WO1994020238A1

WO1994020238A1 - Werkzeug und verfahren zur spanlosen herstellung der aussenverzahnung von getrieberädern

Info

Publication number: WO1994020238A1
Application number: PCT/EP1994/000589
Authority: WO
Inventors: Rudolf Sommer; Andreas Eisenhuth
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1994-09-15
Also published as: DE4306742A1

Abstract

Auf einer Maschine sind zwei parallel zueinander angeordnete, zahnstangenartige Werkzeuge (1, 2) eingespannt, die in ein spanlos zu erzeugendes Getrieberad (3) eingreifen. Die Werkzeuge (1, 2) weisen stetig zunehmende Zahnhöhen auf, so daß bei einer gleichzeitigen Parallelverschiebung gegeneinander durch Umformen die Verzahnung erzeugt wird. Die Erfindung besteht darin, daß die zahnstangenartigen Werkzeuge (1, 2) aus mindestens zwei an der Umformung beteiligten Abschnitten (5, 16 bzw. 6, 17) bestehen. Die zuerst im Eingriff befindlichen Abschnitte (5, 6) profilieren die Zahnflanken vor und formen z.B. gleichzeitig einen Kopfkantenbruch an. Im zweiten Abschnitt (16, 17), der später in Eingriff kommt, lassen sich durch den Umformprozeß bedingte, unerwünschte Getriebeabweichungen minimieren.

Description

Werkzeug und Verfahren zur spanlosen Herstellung der Außenverzahnung von Getrieberädern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanlosen Her¬ stellung der Außenverzahnung von Getrieberädern, bei welchem auf einer Maschine zwischen zwei parallel zueinander verstell¬ baren, zahnstangenartigen Werkzeugen ein zu bearbeitendes Ge- trieberad eingespannt ist. Die Zähne der zahnstangenartigen Werkzeuge weisen vom Beginn an eine zunehmende Höhe auf, so daß über den Hubverlauf eine zunehmende Einarbeitung der Verzahnung in das Getrieberad (Zahnflankenerzeugung) statt¬ findet.

Ein solches Werkzeug und Verfahren ist bereits aus einer "Bedienungsanleitung für Roto-Flo" der Firma Michigan Tool Company, 7171 E. McNichols Rd., Detroit, Michigan 48212, USA, bekannt (siehe Seite 9). Die paarweise angeordneten Werkzeuge sind an gegenläufig verschiebbaren Schlitten der Maschine befestigt. Die zahnstangenartigen Werkzeuge sind so ausgelegt, daß die Werkzeugteilung der Bogenteilung des Vorbearbeitungs- durchmessers des zu verzahnenden Getrieberades entspricht. Die Werkzeuge sind als gerad- oder schrägverzahnte Walzstangen mit stetig größer werdenden Zähnen ausgeführt, wobei das Bezugs¬ profil über die gesamte Zahnstangenlänge hin dasselbe ist. Die Zahnteilung und damit der Eingriffswinkel und bei Schrägver¬ zahnungen der Schrägungswinkel dieser Werkzeuge ist durch den Ausgangsdurchmesser des Getrieberades vor dem Walzen bestimmt. Diese Festlegung nimmt ausschließlich auf die Getrieberad- Zahnteilungsgenauigkeit Rücksicht. Die Profilform und die Zahnrichtung sind hier noch nicht ausreichend berücksichtigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität und Funktionalität von Außenverzahnungen, die nach dem ein¬ gangs erwähnten Verfahren hergestellt werden, zu verbessern.

Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angeführte

Merkmalskombination gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestal¬ tungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombinationen der Ansprüche be¬ schränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen An¬ spruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß man innerhalb des Umformprozesses Werkzeugabschnitte mit unter- schiedlichen Profilen mit dem Getrieberad in Eingriff bringt. Die Werkzeugabschnitte sind dabei vorteilhaft an einer Zahn¬ stange nacheinander angeordnet, so daß beim Abrollen unter¬ schiedliche Bearbeitungsvorgänge aufeinanderfolgen oder gleichzeitig wirksam werden.

