrägen, so daß der Preßling bei der Entnahme aus der Gravur über der gesamten Verzahnungsbreite eng geführt ist und erst nach dem vollständigen Aushebehub frei wird. Dies erschwert selbstverständlich die Entnahme; bei Schrägverzahnungen ist i.ogar zusätzlich eine exakte Drehung des Preßlings in Abhängigkeit vom Aushebehub erforderlich. Darüber hinaus ist die Preßreibung zwischen Preßling und Gesenk während der Entnahme nachteilig für die Zahnflankenoberfläche.

Drittens läßt sich ein Zylinderrad mit dieser Flankenlinienform nicht durch Kalt- oder Haiowarmpressen nach der Fertigung kalibrieren, wodurch eine Verbesserung der Oberflächenqualität und der Ausgleich des Gesenkverschleißes nicht wie bei Kegelrädern in gewissen Grenzen möglich ist

Zur Lösung dieser drei Probleme ist versucht worden, das Umformverfahren abzuwandeln. Bei einem bekannten Verfahren (Andrzej Turno, Marek Romanowski, Mieczyslaw Olszewski, Gerhard Gentsch, »Spanlose Herstellung von Zahnrädern und verzahnten Werkstükken«. Teil 2, Fachbibliographie 1950-71, VDI-Verlag 1971, Zitat Nr. 1, Fedorov, L I.) sind die beiden ersten Probleme, Füllen der Gesenkgravur und Entnahme des Werkstücks gelöst. Jedoch ist das Werkstück nach wie vor nicht kalibrierbar. Das Verfahren arbeitel anstatt mit einem kompakten Gesenk mit einem Werkzeug, dessen Gravur in der Weise in Einzelelemente aufgeteilt ist, daß jedes Teilstück die Form einer Zahnlücke hat. Diese Teilgra<uren werden während des Preßvorganges zentrisch zugestellt und formen auf diese Weise die Verzahnung aus. Vor der Entnahme des Preßlings werden sie wieder zurückgefahren. Bei dieser Vorgehensweise treten die beiden ersten genannten Probleme nicht mehr auf, jedoch ist das Werkstück nach wie vor nicht kalibrierbar. Dieser Nachteil ist umso schwerwiegender, als bei der Vielzahl der bewegten Teile des Verfahrens auch die Fehlerquellen sehr zahlreich und dementsprechend die Ungenauigkeiten groß sind. Abgesehen davon sind di« Werkzeugkosten im Vergleich zu normalen Gesenken extrem hoch. Jedenfalls hat sich dieses bekannte Verfahren in den westlichen Industrieländern bis auf den heutigen Tag noch nicht durchsetzen können.

Wegen dieser Nachteile der geteilten Form ist auch versucht worden, das Arbeilen im geschlossenen Gesenk zu verbessern, wie durch ein zweistufiges Schmieden von oben durch einen glatten, kleineren Stempel und von unten durch einen der Stirnzahnradform angepaßten Stempel, der auch als Auswerfer dient, nach der DE-OS 22 60 641, wobei etwa überflüssiges Material in einem dafür vorgesehenen Raum aufgenommen werden soll. Nach der DF.-OS wird das erste Problem, die gleichmäßige Füllung der Gesenkgravur, verbessert. Die Probleme zwei und drei, schwieriges Ausheben mit hoher Preßreibung und fehlende Möglichkeit des Kalibrieren*, v. mlen nicht gelöst.

Nach der US-PS 25 61 735 wird ein schrägverzahnte;s,

Stirnzahnrad pulvergeschmiedet und unter Drehen ausgeworfen. Abgesehen von der Schwierigkeit de,i, Füllens der Gravur entsprechend Problem I ist auch daii Auswerfen ersehwert und das Kalibrieren nicht möglich, Eine weitere Möglichkeit, das Umformverfahren zu,

modifizieren, ist das Warm- bzw. Kaltwalzen oder Rollen der Verzahnung, was aus der DE-OS 20 44 65« bekannt ist. Dabei wälzt das Werkstück mit zwei oder drei zahnradartigen Werkzeugen unter radialem Druck, wobei das Zahnprofil ausgebildet wird. Dieses Verfahren löst alle Probleme; der Nachteil hierbei ist jedoch der unkontrollierte Materialfluß zum Zahnkopf und zu den Stirnseiten, so daß die gewalzte Verzahnung an diesen Stellen nochmals überdreht werden muß. Außerdem ist die Entwicklung des Warm- und Kaltwalzens zur Serienreife ebenso wie beim Feinwalzen, einem Feinbearbeitungsverfahreu für Zahnräder., welches auf der gleichen Gesetzmäßigkeit beruht, bei dem jedoch nur ein Aufmaß von 0,02 mm pro Zahnflanke umgeformt wird, für jede'. :ai bearbeitend«· Rad erneut sehr kosten- und versuuhsintensiv. Eiü wirtschaftlicher Einsatz bleibt daher nur der absoluten Massenproduktion vorbehalten, wie wir sie zur Zeil höchstens in der Automobilindustrie der USA mit einem 90%igeo. Anteil an Automatikgetrieben vorfinden.

