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EP0022155A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kegelzahnrädern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kegelzahnrädern Download PDF

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Publication number
EP0022155A1
EP0022155A1 EP80102324A EP80102324A EP0022155A1 EP 0022155 A1 EP0022155 A1 EP 0022155A1 EP 80102324 A EP80102324 A EP 80102324A EP 80102324 A EP80102324 A EP 80102324A EP 0022155 A1 EP0022155 A1 EP 0022155A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
die
bevel gear
control sleeve
diameter
press ram
Prior art date
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Granted
Application number
EP80102324A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0022155B1 (de
Inventor
Herbert Dipl.-Ing. Leykamm
Siegfried Knabel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KM Kabelmetal AG
Original Assignee
KM Kabelmetal AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KM Kabelmetal AG filed Critical KM Kabelmetal AG
Publication of EP0022155A1 publication Critical patent/EP0022155A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0022155B1 publication Critical patent/EP0022155B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/28—Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/30—Making machine elements wheels; discs with gear-teeth

Definitions

  • the invention relates to a method for producing bevel gears, in which a cylindrical metallic blank, in particular made of steel, is deformed into a bevel gear in a press tool consisting of a die containing the conical tooth form, a press die and a control sleeve coaxially surrounding the press die.
  • a method according to the preamble is known from DE-PS 24 46 413.
  • the diameter of the press ram is selected so that it approximately corresponds to the penetration circle of partial cone and small truncated cone surface with a maximum deviation of 20%.
  • the control sleeve has a truncated cone-shaped projection that protrudes into the interior of the die Envelope of the conical tooth heads of the die corresponds.
  • the ram diameter also determines the diameter of the cylindrical blank to be used. This is based on the teaching of DE-PS 24 46 413 on the tooth flanks of the die, which leads to increased wear of the die.
  • the present invention has for its object to provide a method for the non-cutting manufacture of bevel gears, which does not result in such increased tool wear and makes it possible to produce a largely finished bevel gear in one work step without taking into account a preform of the raw part that is to be specially manufactured.
  • it should be possible to manufacture bevel gears with a bore much more economically.
  • the method should also be applicable in the manufacture of bevel gears with a shaft.
  • the invention further relates to a device for performing the method, which consists of a die containing the conical tooth form, a press ram and a control sleeve which coaxially surrounds the press ram and which can be pressed back by the material of the blank filling the die and which has an approach penetrating into the die space.
  • This known device is improved in that an axially movable guide sleeve is arranged between the press ram and the control sleeve.
  • the guide sleeve is freely movable over a limited path relative to the press ram so that it can be easily moved by the material flowing into the annular gap. This path is adjustable and ends at a stop. In this way, stems of different lengths can be created.
  • the toothing of the die in the area of the large bevel gear diameter shows a cylindrical spline-like outlet
  • the attachment of the control sleeve has a cylindrical part and thereon then has a conical part, the diameter of the cylindrical part being slightly smaller than the diameter of the spline-like outlet and the cone angle of the conical part roughly corresponding to the angle of the tooth flanks of the die forming the tooth root cone of the bevel gear.
  • the attachment of the control sleeve has teeth that penetrate into the spline-like outlet.
  • the length of the spline-like outlet should at least correspond to the length L measured on the gear (Fig. 1).
  • the control sleeve is supported by springs during the entire pressing process relative to the press ram and is rigidly connected to the latter at the end of the pressing process. The approach of the control sleeve protrudes into the cavity of the die almost throughout the entire pressing process, namely until the main quantity of the material mass making up the gear body is distributed.
  • control sleeve is pressed back by the flowing back material under pre-tensioning of the springs, up to a stop, in order to then rigidly shape the gearwheel with the press ram.
  • the bore in the bevel gear is preformed by the press ram, which, as described above, can then be completed by punching out.
  • FIG. 1 shows the state before the start of the pressing
  • the right half of the figure shows the state towards the end of the pressing process.
  • the pressing tool essentially consists of parts 1 and 2, which are referred to below as the upper tool and lower tool, but part 1 can also be used as a lower tool and part 2 as an upper tool.
  • Part 1 - the die - carries the toothing 3 for a bevel gear and has a bore 4 in which an ejector (not shown) is arranged.
  • the tooth shape 3 of the die 1 has a cylindrical spline-like outlet 5.
  • the tool part 2 consists of a press ram 6, which is fixedly attached to the tool part 2 and the control sleeve 7, which is slidably fastened to the press ram 6 by springs 8 on the tool part 2. Between the ram 6 and the control sleeve 7 there is a guide sleeve 9, which is displaceable over the ram 6 over a limited path.
