DE909686C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Zahnraedern durch Einwalzen der Zaehne - Google Patents

Description

Die Herstellung von Zahnrädern durch Einwalzen der Zähne in das glühende Werkstück ist bekannt. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Zähne des Werkzeugs den bildsamen Werkstoff des Rohlings nicht nur in radialer Richtung sondern auch in der Umfangsrichtung verdrängen. Die keilartig in den Umfang des Rohlings eindringenden Zähne des Werkzeugs erzeugen zunächst ein schiefgedrücktes Zahnprofil, das dann beim Durchgang durch die Achsenmittellinie zwar aufgerichtet, aber nachträglich wieder in der Umfangsrichtung verdrückt wird. Die dadurch an den gegenüberliegenden Flanken jeder Zahnlücke entstehenden Abweichungen von dem genauen Zahnprofil sind eine Folge davon, daß die Werkzeugzähne sich beim Eindringen der Werkstückachse nähern und sich beim Austritt wieder von ihr entfernen. Es ist daher vorgeschlagen worden, diese Abweichungen durch ein ständiges Hinundherdrehen von Werkzeug und Werkstück beim allmähliehen Einwalzen der Zähne bis auf volle Tiefe auszugleichen und dann bei schnellem Umlauf in einer Richtung ein Glätten und Ebnen der Zahnflanken zu erreichen. Dieses Verfahren erfordert jedoch ein teures Getriebe und liefert trotzdem keine einwandfreie Verzahnung.

Das Verfahren nach der Erfindung dient zur Herstellung von Zahnrädern durch Einwalzen der Zähne mittels eines Werkzeugs, dessen Zahnprofil im Längsschnitt Kreisbogen um den Werkzeug-

mittelpunkt bildet. Werkzeug und Werkstück werden zwangsläufig angetrieben, wobei die Werkzeugachse während der Drehung derart in der durch die Drehachsen von Werkzeug und Werkstück gehenden Ebene geschwenkt wird, daß bei gleichzeitigem Vorschub des Werkstücks auf seiner Achse in Richtung dieser Schwenkbewegung das kugelig gewölbte Zahnprofil des Werkzeugs von der einen Stirnseite des Werkstücks aus über die volle

ίο Zahnbreite des Werkstücks abgerollt wird, während sich Werkzeug und Werkstück in bekannter Weise aufeinander abwälzen.

Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das an einer Stirnseite des Werk-Stücks beginnende Anwalzen der Zähne auf den Umfang in Abhängigkeit des Vorschubes in der richtigen Teilung beginnt. Bei fortschreitendem Vorschub und der damit \^rerbundenen Schwenkbewegung des Werkzeugs vertieft sich der Zahn:

In der Werkstückquerschnittsebene, die den Werkzeugmittelpunkt, der gleichzeitig Werkzeugschwenkpunkt ist, durchläuft, hat die Verzahnung Fertigmaß.

Wird an einer Werkstückquerschnittsebene, z. B.

an einer Stirnfläche, die Zahnbildung verfolgt, so bildet der Kugelradius an dem Punkt des Werkzeugkreises, den das Werkstück beim Anschneiden berührt, mit der senkrecht zur Werkstückachse durch den Werkzeugmittelpunkt gehenden Ebene, die künftig Mittelpunktsebene genannt werden soll, einen Winkel ct. Die Zahnhöhe ist im Werkstück dann erreicht, wenn der Cosinus des Winkels eins, also der Winkel gleich Null geworden ist; dann fällt die Stirnflächenebene des Werkstücks mit der Mittelpunktsebene zusammen. In dieser Mittelpunktsebene rollen die Teilkreise von Werkzeug und Werkstück in der Schwenkebene wie in der Umfangsrichtung aufeinander ab. Die Zahnform ist in dieser Ebene fertig. Tritt die Stirnebene des Werkstücks über die Mittelpunktsebene hinaus, entfernt sich der Werkzeugzahn von der erzeugten Zahnform des Werkstücks. Alle Punkte der Zahnform werden in den einzelnen Werkstückquerschnittsebenen auf Geraden liegen, die senkrecht auf der Mittelpunktsebene stehen. Nach vollendetem Abrollen des Werkzeugprofils auf dem Werkstück ergibt sich eine genau ausgebildete glatte Verzahnung.

Bei den bereits bekannten Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern durch Walzen bei achsparallelem Vorschub des Werkzeugs wird die Verzahnung dagegen auf der vollen Breite immer tiefer eingewalzt, bis die beiderseitigen Teilkreise aufeinander ablaufen. Bei dieser Arbeitsweise nähert sich der Teilkreis des Werkzeugs erst allmählich dem künftigen Teilkreis des Werkstücks; die Folge davon ist, daß die vorgewalzten Zähne im Werkstück beim Tieferwalzen seitlich weggequetscht werden, was zu schädlichen Werkstoff-Überlappungen und zur Faltenbildung im Zahnquerschnitt führt. Eine Folge dieser Verformungsarbeit ist ferner ein wesentlich höherer Kraftverbrauch bei den bekannten Walzvorrichtungen für Zahnräder. Bei dem Verfahren nach der Erfindung tritt eine solche Umformung der Zähne bei fortschreitendem Einwalzen nicht auf, weil die Zähne von der Stirnseite aus sofort mit der richtigen Teilung entstehen. Beim Abrollen von Werkzeug und Werkstück in axialer Richtung aufeinander wird nur wenig Werkstoff nach den Stirnseiten hin verdrängt, wie sich bei Versuchen gezeigt hat; der so entstandene Grat kann nachträglich leicht auf der Drehbank entfernt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Herstellung gerader Stirnradverzahnungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in der Zeichnung dargestellt.