Eine bevorzugte Anwendungsform ist so ausgestaltet, daß man im ersten Abschnitt des zahnstangenartigen Werkzeugs die Zahnflanken durch ein stetiges Wachsen der Werkzeugzahn¬ höhen vorprofiliert und gleichzeitig einen Kopfkantenbruch anformt. Sollte es erforderlich sein, läßt sich in diesem

Abschnitt zusätzlich zur Zahnflanken-Vorprofilierung und zum Kopfkantenbruch noch ein Überwalzen der Zahnköpfe vornehmen. Dieses Überwalzen der Zahnköpfe begrenzt einen beim Einar¬ beiten der Zähne entstehenden Kopfgrat. Ebenso kann im ersten Abschnitt bedarfsweise eine Fußfreiarbeitung erzeugt werden. Im zweiten Abschnitt des Werkzeugs, nachdem die Zähne einge¬ walzt sind, erfolgt die Kalibrierung der Verzahnung des Ge¬ trieberades. In diesem zweiten Abschnitt des Werkzeugs kann man ein Profil festlegen, das durch den vorausgegangenen Umformprozeß bedingte, unerwünschte Geometrieabweichungen minimiert. Im zweiten Abschnitt weist das Profil des Werk¬ zeugs eine gegenüber dem ersten Abschnitt geänderte, bei gleicher Eingriffsteilung vom Vorbearbeitungsdurchmesser jedoch unabhängige Zahnteilung auf. Wie dem Fachmann bekannt, entspricht bei evolventisehen Schrägverzahnungen der geänder¬ ten Zahnteilung ein anderer Eingriffswinkel und ein anderer Schrägungswinkel. Zwischen dem ersten und dem zweiten Ab- schnitt der beiden Werkzeuge ist zweckmäßig ein Verbindungs¬ teil angebracht, das gewährleistet, daß sich das Getrieberad weiterdreht und mit dem zweiten Abschnitt wieder in Eingriff kommt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer, beispiels¬ weiser Ausgestaltungen und Anwendungsfälle des Walzwerkzeugs näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das WerkzeugSystem für eine Geradverzahnung im Eingriff mit einer Außenverzahnung eines Getrieberades;

Fig. 2 eine vergrößerte Einzelheit entsprechend dem Ausschnitt II der Fig. 1;

Fig. 3 eine weitere vergrößerte Einzelheit entspre¬ chend dem Ausschnitt III der Fig. 1;

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt durch das Werk¬ zeugsystem in Höhe der zu Beginn des Walzver¬ fahrens in Eingriff befindlichen Werkzeugab- schnitte, wobei diese die volle Verzahnungs¬ breite und Zahnhöhe aufweisen, im Eingriff mit einem Getrieberad;

Fig. 5 einen weiteren Querschnitt entsprechend Fig. 4, jedoch durch die auf die ersten Werkzeugab¬ schnitte folgenden zweiten Abschnitte, in denen die Verzahnungsbreite und die Zahnhöhe des Werkzeugs kleiner als in den ersten Ab- schnitten ausgeführt ist und

Fig. 6 die Draufsicht auf die Verzahnung eines der beiden identisch ausgebildeten Werkzeuge mit den beiden Abschnitten für die Herstellung einer Schrägverzahnung, wobei zwischen diesen

Abschnitten ein Verbindungsteil angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt ein Werkzeugsystem, das aus zwei parallel geführten, zahnstangenartigen Werkzeugen 1 und 2 besteht, zwischen welchen ein zu einem Getrieberad 3 umzuformendes

Werkstück abrollt. Die zahnstangenartigen Werkzeuge 1 und 2 sind aus zeichnerischen Gründen nicht in ihrer vollen Länge dargestellt. In den Abschnitten 5 und 6 entspricht die Werk¬ zeugteilung ungefähr der Bogenteilung eines Vorbearbeitungs- durchmessers 4 des zu verzahnenden Getrieberades 3. Der Vor¬ bearbeitungsdurchmesser 4 ist so zu wählen, daß die am ferti¬ gen Getrieberad außerhalb dieses Durchmessers liegenden Mate¬ rialanteile volumenmäßig den innerhalb dieses Durchmessers liegenden Lückenanteilen entsprechen. Zu Beginn des Walz- Vorganges in Eingriff gebrachte erste Abschnitte 5 und 6 der zahnstangenförmigen Werkzeuge 1 bzw. 2 weisen über den Hub¬ verlauf eine ansteigende Zahnhöhe auf, so daß eine stetig anwachsende Materialverdrängung und damit eine zunehmende Einarbeitung eines Zahnprofiles 3A in das Getrieberad 3 statt- findet. Die Zahnfußlinie der Abschnitte 5 und 6 wählt man dabei zweckmäßig so, daß kein wesentlicher Grat an den Zahn¬ köpfen 3B des Getrieberades 3 aufsteigen kann. Gleichzeitig mit der Erzeugung der Zahnflanken läßt sich durch ein im Zahnfußbereich des Werkzeugabschnitts 5 und 6 vorgesehenes

Knickprofil 7 (Fig. 3) ein Kopfkantenbruch 8 (Fig. 2) an den Zahnköpfen 3B anformen.

Durch eine Protuberanz 10 (Fig. 3) an den Zahnköpfen 11 der Abschnitte 5 und 6 kann man am Getrieberad 3 auch eine Fußfreiarbeitung 19 (Fig. 2) erzeugen, die für die Funktion oder eine Weiterbearbeitung der Verzahnung des Getrieberades 3 günstig ist.