  • the control sleeve 7 carries an extension 10, which consists of a cylindrical part 11 and a conical part 12.
  • the tool parts 1 and 2 After inserting the raw part 13, the tool parts 1 and 2 are moved against one another, the attachment 10 on the control sleeve 7 penetrating into the mold cavity of the die 1 (see left half of the figure).
  • the material of the raw part 13 is pressed radially outwards into the toothing 3 and at the same time into the annular gap between the press ram 6 and the control sleeve 7. If the die space and the teeth 3 are filled so far that the force acting on the end face of the extension 10 can overcome the metered spring force acting on them, the stop surfaces 14 move towards each other. After the two stop surfaces 14 have touched (see right half of the figure), the now rigid tool is moved against each other until the workpiece has reached its intended shape.
  • the shoulder 10 presses on the preformed bevel gear and presses the material into areas of the tooth form 3 that may not yet be filled. At the same time, the volume of material located in the annular gap is reflected back through the guide sleeve 9 into the die space. Likewise, the plunger 6 penetrates from the large bevel gear surface into the pre-formed bevel gear and a bore. Any excess material emerges between the teeth of the spline-shaped projection 5. Since the finished bevel gear has to be machined on the dashed line 15 anyway, the discharge of excess material at this point does not require a special operation.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the projection 10, namely in this embodiment the projection 10 has a toothing 17 penetrating the toothing 3, the outer diameter of which is slightly smaller than the maximum inside diameter of the toothing 3.
  • the shoulder can be conical or cylindrical-flat be, it can also be designed according to the back taper of the gear. (see Figure 3)
  • the finished bevel gear is then pushed out of the die 1 by means of the ejector, not shown, and in a subsequent operation the bore of the bevel gear is completed by punching out the remaining slug.
  • the free path length of the guide sleeve 9 is adjustable and determines the height of the shaft 16.

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Abstract

Ein zylindrisches metallisches Rohteil (13) insbesondere aus Stahl wird in einem geeigneten Werkzeug zu einem Kegelzahnrad verformt. Zwecks Verringerung von Werkzeugverschleiß und Erzielung maßgenauer Kegelzahnräder fließt das Rohteilvolumen zunächst matrizenseitig in radialer Richtung in die Verzahnung (3) und stempelseitig in axialer Richtung in einen durch Preßstempel (6) und Steuerhülse (7) gebildeten Ringspalt. Anschließend wird der in den Ringspalt geflossene Volumenanteil zumindest teilweise in Matrizenrichtung zurückgepreßt. Gleichzeitig dringt dabei der Preßstempel (6) vom großen Kegelraddurchmesser her in das Kegelrad ein.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kegelzahnrädern, bei dem ein zylindrisches metallisches Rohteil insbesondere aus Stahl in einem aus einer die Kegelzahnform enthaltenden Matrize, einem Preßstempel und einer den Preßstempel koaxial umgebenden Steuerhülse bestehenden Preßwerkzeug zu einem Kegelzahnrad verformt wird.
  • Ein Verfahren nach dem Oberbegriff ist aus der DE-PS 24 46 413 bekannt. Um zu erreichen, daß zylindrische Rohteile ohne weitere vorbereitende Maßnahmen zu einem vollständigen Kegelrad gepreßt werden können, wobei ein Ausfüllen d es kleinen Verzahnungsbereiches der Matrize mit Preßwerkstoff bei vertretbaren Preßdrücken mit Sicherheit gewährleistet wird, ist der Durchmesser des Preßstempels so gewählt, daß er in etwa dem Durchdringungskreis von Teilkegel und kleiner Kegelstumpffläche mit einer maximalen Abweichung von 20 % entspricht. Desweiteren besitzt die Steuerhülse einen in den Innenraum der Matrize hineinragenden kegelstumpfförmigen Ansatz, der der Einhüllenden der Kegelzahnköpfe der Matrize entspricht. Der Preßstempeldurchmesser bestimmt auch den Durchmesser des einzusetzenden zylindrischen Rohteiles. Dieses setzt entsprechend der Lehre der DE-PS 24 46 413 auf den Zahnflanken der Matrize auf, was zu einem erhöhten Verschleiß der Matrize führt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum spanlosen Herstellen von Kegelzahnrädern anzugeben, welches einen solchen erhöhten Werkzeugverschleiß nicht nach sich zieht und es möglich macht, in einem Arbeitsschritt ein weitgehend fertiggeformtes Kegelzahnrad herzustellen ohne Berücksichtigung einer besonders herzustellenden Vorform des Rohteils. Insbesondere soll es möglich sein, Kegelzahnräder mit Bohrung wesentlich wirtschaftlicher herzustellen. Darüber hinaus soll das Verfahren auch anwendbar sein bei der Herstellung von Kegelzahnrädern mit Schaft.