Abb. ι zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung;

Abb. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Werkzeugschlitten auf der Linie A-A von Abb. 1; Abb. 3 zeigt eine Ansicht von oben; Abb. 4 zeigt das Zahnradgetriebe zwischen dem Werkstückschlitten und dem schwenkbaren Werkzeuggehäuse;

Abb. 5 bis 7 zeigen schematisch die Entstehung der Verzahnung.

Die Vorrichtung besteht aus einem Rahmengestell, auf dem je ein die Spannvorrichtung für das zu verzahnende Werkstück bzw. das Werkzeug- go gehäuse tragender Schlitten ruht. Das Werkzeug 1 ist mit seiner Achse 2 drehbar in einem Gehäuse 3 gelagert. Das Gehäuse 3 hat zwei Zapfen 5, die senkrecht zu der Werkzeugachse stehen und in einem auf dem Rahmengestell verschiebbaren Schlitten 21 gelagert sind. Die Werkzeugachse wird durch eine Gelenkwelle 4 über die Zahnräder 14, 15, 16 von dem Ritzel des Motors 20 angetrieben. Das Werkstück 6 ist zwischen Spannplatten 9. 10 fest eingespannt. Die eine Spannplatte 9 sitzt auf einem Zapfen 8, der drehbar in einer Buchse 11 befestigt ist, die wiederum in der Lagerbuchse 22 verschiebbar und gegen Drehung gesichert ist; die Lagerbuchse 22 ist mit dem die ganze Spannvorrichtung tragenden Schlitten 23 fest verbunden. Mittels Schraubenspindel und Handrad kann die Buchse 11 mit der Spannplatte 9 zum Einlegen des Rohlings von der anderen Spannplatte 10 abgerückt werden. Diese Spannplatte 10 sitzt auf einem Zapfen 7, der sich in einer mit dem no Schlitten 23 fest verbundenen Buchse 12 dreht, wobei diese Buchse zugleich als festes Widerlager für die Spannplatte 10 dient. An den die Spannplatte 10 tragenden Zapfen 7 ist eine Keilwelle 13 angeschlossen, die durch die genutete Buchse der im Rahmengestell gelagerten Zahnräder 13, 14 mit Schiebesitz hindurchgeht.

Das Werkstück 6 wird dann zwischen den beiden Spannplatten fest eingespannt. Bei Beginn des Walzvorganges steht das Werkzeug, wie Abb. 1 zeigt, geneigt zum Werkstück, so daß die Zähne von einer Stirnseite aus in das Werkstück eingreifen.

Der die beiden Teile der Spannvorrichtung mit dem Werkstück tragende Schlitten 23 läuft in einer Schwalbenschwanzführung des Rahmengestells und

wird durch eine Zugspindel 19 mittels der Handkurbel 24 (Vgl. Abb. 3) oder hydraulisch entgegen dem Neigungswinkel des Werkzeugs vorgeschoben. Gleichzeitig mit der Vorschubbewegung des Werkstücks wird das Werkzeug in derselben Richtung weiter eingeschwenkt. Zu diesem Zweck ist beispielsweise an dem Schlitten 23 eine Zahnstange 18 angebracht, die in ein Zahnsegment 17 eingreift, das auf einem der beiden Drehzapfen 5 des Werkzeuggehäuses befestigt ist (Abb. 4). Das Zahnsegment 17 hat den gleichen Teilkreis wie das Werkzeug 1.

Beim Einwalzen der Zähne in den Rohling entsteht ein Zahnrad mit dem Modul des Werkzeugs.

Der Teilkreis des Werkzeugs kann dagegen frei gewählt werden; es können also· mit einem Werkzeug Zahnräder verschiedenen Durchmessers hergestellt werden. Es ist aber zweckmäßig dem Werkzeug einen verhältnismäßig großen Durchmesser zu geben, damit die bei seiner kugeligen Form unvermeidlichen Flankenverjüngungen in annehmbaren Grenzen gehalten werden können. Der Teilkreis des den Rohling antreibenden Zahnrades 15 muß mit dem Teilkreis des aus dem Rohling herzustellenden Zahnrades 6 übereinstimmen; ebenso muß das Zahnrad 16 denselben Teilkreis wie das von demselben angetriebene Werkzeug 1 haben.