Die vorbeschriebene Herstellung der Verzahnung ist in den ersten Abschnitten 5 und 6 vorgegeben. In diesen Ab¬ schnitten, mit denen der Umformprozeß begonnen wurde, ist die Zahnteilung 13 und bei Evolventenverzahnungen auch der Ein¬ griffswinkel 14 sowie bei Evolventenschrägverzahnungen auch der Schrägungswinkel 15 (Fig. 6) der zahnstangenformigen Werk¬ zeuge 1 und 2 in Abhängigkeit vom Vorbearbeitungsdurchmes¬ ser 4 festgelegt. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Werkzeugsystems kann man jedoch in einem zweiten Abschnitt 16 bzw. 17 bei gleicher Eingriffsteilung 9 die Zahnteilung 13 unabhängig vom Vorbearbeitungsdurchmesser 4 festlegen. Dieser geänderten Zahnteilung 13A entspricht bei Evolventenschräg- verzahnungen ein anderer Eingriffswinkel 14A (Fig. 1) und ein anderer Schrägungswinkel 15A (Fig. 6) in den zweiten Ab¬ schnitten 16 und 17. Es steht somit ein weiterer Freiheits- grad zur Verfügung, der dazu dient, ein Profil vorzusehen, das durch den Umformprozeß bedingte, unerwünschte Geometrie¬ abweichungen minimiert. Außerdem lassen sich in diesen Ab¬ schnitten 16 und 17 die Werkzeugzähne an ihren Zahnköpfen so verkürzen, daß die Zahnkopflinie 18 eine geringere Höhe aufweist als im Endbereich der ersten Abschnitte 5 und 6. Durch diese Maßnahme läßt sich erreichen, daß in den Ab¬ schnitten 16 und 17 nur die Zahnflanken des Getrieberades 3 bearbeitet werden.

Bei Getrieberädern 3, bei denen aus konstruktiven Grün¬ den die zu walzende Verzahnung unmittelbar benachbart zu einem Bund 21 mit größerem Durchmesser 21A als der Fußkreis- durchmesser 22 liegt, und zwischen diesem Bund 21 und der Verzahnung kein genügend tiefer Einstich erlaubt ist, ent¬ steht üblicherweise ein schräger oder gerundeter Verzahnungs¬ auslauf 23 (Fig. 4). Dadurch entstehen während des Umform¬ vorganges bei voller Breite 24 des Abschnittes 16 bzw. 17 hohe Axialkräfte, welche die Verzahnungsqualität, insbesondere bei Schrägverzahnungen, ungünstig beeinflussen können. Eine Qualitätseinbuße läßt sich nach Fig. 5 vermeiden, wenn man die später in das Getrieberad 3 eingreifenden Abschnitte 16 und 17 gegenüber den vorher eingreifenden Abschnitten 5 und 6 auf der dem Auslauf zugewandten Seite auf die Breite 24A ver- kleinert.

Ordnet man die Abschnitte 5 und 16 des Werkzeugs 1 bzw. die Abschnitte 6 und 17 des Werkzeugs 2 hintereinander auf einer einzigen Maschine an, so koppelt man die zusammengehö- rigen Abschnitte vorteilhaft durch verzahnte Verbindungs¬ teile 26 und 27 (Fig. 1 und 6). Diese Verbindungsteile sorgen dafür, daß sich das Getrieberad 3 zwischen den Abschnitten weiterdreht und der folgende Abschnitt mit der vorgeformten Verzahnung des Getrieberades im Eingriff kommt. Im vorlie- genden Falle sind, wie in Fig. 1 und 6 gezeichnet, die Ver¬ bindungsteile 26 und 27 verzahnt. Es ist auch denkbar, die Verbindungsteile 26 und 27 mit einer Reibmitnahmefläche zu versehen. Die Verbindungsteile 26 und 27 sind besonders dann von Vorteil, wenn Getrieberäder mit großen Massen hergestellt werden sollen. Die notwendige Änderung der Rotationsgeschwin¬ digkeit des Getrieberades 3 zwischen den Abschnitten 5 und 6 einerseits und den Abschnitten 16 und 17 mit einer anderen Zahnteilung andererseits erfolgt dann stetig und ohne Stöße. In diesem Fall müssen die Zahnformen der Verbindungsteile 26 und 27 einer Zahnstangenverzahnung mit veränderlicher Über¬ setzung entsprechen (Fig. 6).

Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, die in den Werkzeugabschnitten 5, 6 und 16, 17 aufeinanderfolgenden Ar¬ beitsgänge mit voneinander getrennten Werkzeugen und ent¬ sprechend höherem Werkzeug- und Umspannaufwand auf getrenn- ten Maschinen vorzunehmen.

