DE2549230C2

DE2549230C2 -

Info

Publication number: DE2549230C2
Application number: DE2549230A
Authority: DE
Inventors: Ernst Meilen Ch Grob; Hans Ernetschwil Ch Krapfenbauer
Original assignee: Ernst Grob AG
Current assignee: Ernst Grob AG
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1975-11-03
Publication date: 1989-06-29
Also published as: FR2301318B1; FR2301318A1; CH579427A5; DE2549230A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines rohrartigen, vorwiegend längsorientierte, gerade oder schräg verlaufende, untereinander parallele Innen- und Außen verzahnung aufweisenden Werkstückes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Stand der Technik ist es bereits bekannt, Innen- und Außenverzahnungen an dünnwandigen zylindrischen Hohlkörpern herzustellen (Literaturstelle "Industrieanzeiger" 95, 1973, Seite 393). Hierzu wird der zu verzahnende zylindrische Hohlkörper über einen Dorn geschoben, welcher eine Außen verzahnung aufweist, die der zu erzeugenden Innenverzahnung des Hohlkörpers entspricht. Danach wird das Außenprofil auf den Hohlkörper aufgewalzt, wobei der Werkstoff in die Nuten des Profildornes eingedrückt wird.

Aus der deutschen Patentschrift DE-PS 10 16 222 ist ein Verfahren zur Herstellung von außenverzahnten massiven Werkstücken bekannt, bei welchem durch Kaltwalzen mittels planetenartig auf Werkzeugträgern umlaufenden und entsprechend auf das Werkstück einwirkenden Walzen der Werkstoff aus dem Zahngrund zum Zahnkopf hin radial verdrängt wird. Es tritt dabei eine plastische Umformung im gesamten Zahnbereich auf, wobei das Material nicht in eine Form gepreßt, sondern entsprechend der Profilierung des Walzwerkzeuges frei fließend geformt wird. Dieses bekannte Verfahren ist auch zur gleich zeitigen Herstellung von Innen- und Außenverzahnungen an relativ dünnwandigen, rohrförmigen Werkstücken geeignet, wobei ein kombinierter Biege- und Fließvorgang erfolgt. Die nach diesem Verfahren hergestellten dünnwandigen Teile neigen dazu, bei Drehmomentübertragung elastisch deformiert zu werden, was eine einwandfreie Kraftübertragung behindert. Weiterhin lassen sich derartige dünnwandige Teile nur sehr schwer mit der erforderlichen Präzision herstellen, weil bereits bei ihrer Bearbeitung unerwünschte Deformationen auftreten können.

Weitere bekannte Verfahren zählen zu den sogenannten Abwälz verfahren und sind damit zum Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 nicht gattungsgleich. Beim Abwälz-Zahnradwalzen findet eine asymmetrische Materialumschichtung - und zwar auf die Verzahnungslänge - statt.

Ausgehend von dem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zu schaffen, welches die Herstellung relativ dickwandiger Werkstücke gestattet, ohne dabei auf die Vor teile des Kaltwalzverfahrens zu verzichten, wobei trotz dem eine gute Präzision und hohe Widerstandsfähigkeit des bearbeiteten Werkstückes vorhanden sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombi nation mit folgenden Merkmalen:

a) kontinuierliche Drehbewegung des Werkstückes, dessen Wandstärke im Rohzustand mindestens ein Viertel der Durchmesserdifferenz von Innenkreisdurchmesser des Außenprofils und Umkreisdurchmesser des Innenprofils beträgt und
b) die Kaltumformung erfolgt durch Zusammenwirken von Dorn und Walze in einem kombinierten Stauch- und Fließ vorgang.

Das Verhältnis des Umkreisdurchmessers des Innenprofils und des Innenkreisdurchmessers des Außenprofils gestattet es hierbei überraschenderweise an einem relativ dick wandigen Werkstück gleichzeitig eine Innenprofilierung, insbesondere Innenverzahnung, und eine Außenprofilierung, vorzugsweise Außenverzahnung, zu erzeugen. Es kann dabei vorteilhafterweise eine relativ große Zähnezahl besonders dann erhalten werden, wenn die Teilung im Verhältnis zur Wandstärke verhältnismäßig klein ist. Hierbei sollte die Wandstärke des rohen Werkstückes mindestens ein Viertel der Durchmesserdifferenz von Innenkreis und Umkreis des Produktes betragen, damit die vorgenannten Bedingungen er füllt werden können.

