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Abwälzverfahren zum spanlosen Herstellen von Verzahnungen und Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Herstellen von Verzahnungen an Zahnradrohlingen aus einem bildsamen Werkstoff im
Abwälzverfahren sowie auf eine Vorrichtung zurr Durchführung dieses Verfahrens.
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Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, d@aß jeder Zahn :der
herzustellenden Verzahnung durch gleichzeitige Formgebung beider Zan.nflanken gebildet
wird, wobei mit der Formgebung an der Wurzel des Zahnes begonnen und aufwärts und
symmetrisch zu dem Kopf des Zahnes fortgeschritten wird.
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F:ig. z zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Maßnahme; Fig. a stellt einen Schnitt durch ein Zahnrad nach einer Folge von Formgebungsvorgärngen
gemäß Fig. r dar; Fig.3 zeigt ein fertiges Zahnrad, das durch Überarbeiten nach
dem Formen der Verzahnung gemäß Fig. z gebildet wird; Fig. q. bringt eine Seitenansicht
einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Formung von Zähnen, wobei die Einrichtung
teilweise im Schnitt gezeigt isst und Einzelheiten des inneren Aufbaues und des
Maschinengehäuses zeigt; Fig.5 zeigt einen Grundriß der Einrichtung gemäß' Fig.4,
wobei Einzelheiten zur größeren Klarheit fortgelassen sind.
Bei
der Erfindung ist zu beachten, daß .das zu formende Teil nicht -unbedingt
eine runde Form aufweisen muß, da die Erfindung die Herstellung eines einzelnen
Getriebezahnes betrifft. Die Erfindung wird nur am Beispiel runder Getrieberäder
erläutert.
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Der Ausdruck »verformbar« umfaßt bildsame Werkstoffe, z. B. Metalle,
ohne Rücksicht darauf; ob der Werkstoff, z. B. wie Stahl, zur Formgebung einer Erhitzung
auf Schmiedetemperatur bedarf oder nicht. Falls eine Erwärmung des Werkstoffes notwendig
ist, kann diese auf bekannte Art, beispielsweise örtlich, durch Induktionserhitzung
erzielt werden.
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Fig. i zeigt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei das zu formende
Werkstück der gleichzeitigen Bearbeitung durch zwei, zur Mittellinie 13 symmetrische
Werkzeugköpfe ii und 12 unterworfen wird. Diese Werkzeuge formen fortschreitend
mit ihren ebenen Flächen 15, 16, wie durch die Reihenfolge .der Umrisse 16" gezeigt
ist, durch eine Schwenkbewegung die Zahnflanken 17, 18, und zwar ausgehend vom Fußkreis
14 bzw. der Wurzel i9, in Richtnug auf den Kopf 2o.
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Wie anschließend eingehender beschrieben werden wird, erfolgt jeweils
nach der Bildung eines Zahnes eine Weiterbewegung des Werkstückes, um eine vollständige
Verzahnung rundum zu erhalten.
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Das bearbeitete bzw. verzahnte Werkstück wird ein Aussehen gemäß Fig.
2 zeigen, da infolge der plastischen Verformung der Werkstoff nicht nur radial nach
außen, sondern auch seitwärts gestreckt worden ist. Gemäß der Erfindung ist die
Anpassung des geformten Zahnrades 21 an die gewünschten Endabmessungen vorgesehen,
wie dies an Hand des Zahnrades 22 in der Fig. 3 im Schnitt gezeigt wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt - wie beim spanlosen
Abwälzverzahnen an sich bekannt - keine Zerschneidung der Materialfasern, sondern
eine Verdichtung des Materials, insbesondere an der Zahnwurzel, wodurch eine beträchtliche
Erhöhung der Festigkeit, insbesondere bei dynamischer Beanspruchung erreicht wird.
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Auf diese Weise wird ferner eine sehr große Formgenauigkeit und Maßhaltigkeit
erzielt und der zu formende Zahn stets symmetrisch beau.fschlagt, so daß die durch
dieses Verfahren erzeugten Zahnräder höchsten Ansprüchen genügen und nur in ganz
speziellen Ausnahmefällen einer Nachbearbeitung durch Schleifen bedürfen. Abgesehen
davon, daß keine Werkstoffasern zerschnitten werden, ergibt sich eine große Festigkeit
auch dadurch, daß das Material insbesondere an der Zahnwurzel stark verdichtet wird.
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Eine Ausführung einer zur Durchführung- der Erfindung geeigneten Einrichtung
ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Eine durch einen hydraulischen Preßkolben 23a
axial bewegbare Spindel 23 ist bei 23b in dem Maschinengehäuse 2@4 gelagert und
kann durch eine als Schneckentrieb ausgeführte Teilvorrichtung 25 gedreht werden.
Das äußere Ende der Welle 23 trägt eine Platte 26, die im Zusammenwirken mit dem
Flansch 27 der hängenden Preßkolbensäule 28 eines oben liegenden, am Maschinengehäuse
24 befestigten Rahmens 29 als Klemmelement dient. Ein hydraulischer Zylinder 3o
betätigt die Preßkolbensäule, um die Festhaltung des Werkstückes zu bewirken. Die
Lagerbüchse 31 der Welle 23 dient mit ihrem äußeren Umfang als Lager für'die zusammenarbeitenden
Schwingarme 32, die ihre Bewegung - und zwar eine Abwä1zbewegung um die Achse 33
- durch die hin- und hergehenden Hebel 33a erhalten. Die Hebel sind bei 34 angelenkt
und werden durch die umlaufenden Scheiben 35 und 36 bewegt, die ihrerseits über
ein nicht gezeigtes Getriebe jeweils für einen Umlauf in entgegengesetzten Richtungen
angetrieben werden.