Bezuqszeichen

1 zahnstangenförmiges 21 Bund Werkzeug 21A Durchmesser von 21

2 zahnstangenförmiges 22 Fußkreisdurchmesser Werkzeug 23 Verzahnungsauslauf

3 Getrieberad 24 Zahnbreite von 5 und 3A Zahnprofil 24A Zahnbreite von 16 und 17 3B Zahnköpfe 25

4 Vorbearbeitungs 26 Verbindungsteil an 1 durchmesser 27 Verbindungsteil an 2

5 erster Abschnitt des Werkzeugs 1

6 erster Abschnitt des Werkzeugs 2

7 Knickprofil

8 Kopfkantenbruch

9 Eingriffsteilung

10 Protuberanz

11 Zahnkopf 12

13 Zahnteilung 13A Zahnteilung

14 Eingriffswinkel 14A Eingriffswinkel

15 Schrägungswinkel 15A Schrägungswinkel

16 zweiter Abschnitt des Werkzeugs 1

17 zweiter Abschnitt des Werkzeugs 2

18 Zahnkopflinie

19 Fußfreiarbeitung 20

Claims

A n s p r ü c h e

1. Werkzeug zur spanlosen Herstellung der Außenverzahnung von Getrieberädern mit folgenden Merkmalen: auf einer Maschine ist zwischen zwei parallel zueinander verstellbaren, zahnstangenartigen Werkzeugen (1, 2) ein zu bearbeitendes Getrieberad (3) eingespannt; die Zähne der zahnstangenartigen Werkzeuge (1, 2) weisen eine stetig wachsende Höhe auf, so daß über den Hubver¬ lauf eine zunehmende Einarbeitung der Verzahnung in das Getrieberad stattfindet, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale: die zahnstangenartigen Werkzeuge (1, 2) weisen minde- stens zwei nacheinander angeordnete Abschnitte (5, 16 bzw. 6, 17) auf; die Abschnitte (16, 17) sind unterschiedlich gestaltet und beim Abrollen unabhängig voneinander an unterschied¬ lichen Bearbeitungsvorgängen eines Zahnprofils (3A) be- teiligt.

2. Verfahren zur spanlosen Herstellung der Außenver¬ zahnungen von Getrieberädern mit einem Werkzeug nach An¬ spruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale: im ersten Abschnitt (5, 6) der zahnstangenartigen Werk¬ zeuge (1 bzw. 2) erfolgt die Vorprofilierung (Zahn¬ flankenerzeugung) des Zahnprofils (3A) und gleichzeitig die Anfor ung eines Kopfkantenbruchs (8) und - im zweiten Abschnitt (16, 17) erfolgt die Kalibrierung der Verzahnung des Getrieberades (3) .

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß im ersten Abschnitt (5, 6) außer der Vorprofilierung und der Anformung des Kopfkantenbruchs (8) gleichzeitig das Überwalzen der Zahnköpfe (3B) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß im ersten Abschnitt (5, 6) die Vorprofilierung des Zahnprofils und gleichzeitig die Anfor¬ mung einer Fußfreiarbeitung (19) im Bereich des Zahn- fußes (12) des Getrieberades erfolgt.

5. Werkzeug nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h ¬ n e t durch folgende Merkmale: im ersten Abschnitt (5, 6) der zahnstangenartigen Werk- zeuge erfolgt die Vorprofilierung des Zahnprofils (3A); der zweite Abschnitt (16, 17) enthält eine gegenüber dem ersten Abschnitt (5, 6) vom Vorbearbeitungsdurchmes¬ ser (4) unabhängig festgelegte Zahnteilung (13), wobei die Zahnteilung bei Evolventenverzahnungen durch An- passung des Eingriffswinkels (14) dieselbe Eingriffs¬ teilung (9) aufweist wie die ersten Abschnitte (5, 6).

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Zahnköpfe (11) im zweiten Ab- schnitt (16, 17) des Werkzeugs (1 bzw. 2) niedriger sind als im ersten Abschnitt (5 bzw. 6).

7. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß im zweiten Abschnitt (16, 17) an der einem Verzahnungsauslauf (23) zugewandten Seite des Getriebe¬ rades (3) die Zahnbreite (24A) kleiner ist als die Zahn¬ breite (24) im ersten Abschnitt (5, 6).

8. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß zwischen dem ersten (5 bzw. 6) und dem zweiten Abschnitt (16 bzw. 17) des Werkzeugs (1 bzw. 2) ein Verbindungsteil (26 bzw. 27) angeordnet ist, welches das Getrieberad (3) weiterdreht.