DE1261735B - Verfahren und Vorrichtung zum spanlosen Warmherstellen von Zahnraedern durch Warmumformung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WAJsf^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

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Deutsche Kl.: 49 i-8

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Nummer: 1261735

Aktenzeichen: Sch 343171 b/49 i

Anmeldetag: 12. Dezember 1963

Auslegetag: 22. Februar 1968

Die Erfindung betrifft die Warmherstellung zylinderförmiger, mit einer axialen Lochung und mit einer achsparallelen oder schräg zur Achse liegenden Geradverzahnung versehener Zahnräder durch spanloses Warmausformen eines vorgefertigten, mit axialen Vertiefungen versehenen Vorwerkstückes durch Fließpressen, wobei die Werkstoffmasse radial und axial in die Verzahnung des Gesenkteiles fließt, und durch Lochung, und hat ein zweckmäßiges Verfahren zum Gegenstand, welches in einer besonders ausgestalteten Fließpresse zu einer schnellen und preiswerten Formgebung führt.

Zum spanlosen Warmherstellen von Zahnrädern sind mehrere Verfahren bekannt. Nach einem bekannten Verfahren wird ein Vierkantwerkstück in einem Gesenk durch Stauchen und Pressen zu einem Zahnrad ausgeformt. Eine axiale Lochung sowie eine Keilnut müssen in einem weiteren Prozeß durch spanabhebende Maschinen eingearbeitet werden. Dies ist auch bei einer weiteren Ausführung erforderlich, wo durch dornartige Ansätze im Ober- und Untergesenk axiale kalottenartige Vertiefungen geschaffen werden. Zum Stand der Technik gehört auch die spanlose Herstellung von zylinderförmigen, mit axialen kalottenartigen Vertiefungen versehenen Vor-Werkstücken, in welche durch Spanabhebung die Verzahnung und Lochung eingearbeitet wird. Auch ist es bekannt, einem massiven Rohling in mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen mittels eines dornartigen Stempels zunächst einen vorwiegend radialen Werkstofffluß zu geben und ihn dann mittels eines Axialstempels zwecks Lochung endgültig auszuformen. Das ausgeformte Werkstück bedarf aber wegen der geringen Oberflächengüte und Formungenauigkeit einer spanabhebenden Nachbearbeitung. Ein anderer Vorschlag bezieht sich auf das Fertigpressen eines Vorwerkstückes mit einer vorher spanabhebend eingearbeiteten axialen Nabenbohrung und Keilnut, wobei ein in die Bohrung eingeführter Lochdorn für die Aufrechterhaltung der Lochung beim Axialpressen Sorge trägt. Die Nabenlochung wurde demnach bisher entweder vor der Zahnradausformung in ein vorgeformtes Vorwerkstück spanabhebend oder nach der Zahnradausformung des Werkstückes spanabhebend oder spanlos mittels eines Druckdornes eingearbeitet.

Trotz aller Bemühungen unter Ausnutzung radialer und axialer Werkstoffflüsse ist es bisher nicht gelungen, ein Zahnrad mit einer axialen Nabenlochung und mit einer achsparallelen oder schräg zur Achse liegenden Geradverzahnung durch spanloses Warmausformen eines ungelochten Vorwerkstückes durch Verfahren und Vorrichtung zum spanlosen
Warmherstellen von Zahnrädern
durch Warmumformung

Anmelder:

Unterstützungskasse

der Landsmannschaft Thuringia e. V.,

4300 Essen, Heymannsplatz 12

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Werner Schlegel, 4000 Düsseldorf

Fließpressen herzustellen. Vielmehr waren immer spanabhebende Vorarbeiten für das Vorwerkstück oder spanabhebende Nacharbeiten am Preßling erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile und Schwierigkeiten zu beseitigen und die Warmherstellung eines Zahnrades aus einem Vorwerkstück, welches in an sich bekannter Weise nur spanlos vorgeformt ist, durch spanloses Ausformen herzustellen, das normalerweise keiner weiteren spanabhebenden Nachbearbeitung sowohl im Mittelteil als auch am Zahnteil bedarf. Für Zahnräder höchster Güte soll allenfalls nur ein Nachschaben notwendig sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das in an sich bekannter Weise vorgefertigte, mit axialen Vertiefungen versehene Vorwerkstück nach vorherigem oder gleichzeitigem Ausstoßen seines zwischen den axialen Vertiefungen befindlichen Zwischensteges in einem geschlossenen Fertiggesenk durch radiale Materialverdrängung verformt und durch unmittelbare anschließende Axialpressung die Endform erzwungen wird.