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Rqhteilvolumen zunächst matrizenseitig in radialer Richtung in die Verzahnung und stempelseitig in axialer Richtung in einen durch den Preßstempel und die Steuerhülse gebildeten Ringspalt fließt und anschließend der in den Ringspalt geflossene Volumenanteil zumindest teilweise in Matrizenrichtung zurückgepreßt wird und dabei gleichzeitig der Preßstempel vom großen Kegelraddurchmesser her in das Kegelrad eindringt. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist das Fließen des Werkstoffes in den Ringspalt und das Zurückpressen des Werkstoffes so aufeinander abgestimmt, daß ein Hohlschaft an der großen Kegelradfläche verbleibt. Auf diese Weise ist es möglich, Schäfte von verschiedener Länge zu erzeugen. Desweiteren ist es vorteilhaft, daß von einem napfförmigen Rohteil mit extrem dickem Boden ausgegangen wird. Diese Maßnahme begünstigt die Herstellung von sehr langen Schäften. Das die Kegelzahnform ausfüllende Rohteilvolumen entstammt dabei im wesentlichen dem extrem dicken Boden. Zweckmäßigerweise wird von einem Rohteil ausgegangen, dessen Durchmesser maximal dem Durchmesser des kh insten Verzahnungsfußkreises entspricht. Eine untere Begrenzung des Durchmessers ist durch die Notwendigkeit des Vermeidens des Ausknickens des Rohteils -gegeben. Im Anschluß an die Formung des Kegelrades kann in einfacher Weise die vorgeformte Bohrung in einem nachfolgenden Arbeitsgang durch Ausstanzen des verbliebenen Butzens fertiggestellt werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche aus einer die Kegelzahnform enthaltenden Matrize, einem Preßstempel und einer den Preßstempel koaxial umgebenden durch den die Matrize ausfüllenden Werkstoff des Rohteils zurückdrückbaren Steuerhülse besteht, die einen in den Matrizenraum eindringenden Ansatz besitzt. Diese bekannte Vorrichtung wird dahingehend verbessert, daß zwischen dem Preßstempel und der Steuerhülse eine gegenüber dem Preßstempel axial bewegliche Führungshülse angeordnet ist. Die Führungshülse ist über einen begrenzten Weg gegenüber dem Preßstempel frei beweglich, so daß sie durch den in den Ringspalt fließenden Werkstoff leicht verschoben werden kann. Dieser Weg ist einstellbar und endet an einem Anschlag. Auf diese Weise können Schäfte von verschiedener Länge erzeugt werden. Nach Erreichen des Anschlages wird zumindest ein Teil des in den Ringspalt gdlossenen Werkstoffes in Richtung auf die Matrize zurückgepreßt und gleichzeitig verhindert, daß weiterer Werkstoff aufgrund des Eindringens des Preßstempels in die Kegelradfläche in den Ringraum zurückfließt. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Verzahnung der Matrize im Bereich des großen Kegelzahnraddurchmessers einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf zeigt, und der Ansatz der Steuerhülse einen zylindrischen Teil und daran anschließend einen konisch verlaufenden Teil aufweist, wobei der Durchmesser des zylindrischen Teils geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des keilwellenähnlichen Auslaufes und der Konuswinkel des konisch verlaufenden Teils in etwa dem Winkel der die Zahnfußkegel des Kegelrades bildenden Verzahnungsflanken der Matrize entspricht.
  • Durch diese Maßnahme kann der Ansatz der Steuerhülse tief in das Innere der Matrizenform eindringen und somit für einen Stofffluß sorgen, der eine vollständige Ausfüllung der Matrize gewährleistet. Somit wird in einem Umformarbeitsschritt ein weitgehend fertiggeformtes Rad erzeugt, welches auf der Radseite mit dem großen Durchmesser eine nur geringe Stoffübermenge ausgelagert hat.