Weiterhin erfolgt die Werkstückdrehbewegung während des gesamten Walzvorganges ununterbrochen. Damit ergibt sich vorteilhafterweise ein Wegfall der Beschleunigungs- und Massenträgheitskräfte über den Herstellungsprozeß und damit die Möglichkeit einer höheren Arbeitsgeschwindigkeit.

Eine Intensivierung der Krafteinwirkung und eine bessere Ausbildung der Innenverzahnung kann beim Verfahren nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorzugsweise dadurch gefördert werden, daß man mit den Walzen auch die Profil köpfe des Außenprofils, beispielsweise eine Außenverzahnung, überwalzt, während gleichzeitig der entsprechende Zahngrund geformt wird. Es findet also auch eine Kalibrierung des Außendurchmessers des Produktes während der Herstellung statt.

In manchen Fällen benötigt man nur auf der einen Werkstück seite, d. h. innen oder außen, eine Mitnahmeverzahnung, d. h. eine Verzahnung, welche der Kraftübertragung dienen soll. In diesen Fällen kann die Profilierung der gegenüberliegenden Fläche des Werkstückes so geformt werden, daß ein die mög lichst gute Bildung der Mitnahmeverzahnung förderndes Profil erzeugt wird, welches jedoch keine Mitnahmeverzahnung zu sein braucht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen fragmentaren Schnitt durch einen ein dünnwandiges Werkstück tragenden Dorn mit einer das Werkstück bearbeitenden Walze, wie sich dies beim bekannten Verfahren ergibt,

Fig. 2 einen der Fig. 1 ähnlichen Schnitt durch ein dickwandiges Werkstück, wie sich dies nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die wesent lichen Teile einer Vorrichtung bei der Aus übung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 und 6 der Fig. 2 ähnliche Schnitte durch besondere Ausführungsformen dickwandiger Werkstücke, wie sie sich bei der Durchführung besonderer Ausführungsformen des erfindungs gemäßen Verfahrens ergeben.

In allen Figuren wurde der dem Innenprofil des Werkstückes W entsprechend profilierte Dorn mit 1 und die ringförmig profilierten Walzen mit 2 bezeichnet.

In den Fig. 3 und 4 wurden die Werkzeugträger für die Walzen 2 mit 3 bezeichnet, auf welchen (wie in Fig. 3 angedeutet) die Walzen 2 planetenartig umlaufen. Dabei nähern sich die Walzen 2 jeweils so stark dem Dorn 1, daß sie einen kleinen hauptsächlich längsverlaufenden Abschnitt der Oberfläche des Werkstückes W (vgl. Fig. 3) in eine Lücke des Dornes 1 hineindrücken. Während nun die Walzen 2 auf den Trägern 3 umlaufen, wird das Werkstück entlang der Rohrachse A im Sinne des Pfeiles L vorgeschoben und gleichzeitig im Sinne des Pfeiles R um die Achse A gedreht. Beim nächsten Auf treffen der Walzen 2 auf dem Werkstück gelangen sie deshalb sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längs richtung verschoben an eine andere Werkstückstelle. Da die Drehung in Pfeilrichtung R entsprechend be messen ist, drücken die Walzen nun einen anderen Werk stückabschnitt in eine Nut, die der vorangehenden Nut des Dornes 1 benachbart ist. Dadurch ergibt sich, daß die aufeinanderfolgenden Einzelwalzvorgänge auf der Werkstückoberfläche seitlich nebeneinander auf einer schraubenlinienartigen Oberflächenpartie angeordnet werden. Der Längsvorschub erfolgt in jedem Falle so, daß der nächste Angriff einer Walze sich in der gleichen Dornnut mit dem vorangehenen noch überdeckt. Es versteht sich, daß die Drehzahl des Werkstückes W und die Drehzahl der Werkzeugträger 3 aufeinander so ab gestimmt sein müssen, daß ein einwandfreier Syn chronlauf gewährleistet ist. Während nun bislang bei einem dünnwandigen Werkstück, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, während des Angriffes der Walzen 2 am Werkstück W der Dorn und somit das Werkstück W in ihrer Drehbewegung stillgesetzt werden mußten, um ein einwandfreies Resultat beim Walzenangriff zu er zielen, kann nach der Erfindung vorteilhaft eine stillstandfreie kontinuierliche Werkstückdrehbewe gung erfolgen.