Um die erfindungsgemäße Vorrichtung für Rohlinge bzw. Werkzeuge verschieden großen Durchmessers verwenden zu können, ist das Werkzeuggehäuse auf einem Schlitten 21 gelagert, der auf dem Rahmengestell senkrecht zur Längsachse der Spannvorrichtung für das Werkstück verschoben werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt sich aus zwei Bewegungsvorgängen zusammen: erstens wälzen sich Werkzeug und Werkstück, die beide zwangsläufig in Umdrehung versetzt werden, aufeinander ab, und zweitens rollt die kugelige Verzahnung des um seinen Mittelpunkt geschwenkten Werkzeugs auf dem in axialer Richtung vorgeschobenen Werkstück ab.

Diese Vorgänge werden in den Abb. 5 bis 7 gezeigt. In Abb. 5 ist das Anschneiden des Werk-Stückrohlings durch das Werkzeug dargestellt. Das Werkzeug ist hierbei schräg gegen die Zustellrichtung so weit geneigt, daß die untere Stirnseite des Werkstücks mit der Verzahnung des Werkzeugs an der unteren Werkzeugstirnfläche in Berührung kommt. Die Höhe des Werkzeugs muß einige Millimeter größer sein als die des Werkstücks, um in den Anschnitts- und Austrittsquerschnitten des Werkstücks die volle Zahnform zu gewährleisten.

Um die· infolge der Flankenverjüngung für das kugelige Werkzeug auftretende geringe Abweichung von der idealen Zahnform innerhalb praktisch zulässiger Grenzen zu halten, soll das Werkzeug einen wesentlich größeren Durchmesser als das Werkstück haben.

In Abb. 6 durchläuft die untere Werkstückstirnfläche gerade die Mittelpunktsebene. Das Zahnprofil ist in dieser Ebene fertig geformt.

Abb. 7 zeigt das bis zur oberen Stirnfläche fertig \-erzahnte Werkstück.

Das Verfahren kann jedoch auch so durchgeführt werden, daß das umlaufende Werkstück keine Längsverschiebung, dafür aber das Werkzeug bzw. dessen Gehäuse während der Dreh- und Schwenkbewegung noch eine Schubbewegung parallel zur Werkstückachse erfährt. Das Abwälzrollen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verläuft bei etwa 100 bis 300 Umdrehungen/min, unter einem axialen Vorschub von etwa 0,05 bis 0,2 mm auf eine Umdrehung, so daß das Einwalzen der Verzahnung je nach dem Durchmesser und der Breite des Rohlings nur Bruchteile einer Minute in Anspruch nimmt.

Das verzahnte Werkzeug wird aus legiertem Stahl hergestellt und nach bekannten Verfahren oberflächengehärtet. Der aus einer der üblichen Stahlsorten für Zahnräder bestehende Rohling wird zweckmäßig durch Hochfrequenzerwärmung auf Schmiedetemperatur gebracht. Nach dem Walzen haben die Zähne eine glatte, stark verdichtete Ol>erflächenschicht, so< daß sich für viele Fälle ein Nachschleifen und das Härten erübrigt. Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich aber bei geeigneten Werkstoffen auch zum Walzen von Zahnprofilen auf kaltem Wege, wie eingehende Versuche gezeigt haben.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern durch Einwalzen der Zähne des Werkzeugs in das Werkstück, wobei Werkzeug und Werkstück zwangsläufig um ihre Achsen gedreht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Werkzeugs, dessen Zahnprofil im Längsschnitt Kreisbogen um den Werkzeugmittelpunkt bildet, während der Drehung derart in der durch die Drehachsen von Werkzeug und Werkstück gehenden Ebene um den Werkzeugmittelpunkt geschwenkt wird, daß bei gleichzeitigem Vorschub des Werkstücks auf seiner Achse in Richtung dieser Schwenkbewegung das Zahnprofil des Werkzeugs von der einen Stirnseite des Werkstücks aus über die \Olle Zahnbreite des Werkstücks abgerollt wird.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch eine Gelenkwelle (4) angetriebene Werkzeug (1) in einem drehbaren Gehäuse (3) gelagert ist, dessen Drehzapfen (5) senkrecht zur Werkstückachse liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (6) in einer drehbaren Spannvorrichtung befestigt wird, die während des Einwalzvorganges auf einem im Rahmengestell gleitenden Schlitten (23) durch eine Gewindespindel oder hydraulisch in Richtung ihrer Längsachse verschoben wird, wobei in eine mit der Spannvorrichtung fest verbundene Zahnstange (18) ein Zahnsegment (17) eingreift, das auf einem der

beiden Drehzapfen (5) des Werkzeuggehäuses (3) befestigt ist, und dessen Teilkreis gleich dem Teilkreis des Werkzeugs (1) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug

gehäuse (3) mit seinen Drehzapfen (5) in einem Schlitten (21) gelagert ist, der auf seinem mit dem Rahmengestell verbundenen Bett senkrecht zur Werkstückachse verschoben werden kann.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

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