  • So können nunmehr Rohteile von geringerem Gewicht eingesetzt werden. Die gleichen Vorteile können mit einer Vorrichtung erzielt werden, bei der in Abänderung der Ansatz der Steuerhülse eine in den keilwellenähnlichen Auslauf eindringende Verzahnung aufweist. Die Länge des keilwellenähnlichen Auslaufs sollte mindestens der Länge L am Zahnrad gemessen (Fig. 1) entsprechen. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuerhülse nahezu während des gesamten Preßvorganges gegenüber dem Preßstempel über Federn gelagert ist und gegen Ende des Preßvorganges starr mit diesem verbunden ist. Die Steuerhülse ragt mit ihrem Ansatz nahezu während des gesamten Preßvorgangs in den Hohlraum der Matrize hinein, und zwar so lange, bis die Hauptmenge der den Zahnradkörper ausmachenden Werkstoffmasse ververteilt ist. Gegen Ende des Umformvorganges wird die Steuerhülse durch den zurückfließenden Werkstoff unter Vorspannung der Federn zurückgedrückt, und zwar bis zu einem Anschlag, um dann starr mit dem Preßstempel verbunden das Zahnrad konturgetreu zu formen. Dabei wird gleichzeitig durch den Preßstempel die Bohrung in dem Kegelrad vorgeformt, die dann, wie oben beschrieben, durch Ausstanzen fertiggestellt werden kann.
  • Die Erfindung ist anhand des in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die linke Hälfte der Figur 1 zeigt den Zustand vor Beginn des Pressens, die rechte Hälfte der Figur den Zustand gegen Ende des Preßvorgangs.
  • Das Preßwerkzeug besteht im wesentlichen aus den Teilen 1 und 2, die im nachfolgenden als Oberwerkzeug und Unterwerkzeug bezeichnet sind, wobei jedoch auch das Teil 1 als Unterwerkzeug und das Teil 2 als Oberwerkzeug verwendet werden können. Das Teil 1 - die Matrize - trägt die Verzahnung 3 für ein Kegelzahnrad und weist eine Bohrung 4 auf, in welcher ein nicht mehr dargestellter Auswerfer angeordnet ist. Die Zahnform 3 der Matrize 1 weist einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf 5 auf.
  • Das Werkzeugteil 2 besteht aus einem Preßstempel 6, der fest an dem Werkzeugteil 2 befestigt ist und der Steuerhülse 7, die über Federn 8 an dem Werkzeugteil 2 verschieblich zu dem Preßstempel 6 befestigt ist. Zwischen dem Preßstempel 6 und der Steuerhülse 7 befindet sich eine Führungshülse 9, die über einen begrenzten Weg gegenüber dem Preßstempel 6 verschi.eblich ist. Die Steuerhülse 7 trägt einen Ansatz 10, welcher aus einem zylindrisch verlaufenden Teil 11 sowie einem konisch verlaufenden Teil 12 besteht.
  • Nach dem Einlegen des Rohteils 13, werden die Werkzeugteile 1 und 2 gegeneinandergefahren, wobei der Ansatz 10 an der Steuerhülse 7 in den Formhohlraum der Matrize 1 eindringt (s. linke Hälfte der Figur). Beim weiteren Gegeneinanderfahren der Werkzeugteile 1 und 2 wird der Werkstoff des Rohteils 13 radial nach außen in die Verzahnung 3 und gleichzeitig in den-Ringspalt zwischen dem Preßstempel 6 und der Steuerhülse 7 gepreßt. Wenn der Gesenkraum und die Verzahnung 3 so weit gefüllt sind, daß die auf die Stirnfläche des Ansatzes 10 wirkende Kraft die auf sie wirkende dosierte Federkraft überwinden kann, bekegen sich die Anschlagflächen 14 aufeinander zu. Nachdem sich die beiden Anschlagflächen 14 berührt haben (s. rechte Hälfte der Figur), wird das nunmehr starre Werkzeug noch so weit gegeneinandergefahren, bis das Werkstück seine vorgesehene Form erreicht hat. Dabei drückt der Ansatz 10 auf das vorgeformte Kegelzahnrad und drückt den Werkstoff in unter Umständen noch nicht ausgefüllte Bereiche der Zahnform 3. Gleichzeitig wird das in dem Ringspalt befindliche Materialvolumen durch die Führungshülse 9 in den Matrizenraum zurückgepußt. Desgleichen dringt der Preßstempel 6 von der großen Kegelradfläche in das vorgeerzeug formte Kegelrad ein und eine Bohrung. Ein etwa vorhandener Werkstoffüberschuß tritt zwischen den Zähnen des keilwellenförmigen Ansatzes 5 aus. Da das fertiggeformte Kegelzahnrad ohnehin an der gestrichelt dargestellten Linie 15 bearbeitet werden muß, erfordert der Austritt evtl. überschüssigen Werkstoffs an dieser Stelle keinen besonderen Arbeitsgang.