Dieses Verfahren hat zunächst den Vorteil, daß die Ausformung in einem Arbeitsgang erfolgt. Nach oder schon beim Ausstoßen des Zwischensteges setzt die axiale Materialverdrängung in die Zahnteilung des Gesenks ein. Die im Fließzustand befindlichen Masseteilchen werden durch die unmittelbare anschließende Axialpressung in ihrer Druckrichtung umgelenkt, so daß der durch die radiale Beaufschlagung eingeleitete Fließzustand ohne Unterbrechung bis in die Endphase der Verformung erhalten bleibt. Es sind deshalb in vorteilhafter Weise wesentlich geringere Preßdrücke erforderlich als bei

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den bekannten Verfahren. Der gleichmäßige Fließ- nimmt die endgültige Ausformung und trägt zu der Vorgang führt aber darüber hinaus zu einer restlosen Masseverdichtung bei.

Ausformung in die Gesenkteile, wobei eine bisher bei Zweckmäßig weist der Druckstempel eine Nut-

der spanlosen Umformung nicht gekannte Ober- feder auf, durch welche in das Vorwerkstück eine flächengüte des Zahnrades, insbesondere an den 5 Keilnut eingearbeitet wird.

Zahnteilen und in der Lochung entsteht, so daß die Eine Herstellung von Zahnrädern mit einer schräg

Zahnräder bei normaler Güteanforderung ohne zur Achse liegenden Mantelverzahnung durch Warmweitere spanabhebende Nachbearbeitung Verwen- umformung eines vorgefertigten Vorwerkstückes ist dung finden können. Nur bei hohen Güteanfor- nicht bekannt. Lediglich zum Pressen von Schrägderungen kann gegebenenfalls ein Nachschaben er- io zahninnenradern aus pulverförmigen Werkstoffen forderlich werden. Trotz der geringeren, für die Um- ist eine Presse bekannt, bei der ein ringförmiges formung benötigten Preßdrücke haben die ausge- Obergesenk mit einer Innenverzahnung beim Abformten Werkstücke in überraschender Weise eine senken auf einen mit einer entsprechenden Ververmutlich durch den erzwungenen gleichmäßigen zahnung versehenen Kern eines Untergesenks aufge-Fließvorgang bedingte höhere Dichte als nach bis- 15 dreht wird. Diese Presse ist infolge ihres Aufbaus für herigen Verfahren mit wesentlich höheren Drücken die Warmumformung vorgefertigter Vorwerkstücke gefertigte Teile. In einfacher Weise lassen sich durch ungeeignet und hat auch den Nachteil, daß das fertigbesondere Ausgestaltung der Gesenkteile auch Keil- gepreßte Werkstück mit dem Kern herausgenommen nuten in die axiale Lochung und andere Formen werden muß, von dem es dann mittels einer zusätzunmittelbar während der Umformung einformen. 20 liehen Vorrichtung abgedreht werden muß.

Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, daß für Demgegenüber ist erfindungsgemäß ein beim Ab-

das erfindungsgemäße Verfahren je nach Größe und senken mittels einer schräg zur Achse liegenden Art des herzustellenden Zahnrades preiswerte kleine Zahnteilung in eine entsprechende Zahnteilung eines Fließpressen von einem recht einfachen Aufbau Ver- Untergesenks eindrehbares Obergesenk vorgesehen, Wendung finden können, weil die erforderlichen Preß- 25 wobei das Obergesenk in einer Fülirungsmutter, einer drücke relativ niedrig sind. Es lassen sich nicht nur mit Zahnteilung versehenen Verbindungsbrücke drehzylindrische Zahnräder mit einer achsparallelen bar gelagert ist und im Untergesenk ein Zwischen-Geradverzahnung spanlos herstellen, sondern auch gesenk angeordnet ist, welches mit seiner Zahnteilung solche mit einer schrägliegenden Geradverzahnung in der Zahnteilung des Untergesenks von einer am Zylinderumfang. 30 koaxial zum Druckstempel verlaufenden Hohlwelle

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine be- nach oben aus dem Untergesenk herausführbar ist. sondere Ausbildung der Fließpresse erforderlich. Be- " Bei dieser Ausgestaltung dient der Druckstempel kannt sind Fließpressen mit geschlossenem Gesenk, mittels seines Druckgliedes als Antriebsorgan für das welche aus einem Untergesenk mit einer eine Zahn- zwangläufig gedrehte Obergesenk, während ein sinnteilung aufweisenden Ausnehmung und aus einem 35 voll zum Druckstempel angeordnetes, ebenfalls im Obergesenk bestehen, dessen Zahnteilung beim Ab- Untergesenk drehbares Zwischengesenk die Ausstoßsenken in die Zahnteilung des Untergesenks eingreift. funktion übernimmt.