Aus Werkstatt und Betrieb 95. Jahrgang 1962,, Heft 10, Seite 671 ist es bekannt, ein geradverzahntes Stirnrad statt durch zerspanende Bearbeitung durch Kaltumformung herzustellen. Bei diesen durch Massiv-Umformung hergestellten Zahnrädern mit zylindrischer Wälzfläche ist wegen der fehlenden Kalibrierung bei höheren Ansprüchen die Genauigkeit für Laufverzahnungen nicht ausreichend. Darauf wird auch in den VDI-Berichten Nr. 47, 1961, Seiten 33—38, auf Seite 37 hingewiesen. Aus beiden Literaturstellen ist die genaue Fertigung von Kegelrädern bekannt. In den VDI-Berichten wird auf die Einhaltung der Gesenktemperatur und zur Kegelradfertigung auf Kaltkalibrierung und dadurch die genaue Kopie eines Meisterrades hingewiesen, jedoch nicht auf die genaue, umformende Fertigung eine.v Zylinderrades.

In »Klepzig-Fachberichte« Juni 1965, Seiten 251/252 wird ausgeführt, daß Kegelräder und Stirnräder fertig warmgepreßt werden. Die Kegelräder nach Bild 4 werden dabei in einem Gesenk, das nach einem Meisterrad hergestellt wurde, nachkalibriert. Es wird auch darauf hingewiesen, daß die der Berechnung zugrunde gelegte Gesenktemperatur genau eingehalten werden muß. Zur umgeformten Herstellung von Laufzahnrädern mit zylindrischer Wälzfläche geben die Fachberichte keinen Hinweis.

Im Industrie-Anzeiger 98 (1976) Nr. 42, Seite 734 wird vom PrJizisionsschmieden von Zahnrädern im geschlossenen und offenen Gesenk berichtet und die Vorteile des Pulverschmiedeas erwähnt, jedoch nichts über das Präzisionsschmieden von Zahnrädern mit zylindrischer Lauffläche ausgeführt.

Aus der DE-OS 24 46 172 ist ein Zahnrad mit einer sich von einer Stin-jeite der Verzahnung zur anderen Stirnseite stetig und monoton verändernder Profilverschiebung mit einer kegeligen Hüllftäche der Verzahnung bekannt, das spanend hergestellt wird und sich durch gute Laufeigenschaften auszeichnet.

Die bekannten Verfahren haben keine befriedigende Lösung für das Mas^ivumformen von Zylinderräd-jrn aufzeigen können. Ausgehend von diesem Stand der Technik wird die Aufgabe der Erfindung darin gesehen.

/vlinderrädcr sowohl im Gesenk mit Gratspalt als auch im geschlossenen Gesenk so massiv umzuformen, daß eine gleichmäßige Füllung der Gravur mit günstigem Faser\erlatif. eine leichte Entnahmemöglichkeit des Werkstücks und Kalibrk-rmöglichkcit erreicht werden. ·

Erfindungsgcmäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Galtung dadurch gelost.

a) daß die Zahnräder mit einer sich von einer " Stirnseite der Verzahnung zur anderen Stirnseite stetig und monoton verändernden Profilverschiebung mit einer kegeligen Hüllflächc der Verzahnung hergestellt werden, indem

bi) ein Meistrrrad spanend hergestellt wird, ι'>

nach dem Meisterrad durch ein abbildendes f^:er!igungsvcrfahren ein Gesenk hergestellt wird
und die Verzahnung des Zahnrades im Gesenk durch ein Formgebungsverfahren in der Wärme erzeugt wird, -'"

wobei eine vorgegebene Soll-Endtemperatur am Finde des Formgebungsvorgangs genau eingehalten wird

und wobei die Schwindung und die Modulveränderung der Verzahnung bei der Abkühlung des > Werkstücks von der Soll-Endtemperatur durch entsprechendes Aufmaß im Meisterrad korrigiert werden und

b:) das im Gesenk erzeugte Zahnrad in einem Kalibriergesenk, das durch ein abbildendes Ferti- J" gungsverfahren nach einem zweiten, spanend hergestellten Meisterrad erzeugt wurde, mit den Soll-Abmessungen der Verzahnung kalibriert wird.