In den Fig. 1, 2 und 4 bis 6 wurde jeweils der Durchmes ser d bzw. dessen Hälfte ^d/₂ des Umkreises der Innen verzahnung und der Durchmesser D bzw. dessen Hälfte ^D/₂ des Inkreises der Außenverzahnung eingezeich net. In der Fig. 1 (bekanntes dünnwandiges Werkstück) erkennt man deutlich, daß ^d/₂ größer ist als ^D/₂ und somit d größer D sein muß. Dagegen ist ^d/₂ in den Fig. 2, 4, 5 und 6 (erfindungsgemäß) stets kleiner als ^D/₂, also d nicht größer als D. Dies als Folge der vorteilhaften Arbeitsweise des erfin dungsgemäßen Verfahrens. Dabei kann man, wie in Fig. 2 gezeigt, den Kopf K der Außenverzahnung des Werk stückes W mit entsprechend geformten Walzen 2 außen mitüberwalzen, wodurch eine besonders gute äußere Kalibrierung und gleichzeitig eine weiter verbesserte Ausformung der Innenverzahnung erzielbar ist.

In Fig. 5 ist nur außen eine sogenannte tragende Verzahnung Z (Eingriffsverzahnung) gebildet, während innen ein wellenartiges Profil P erzeugt wird. Umge kehrt verhält es sich in Fig. 6, wo eine tragende Innenverzahnung Z einer welligen Außenprofilierung P gegenüberliegt. Die Erzeugung des welligen Profils P dient in diesem Fall der Möglichkeit der besseren Formung des tragenden Profils Z, wobei je nach der Zahnung des Profils Z auch ein anderes Profil P zur Anwendung gelangen könnte.

In Fig. 2 ist der Inkreisradius r und der Umkreis radius R des fertigen Werkstückes eingezeichnet, um die Verhältnisse hinsichtlich der Wandstärke des Werk stückes W zu verdeutlichen. Da d immer höchstens gleich groß wie D erzeugt wird (und oft kleiner ist), und weil beim erfindungsgemäßen Verfahren der auf den Kopfflächen F des Dornes 1 aufliegende Werkstück rohling durch die Walzen 2 hauptsächlich radial nach innen gedrückt und dabei meist die Wandstärke vermindert wird, muß der Rohling eine Wandstärke aufweisen, welche wenigstens die Hälfte der Differenz von R und r aufweist bzw. sollte die Wandstärke we nigstens gleich groß oder vorteilhaft etwas größer als die Höhe eines Außen- oder Innenzahnes sein. Es kann dabei von Vorteil sein, wenn die Zahnteilung im Verhältnis zur Wandstärke nicht groß ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines rohrartigen, vorwiegend längsorientierte, gerade oder schräg verlaufende, unter einander parallele Innen- und Außenverzahnung aufweisen den Werkstückes, wobei die Zahnlücken der Innenverzah nung jeweils dort verlaufen, wo die Zähne der Außenver zahnung liegen und umgekehrt, bei dem zur gleichzeitigen Erzeugung beider Profile durch Kaltumformung des Werk stückes, das auf einem dem Innenprofil entsprechend pro filierten Dorn befindlichen Werkstück entlang der Rohr achse vorgeschoben und um dieselbe gedreht und von außen mit ringartig profilierten Walzen bearbeitet wird, wobei man mit jeder Walze in auf die Profilierung und den Werkstückvorschub abgestimmter rascher Folge schlagartige Einzelwalzenvorgänge im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufendem Richtungssinne durchführt, so daß mit der gleichen Walze aufeinanderfolgend geführte Einzelwalzvorgänge auf einer durch den Werkstückvorschub bestimmten schraubenlinien förmigen Zone der Werkstückoberfläche in Umfangsrichtung nebeneinandergesetzt werden, und in Profillängsrichtung aufeinanderfolgende Einzelvorgänge sich hinsichtlich ihres Angriffes am Werkstück überdeckend geführt werden, der gestalt, daß bei den Einzelwalzvorgängen Werkstoff entlang eines jeweils relativ kleinen Werkstückab schnittes in hauptsächlich radialer Richtung in Lücken des Dornes befördert wird, gekennzeichnet durch die Kombination mit folgenden Merkmalen:

a) kontinuierliche Drehbewegung des Werkstückes (W), dessen Wandstärke im Rohzustand mindestens ein Viertel der Durchmesserdifferenz von Innenkreis durchmesser (D) des Außenprofils und Umkreisdurch messer (d) des Innenprofils beträgt, und
b) die Kaltumformung erfolgt durch Zusammenwirken von Dorn (1) und Walze (2) in einem kombinierten Stauch- und Fließvorgang.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem an der Außenfläche des Werkstückes die Profilköpfe überwalzt werden.