  • Die Figur 2 zeigt eine andere Ausgestaltung des Ansatzes 10, und zwar trägt bei dieser Ausführungsform der Ansatz 10 eine in die Verzahnung 3 eindringende Verzahnung 17, deren Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der maximale Insidurchmesser der Verzahnung 3. Der Ansatz kann konisch oder zylindrisch-plan sein, er kann auch entsprechend der Rückenkegelpartie des Zahnrades ausgebildet sein. (s. Figur 3)
  • Das fertig geformte Kegelrad wird dann mittels des nicht dargestellten Auswerfers aus der Matrize 1 herausgestoßen undin einem nachfolgenden Arbeitsgang wird die Bohrung des Kegelzahnrades durch Ausstanzen des verbliebenen Butzens fertiggestellt. Die freie Weglänge der Führungshülse 9 ist einstellbar und bestimmt die Höhe des Schaftes 16.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Kegelzahnrädern, bei dem ein zylindrisches metallisches Rohteil insbesondere aus Sahl in einem aus einer die Kegelzahnform enthaltenden Matrize, einem Preßstempel und einer den Preßstempel koaxial umgebenden Steuerhülse bestehenden Preßwerkzeug zu einem Kegelzahnrad verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohteilvolumen zunächst matrizenseitig in radialer Richtung in die Verzahnung und stempelseitig in axialer Richtung in einen durch den Preßstempel und die Steuerhülse gebildeten Ringspalt fließt und anschließend der in den Ringspalt geflossene Volumenanteil zumindest teilweise in Matrizenrichtung zurückgepreßt wird und dabei deichzeitig der Preßstempel vom großen Kegelraddurchmesser her in das Kegelrad eindringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließen des Werkstoffes in den Ringspalt und das Zurückpressen des Werkstoffes so aufeinander abgestimmt werden, daß ein Hohlschaft an der großen Kegelradfläche verbleibt.
3. Verfahren noch Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem napfförmigen Rohteil mit extrem dickem Boden ausgegangen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Rohteil ausgegangen wird, dessen Durchmesser maximal dem Durchmesser des kleinsten Verzahnungfußkreises entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeformte Bohrung in einem nachfolgenden Arbeitsgang durch Ausstanzen des verbliebenen Butzens fertiggestellt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bestehend aus einer die Kegelzahnform enthaltenden Matrize, einem Preßstempel und einer den Preßstempel koaxial umgebenden durch den die Mtrize ausfüllenden Werkstoff des Rohteil zurückdrückbaren Steuerhülse, die einen in den Matrizenraum eindringenden Ansatz besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Preßstempel (6) und der Steuerhülse (7) eine gegenüber dem Preßstempel (6) axial bewegliche Führungshülse (9) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (3) der Matrize (1) im Bereich des großen Kegelzahnraddurchmessers einen zylindrischen kezlwellenbhnlichen Auslauf (5) zeigt, und der Ansatz (10) der Steuerhülse (7) einen zylindrischen Teil (11) und daran anschließend einen konisch verlaufenden Teil (12) aufweist, wobei der Durchmesser des zylindrischen Teiles (11) geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des keilwellenähnlichen Auslaufes (5) und der Konuswinkel des konisch verlaufenden Teils (12) in etwa dem Winkel der die Zahnfußkegel des Kegelrades bildenden Verzahnungsflanken der Matrize (1) entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (3) der Matrize (1) im Bereich des großen Kegelzahnraddurchmessers einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf (5) zeigt und der Ansatz (10) der Steuerhülse (7) eine in den keilwellenähnlichen Auslauf (5) eindringende Verzahnung (17) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des keilwellenähnlichen Auslaufes (5) mindestens der Länge L an Zahnrad gemessen entspricht (s. Fig. 1).
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (7) nahezu während des-gesamten Preßvorganges.gegenüber dem Stempel (6) über Federn (8) gelagert ist und gegen Ende des Preßvorgangs starr mit diesem verbunden ist.
EP80102324A 1979-07-05 1980-04-30 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kegelzahnrädern Expired EP0022155B1 (de)

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DE2927135 1979-07-05

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EP0022155A1 true EP0022155A1 (de) 1981-01-14
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