Durch diese Verfahrensschritte wird das Zahnrad mit r> sich lindernder Profilverschiebung und der kegeligen Hüllflache der Wandformgebung im Gesenk mit einwandfreier Füllung der Gravur und gutem Fließbild erhalten. Die Aushebeschrägen sowohl der Gesamtform ,ils ,inch der einzelnen Zähne lassen das Werk^rtück ■*<> schon nach geringem Aushub von der Gravur frei werden, so daß es ohne Beschädigung der Zähne und ohne Beanspruchung des Gesenks leicht aus der Gravur gehoben werden kann. Dies gilt sowohl für gerad- als auch für schraubenförmige Verzahnungen. Außerdem ■>> erlaubt die Gesamtform und die Form der Einzelzähne auch das Kalibrieren bzw. Prägen durch Kaltnachformen oder Halbwarmnachformen in einem entsprechenden Gesenk, wobei höchste Oberflächengüte und I chlerfreiheit hinsichtlich der Teilung und der Zahn- >" form erreicht werden können. Während die Herstellung der bekannten Kegelzahnräder mit hoher Qualität durch Warmformgebung und anschließendes Kalibrieren dadurch besonders einfach ist. daß beim Kegelrad die Begrenzungslinien der Zahnflanken, der Zahnspit- '<"> zen und der Zahngründe in einem gemeinsamen Achspunkt enden, so daß — wegen der ähnlichen Schrumpfung aller einander entsprechenden Punkte des Kegelrades nach dem Strahlensatz — die Schrumpfung durch eine einfache lineare Verlängerung des Gesenkes '■·'> zu kompensieren ist. ist das bei dem erfindungsgemäß hergestellten Rad trotz der kegeligen Hüllfläche wegen der sich ändernden Profilverschiebung nicht der Fall. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, mit einem ersten Meisterrad und dem damit hergestellten Gesenk"'' unter Berücksichtigung der Schwingung und der Modulveränderung der Verzahnung das Zahnrad zu schmieden und in einem mit einem zweiten, davon abweichenden Meislerrad hergestellten kalibnergesenk zu kalibrieren, werden bei guter Standzeit der Gesenke die cinbmisciiigcn Zahnräder mn zylindrischer Wälzfläche für l.aiifverzahmingen mit luchslcr Genauigkeit hergestellt.

Die Erfindung ist nicht auf die Herstellung von Geradver/ahnungen beschränkt, sondern auch mit Vorteil bei schräg verzahnten Stirnrädern anwendbar. Wenn die Verzahnung so ausgeführt ist. daß sie eine Profilverschiebung aufweist, die sich von einer Stirnseite der Verzahnung zur anderen Stirnseite stetig und monoton verändert, werden auch bei dieser Verzahnung die fertigungsmäßi_ten und die aus diesen resultierenden qualitativen Fortschritte erreicht. Auch die Möglichkeit de^r Spieleinstellung durch geringe gegenseitige Verschiebung ist gegeben. Die schrägverzahnten Räder müssen zwar mit einer schraubenartigen Bewegung aus der Gravur entnommen werden, jedoch entfallen komplizierte Zwangsführungen, da ebenfalls nach minimalem Aushebeweg das Werkstück frei beweglich ist. Bei .Schrägverzahnungen bewirkt nämlich die Änderung der Profilverschiebung auf gleichen Zylinder mantclflächen für die Rechts- und die l.inksflanke Schraubenlinien 'interschicdlicher Steigung, so daß sich die Zähne von einer Stirnseite zur anderen ebenfalls verjüngen.