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Zahnbildende Werkzeuge 37 und 38 sind am vorderen Ende der zahnstangenartigen,
axial verschieblichen Werkzeughalter 39 angeordnet, die ihrerseits in der' mit den
Schwingarmen 32 durch Bolzen 41 fest, aber einstellbar verbundenen Führung 40 beweglich
geführt sind. Auf diese Weise ist eine Einstellung der Werkzeughalter 39 für verschiedene
Werkstiickdurchmesser möglich. Die Führung 4o isst an den Schwingarmen 32 gegen
Verdrehung, beispielsweise durch eine schwalbenschwanzförmige Nut bzw. Feder 42
gesichert und kann durch die Bolzen 41 in einer eingestellten Lage starr befestigt
werden.
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Die Führung 40 trägt an ihrem äußeren Ende 44
ein Zahnrad 43,
das in die Zähne des Werkzeugträgers 39 eingreift. Dieses Zahnrad 43 ist über die
Zahnräder 45, 46 und 47 mit dem Zahnring 48 des Maschinengehäuses 24 im Eingriff.
Die Zahnräder 46 und 47 sind miteinander verbunden und frei drehbar auf dem Schaft
49 angeordnet. Der Schaft 49 ist verstellbar im Schlitz 5o des Schwingarmes 32 befestigt.
Die Zahnräder 45 und 46 sind ZNTechselräder.
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Bei der Bearbeitung ist das Werkstück 51 zwischen den Backen 26 und
27 eingeklemmt, und die Schwingarme 32 werden unter Einwirkung der Hebel
33, hin und her bewegt, um ein Zahnprofil in der aus Fig.i hervorgehenden
Weise zu erzeugen. Die Führung 40 muß so eingestellt sein, daß die Teillinie des
Werkzeuges 3$ eine Tangente an den Teilkreis des herzustellenden Zahnrades bildet.
Diese Bedingung wird während der ganzen Schwingung der- Führung, d. h. bei ihrer
hin- und hergehenden Bewegung, eingehalten. Während der Einwärtsbewegung der Führung
40 .mit dem Schwingarm 32 wird der Werkzeugträger 39 unter einer Steuerung in der
Führung 4o um einen Betrag zurückgezogen, der dem Bogen des Teilkreises gleich ist,
welcher .dem Winkel der Schwingung, die durch die Bewegung des Schwingarmes 32 erzeugt
wird, entspricht. Dieser Zusammenhang wird durch die Kupplung erreicht, die zwischen
dem zahnstangenartig ausgebildeten Werkzeugträger 39 und dem Zahnkranz 48 des Gehäuses
24 über die Getrieberäder 45, 46, 47 hergestellt ist. Durch diese Reihe von Zahnrädern
wird der Antrieb des Werkzeughalters in der erforderlichen Weise gesteuert. Durch
die Wahl der Getriebeübersetzung
kann der Antrieb des Werkzeugträgers
39 auf die gewünschte Zahnform des Werkstückes genau abgestimmt werden, so daß die
Teillinie 57 des Werkzeuges auf dem Teilkreis des Werkstückes nicht gleitet, sondern
abrollt. Dadurch formt jeder der Arbeitszähne 37 und 38 eine genaue Evolvente.
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Bei jedem zahnbildenden Hin- und Herschwenken gelangen die Schwingarme
32 in eine Stellung, die durch die gestrichelte Linie dargestellt und mit 53 bezeichnet
ist. In dieser Stellung kann die Teilvorrichtung 25 betätigt werden, um das Werksück
in die für die Erzeugung des nächsten Zahnes erforderliche Stellung zu bringen.
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In dem unteren Teil der Fig. 5 ist eine Konsole 5.4 an dem Maschinengehäuse
2q. eingezeichnet, die ein Meisterrad 55 trägt, das unter der Einwirkung eines hydraulischen
Zylinders 56 verschiebbar ist, um dem Werkstück 51 eine grobe Zahnvorform
zu geben. Es wird bevorzugt, ein derartiges vorformendes Zahnrad zu verwenden, damit
die Zahnwerkzeuge 37 und 38 nur noch die genaue Zahnform bilden müssen. ' Zahnräder
mit verschiedenen Zähnezahlen, je-
doch mit der gleichen Zahnteilung, können
mit Werkzeugen 37, 38 der gleichen Größe erzeugt werden. Mit der gleichen Werkzeuggröße
lassen sich auch Räder verschiedener Teilungen herstellen, vorausgesetzt, daß das
Maß b des Werkzeuges (Fig. i) genügend groß ist, um das Zahnprofil zu erzeugen,
und das Maß. a bei kleiner Teilung klein genug ist bzw. bei großer Teilung groß
genug ist, um .den Formungskräften standzuhalten.
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Obgleich ausgeführt worden ist, daß die die Zahnprofile herstellenden
Flächen 15, 16 (Fig. i) der Werkzeuge 37, 38 vorzugsweise eben sind, steht nichts
im Wege, diese Fläche leicht konvex auszubilden, wenn eine weiter ausschwingende
Bewegung der Schwingarme 32 zulässig ist. Andererseits können die Flächen bei einer
stark begrenzten, hin- und hergehenden Bewegung der Schwingarme 32 .auch leicht
konkav ausgebildet sein. Aber in diesem Fall ist bald nicht -mehr die genügende
Bewegungsfreiheit für das Einführen und Entfernen der Werkzeuge in das und aus dem
Werkstück vorhanden. Daher ist in den meisten 5
Fällen eine ebene Werkzeugfläche
für die Herstellung von Zahnprofilen die günstigste.