Die erfindungsgemäß hergestellte Verzahnung kann als Volb'erzahnung bei Zahnrädern oder als verzahnter Ring wie z. B. eine Bandage zur Leistungswandlung und Übertragung im Maschinenbau eingesetzt werden. Beim Zusammenwirken verschieden großer Zahnräder ist es möglich, daß nur das größere mas.lv umgeformt werden kann, während das kleinere auf seiner zugehörigen Achse spanend hergestellt werden muß. Die spanende Herstellung der Räder ist mit den in der Getriebetechnik üblichen Maschinen ohne Schwierigkeit möglich. Außer für Getriebe kann das erfindungsgemäßc Verfahren auch für die Herstellung von Innenverzahnungen. Planetengetrieben. Zahnradpumpen vorteilhaft eingesetzt werden. Zweckmäßig wird die Verzahnung wegen der Unenipfindlichkeit gegen Abstandsänderungen und der problemlosen Möglichkeit der Profilverschiebung als Evolventenverzahnung ausgeführt. Die Einhaltung eines Winkels der kegeiförmigen Hüllfläche von mindestens 30 Minuten gegen ihre Achse sichern die einwandfreie Verformbarkeit im Gesenk und die Entnahmemöglichkeit. Die obere Grenze für den Winkel ist durch die bekannten Grenzen bei einer Profilverschiebung gegeben, durch Spitzenbildung an den Zähnen bei positiver Profilverschiebung und durch Erzeugung von Untertritt am Zahngrund bei zu k'einer Profilverschiebung.

Im einzelnen kann die Erfindung wie folgt vorteilhaft ausgestaltet sein.

Besonders einfach ist die Profilverschiebung dadurch auszuführen, daß sie sich linear über die Verzahnungsbreite ändert.

Bei der Herstellung des Zahnrades durch Sintern werden bei der Hersteilung des Meisterrades die Schwingung und die Modulveränderung der Verzahnung beim Sintern und Abkühlen des Werkstücks durch entsprechendes Aufmaß korrigiert.

Die zahlenmäßige Größe des Aufmaßes ist zum einen von den zu verarbeitenden Werkstoffen, zum andern von der Form und der Materialverteilung des Werkstückes abhängig. Bei komplizierten Formen, z. B. Rädern mit einseitigem Flansch oder Kupplungsverzahnung, kann daher die exakte Aufmaßverteilung für das

Meisterrad /um Teil erst mich einem experimentellen Vorversiich angegeben werden.

Mit geringeren kriifte- und verschlcißmiißigen HcIastungen für das 'iesenk arbeiten die Verfahren, bei denen das Massivurnformen bei höheren Temperaturen als der Kaumtemperatur erfolgt. Dabei empfiehlt die F.rfindung, bei der Herstellung des Meisterrades die Schwi'. .lung und die Modulveränderung der Verzahnung bei der Abkühlung des Werkstücks durch entsprechendes Aufmaß zu korrigieren.

Bei der Herstellung des Zahnrades drich Pulverschmieden werden bei geringer Gesenkbeanspruchung dichte Zahnräder höchster Genauigkeit erzeugt. Speziell für die Zahnradfertigung ergibt sich damit noch durch positive werkstoffspezifische Aspekte wie die nicht vorhandene Textur des Werkstoffes und das damit quasi isotrope Wcrkstoffverhalten die Möglichkeit, das Zahnrad geometrisch günstig und beanspruchungsgerecht aus unterschiedlichen Mntii:ilnii;ilii;itpn optimal aufzubauen, um z. B. eine hohe Kernzähigkeit mit einer harten, verschleißfesten Oberfläche zu' erreichen. Weiterhin besieht die Möglichkeit, durch Zumischen von Graphit den Kohlenstoffgehalt des Ausgangspulvers in weiten Bereichen zu variieren und durch Aufspritzen von Graphit auf die gepreßte Vorform eine Aufkohlung der oberflächennahen Randschichten zu ermöglichen und der Entkohlung entgegenzuwirken.

Höchste Oberflächengüte und Teilungsfehlerfreiheit können dadurch erreicht werden, daß die im Gesenk erzeugte Verzahnung im Kalibriergesenk kaltkalibriert wird.

Man kann aber auch das Werkstück auf Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur erwärmen und dann in einem Gesenk mit den Sollabmessungen des Werkstücks zuzüglich des Schrumpfmaßes bei dessen Abkühlung halbwarm kalibrieren. Dabei kann das Werkstück soweit erwärmt werden, daß einerseits eine nennenswerte Verzunderung und ein Verzug beim Abkühlen vermieden werden, andererseits der Formgebungswiderstand schon wesentlich herabgesetzt ist. Bei der Halbwarmkalibrierung muß bei dem zweiten Meisterrad die Moduländerung und Profilverschiebung bei der Abkühlung nach dem Kalibrieren berücksichtigt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt im einzelnen

Fig. I einen Axialschnitt durch ein geradverzahntes Stirnrad mit Evolventen-Verzahnung und linearer Profilverschiebung.

Fig. 2 einen Ausschnitt der beiden Stirnseiten des Zahnrades nach Fig. 1 mit den zugehörigen Erzeugenden.

Das Zahnrad 1 mit einer Verzahnung 2 mit zylindrischer Wälzfläche 3 hat eine sich von einer Stirnseite 4 der Verzahnung zur anderen Stirnseite 5 stetig und monoton verändernde Profilverschiebung und zwar von einem positiven Wert von 1,0 an der Stirnseite 4 linear abfallend auf einen Wert von 0,5 an der Stirnseite 5. Die Zahnflanken haben Evolventenform 6, 7 (Fig.2) und liegen trotz der anderen Profilverschiebung in jedem Stirnschnitt senkrecht zur Zahnradachse parallel, wie an den Stirnseiten 4, 5 des Zahnrades an den beiden Evolventen 6, 7 dargestellt Die gemeinsame, senkrecht auf den Zahnflanken stehende Eingriffslinie 8 ist Tangente an dem Grundkreis 9. Der Eingriffswinkel 10 zwischen der Eingriffslinie 8 und der Richtung 11 der Erzeugenden 12, 13 ex. ist gleich 20 .

Derartige Zahnräder mit einer Profilverschiebung, die sich von einer Stirnseile zur anderen stetig und monoton verändert und die eine kegelige Hüllfläche aufweisen, werden in folgender Weise hergestellt. Zunächst wird ein Meisterrad spanend hergestellt und nach dem Meisterrad ein Gesenk durch ein abbildendes l'ertigungsverfahren. In dem Gesenk wird die Verzahnung des Zahnrades durch ein Formgebungsverfahren in der Wärme erzeugt.

Dabei wird eine vorgegebene Soll-Endtcmperatiir am Knde des Formgebungsvorganges genau eingehalten. Die Schwindung und die Modulverändcrung der Verzahnung bei der Abkühlung des Werksti' ;ks von der Soll-Endtemperatur werden durch entsprechendes Aufmaß im Meisterrad korrigiert. Das so im Gesenk erzeugte Zahnrad wird in einem Kalibriergesenk, das durch ein abbildendes Fcrtigungsverfahren nach einem

wurde, iiiit den .Sollabmessungen der Verzahnung kalibriert.

Im folgenden sind die für den Verfahrensablauf wichtigsten Begt'ffc auf der Grundlage der DIN 8583 und Lange. Lehrbücher der Umformtechnik, definier!:

Massivumformung

Der Begriff Massivumformung beinhaltet die Überführung einer gegebenen Form eines festen Körpers in eine andere Form (Ausgangsform — Zwischenform — Endform), wobei der Stoff bei teils sehr großen Querschnitts- und Wanddickenänderungen in alle Raumrichtungen verteilt wird. Querschnitts- und Wanddickenänderungen können dabei durch geeignete Verfahren verkleinert oder vergrößert werden. Diese Verfahren sind überwiegend solche mit mehrachsigen Druckspannungszuständen in der Umformzone (Druckumformen).

Gesenkschmieden

Gesenkschmieden, auch als Gesenkformen bezeichnet, ist ein Druckumformen mit geeigneten bewegten Formwerkzeugen (Gesenken), die das Werkstück ganz oder zu einem wesentlichen Teil umschließen und dessen Form enthalten (abformende Gestalterzeugung).

Präzisionsschmieden

Ein Sonderfall des Gesenkschmiedens ist das Präzisionsschmieden. Präzisionsschmieden bedeutet Herstellen von einbaufertigen Werkstücken mit einer Genauigkeit, die sonst nur durch spanende Bearbeitun^sgänge erreicht wird.

Pulverschmieden

Pulverschmieden, teilweise auch als Sinterschmieden bezeichnet, bedeutet Gesenkformen von pulvermetallurgisch hergestellten Ausgangsformen, die u. U. vorher gesintert wurden.

Sintern

Sintern ist ein Verfahren der Verfahrenshauptgruppe 1 Urformen, wobei formloser Stoff (Pulver) in eine feste Form gebracht wird und dieser Körper, der noch aus einzelnen Pulverteilchen besteht, bei hohen Temperaturen über Kornwachstum und Rekristallisation zu einem nahezu homogenen Körper mit einer Dichte von 80 bis 90% der theoretischen Dichte gebracht wird.

Fließpressen

Fließpressen ist ein Verfahren der Untergruppe Durchdrücken des Druckumformens nach DIN 858J. Das Fließpressen dient zur Herstellung einzelner Werkstücke und ist in bezug auf die Herstellung von Zahnrädern im Umformmechanismus dem Gesenkschmieden sehr ähnlich, da es oft mit den anderen Verfahren des Druckumformens, wie z. B. Stauchen, kombiniert wird.

Kalibriersn

Kalibrieren ist ein Formpressen ohne Grat oder mit geringem Grat mit kleinen Höhen- bzw. Dickenabnahmen zwischen Formwerkzeugen (Gesenken), die das ganze Werkstück oder den zu kalibrierenden Dereich umschließen. Durch das Kalibrieren wird die Oberflächengüte und Maßhaltigkeit des Teiles verbessert.

Gesenk

Gesenke, die Werkzeuge zum Gesenkschmieden, sind maß- und formgebundene Hohlformwerkzeuge, die Abmessung und Form des herzustellenden Schmiedestückes unter Berücksichtigung der sehmicdetechnischen Korrekturen, wie Warmschrumpf- und elastische Deformation, ganz oder teilweise als Gegenform enthalten (analoger Formspeicher). Aus diesem Grunde ist es notwendig, sie mit der erforderlichen Genauigkeit zu fertigen und während des Gebrauchs aufrechtzuerhalten.

In Abhängigkeit vom Verfahren werden z. B. geschlossene Gesenke beim Genauschmieden ohne Grat, offene Gesenke beim Gesenkschmieden mit Grat und zum Stauchen und Kalibriergesenke zum Prägen bzw. Kalibrieren verwendet.

Meisterrad

Unter einem Meisterrad versteht man ein Zahnrad mit allen notwendigen schmiedetechnischen Korrekturen, wie ■/.. B. Temperalurkorrektur. Korrektur der elastischen Deformation des Gesenkes und des I Jmformleilcs unter Ueachtung der Größe der Kontaktspannung. Mit Hilfe des für den jeweiligen Umformvorgang erforderlichen spezifischen Meisterrades wird durch ein abbildendes Feiligungsverfahren das Gesenk für den Umformvorgang hergestellt.

Kaltumformung

Kaltumformen ist ein Umformen ohne Anwärmen des Werkstückes bei Raumtemperatur. Der Regriff — Kalt — kann auch in Verbindung mit Vcrfahrcnsbezeichnungcn wie Kaltsihmiedcn. Kaltfließpressen usw. verwendet werden.

H albwarmum formung

Halbwarmumformen

ist ein Umformen in einem

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unterhalb der eigentlichen Warinformgcbungstcmpcratur, wobei der Temperaturbereich des I lalbwannumformcns einen Kompromiß hinsichtlich der erforderlichen Größe der Umformkraft, des Formänderungsvermögens des Werkstoffes und der Oberflächengüte und Genauigkeit des Teiles darstellt

Der Begriff — Halbwarm — kann auch in Verbindung mit Verfahrensbezeichnungen wie Halbwarmschmieden, I Ialbwarmfließprcssen usw. verwendet werden.

Warmumformung

Warmumformen ist ein Umformen mit Anwärmen des Werkstückes auf Temperaturbereiche, in denen Erholungs- und Rekristallisationsvorgänge auftreten. Der Begriff — Warm — kann auch in Verbindung mit Verfahrensbeziehungen wie z. B. Warmfließpressen verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern mit zylindrischer Wälzfjäche Für Laufverzahnungen mittels Massivumformung, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Zahnräder mit einer sich von einer Stirnseite der Verzahnung zur anderen Stirnseite stetig und monoton verändernden Profilver-Schiebung mit einer kegeligen Hüllfläche der Verzahnung hergestellt werden, indem

bi) ein Meisterrad spanend hergestellt wird,

nach dem Meisterrad durch ein abbildendes Fertigungsverfahren ein Gesenk hergestellt '"-wird

und die Verzahnung des Zahnrades im Gesenk durch ein Formgebungsverfahren in der Wärme erzeugt wird,

wobei eine vorgegebene Soll-Endtemperatur am iäde des Formgebungsvorgangs genau eingehalten wird

und wobei die Schwindung und die Modulveränderung der Verzahnung bei der Abkühlung des Werkstücks von der Soll-Endtemperatur M durch entsprechendes Aufmaß im Meisterrad korrigiert werden und

bi) das im Gesenk erzeugte Zahnrad in einem Kalibriergesenk, das durch ein abbildendes Fertigungsverfahren nach einem zweiten, spanend hergestellten Meisterrad erzeugt wurde, mit dt.i Soll-Abmessungen der Verzahnung kalibriert wird.