Zur Aufrechterhaltung der vorher in das Vorwerk- Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand

stück eingearbeiteten Nabenlochung ist bei einer be- mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert, und zwar kannten Ausführung am Obergesenk ein vorstehen- 40 zeigt

der, durch die Nabenlochung führender Dorn be- F i g. 1 eine Fließpresse zum Herstellen von Zahnfestigt, der aber keine Verformungsarbeit leistet. An- rädern mit einer achsparallelen Geradverzahnung, dererseits sind nach dem Steiglochpressen arbeitende Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einem Quer-

Lochpressen mit einem Lochdorn bekannt, dessen schnitt nach Linie I-L Spitze mit treppenförmig abgesetzten Ringstufen ver- 45 F i g. 3 ein in der Fließpresse nach F i g. 1 gesehen ist, um die Reibungsarbeit zwischen Dornspitze fertigtes Zahnrad,

und Werkstoff zu verringern. F i g. 4 eine Fließpresse zum Herstellen von Zahn-

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist für rädern mit einer schräg zur Achse liegenden Geraddie erfindungsgemäße Ausbildung der Fließpresse verzahnung und vorgesehen, daß ein an seiner Spitze in an sich be- 50 Fig. 5 ein in der Fließpresse nach Fig. 4 hergekannter Weise stufenförmig-radial verjüngter Druck- stelltes Zahnrad.

stempel vorgesehen ist, der voreilend gegenüber dem Es wird von einem vorgefertigten Vorwerkstück 1

Obergesenk verschiebbar geführt ist und einen ausgegangen, das einen Ringkörper mit axialen, unteren Schnittkopf zum Abscheren des Zwischen- kalottenähnlichen Vertiefungen 2 bildet und einen Steges aufweist, und daß koaxial zum Druckstempel 55 radial angeordneten Zwischensteg 3 aufweist. Das ein Fallschacht im Untergesenk zum Abführen des Vorwerkstück 1 wird zweckmäßig in einer Fließpresse Zwischensteges angeordnet ist. in an sich bekannter Weise aus einem Vierkant-

Dieser neuartige, durch die Gesenkteile der Fließ- rohling bei einer Temperatur gestaucht, die für die presse führende Druckstempel stößt zunächst in der verwendete Metallart am günstigsten ist. Besonders Art eines Lochdornes den Zwischensteg des Vor- 60 bei Eisen und Stahl wird eine Warmumformung zu Werkstückes, der durch den Fallschacht herausfällt, bevorzugen sein.

aus und trägt dann· für eine radiale Materialver- Das Vorwerkstück 1 wird in nur einem geschlos-

drängung sowie für das Kalibrieren Sorge. Durch die senen Fertiggesenk fertig zur Endform ausgeformt, Abstufungen an der Stempelspitze wird der Fließvor- wobei es nach vorherigem oder gleichzeitigem Ausgang des nunmehr ringförmigen Vorwerkstückes ein- 65 stoßen des Zwischensteges 3 durch radiale Materialgeleitet und allmählich gesteigert, wodurch hohe An- Verdrängung verformt wird und durch unmittelbar fangsdrücke zum Einleiten des Fließvorganges ver- anschließende Axialpressung die Endform erzwungen mieden werden. Das nacheilende Obergesenk über- wird. Für Zahnradformen mit einer achsparallelen

oder einer schräg zur Achse liegenden Geradverzahnung stehen erfindungsgemäß zwei verschiedene Fließpressentypen zur Verfügung.

Eine Fließpresse zum Herstellen von Zahnrädern mit einer achsparallelen Geradverzahnung ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Diese Fließpresse besteht im wesentlichen aus einem Untergesenk 4, einem Druckstempel 8 und einem Obergesenk 13. Eine Ausnehmung 5 des Untergesenks 4 ist mit einer Zahnteüung7 versehen. Außerdem ist ein axialer Fallschacht 6 vorhanden, dessen Bedeutung weiter unten näher beschrieben wird.

Der Druckstempel 8, dem ein Fallbär 9 zugeordnet ist, ist an seinem unteren Ende stufenförmig verjüngt. Die Abstufung ist mit 10 bezeichnet. Auf der Spitze selbst ist ein Schnittkopf 11 vorgesehen, und an der Seite des Druckstempels 8 befindet sich eine Nutfeder 12, welche in das Vorwerkstück 1 eine Keilnut einpressen soll. Das Obergesenk 13 hat einen zylindrischen unteren Teil 14, an dessen Umfang eine Zahnteilung 15 vorgesehen ist. Diese Zahnteilung ist derart ausgestaltet, daß sie bei Einwirkung auf das Untergesenk 4 in die Zahnteilung 7 eingreift. Das Obergesenk 13 ist mit einer axialen Bohrung versehen, in welcher der Druckstempel 8 hin- und hergleiten kann.

Die Wirkungsweise der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Fließpresse zum Herstellen von Zahnrädern mit einer achsparallelen Geradverzahnung ist folgende:

Zunächst wird das Vorwerkstück 1 in das Untergesenk 4 hineingelegt. Sodann wird der Druckstempel 8 beaufschlagt. Dieser schneidet zuerst mit seinem Schnittkopf 11 den Zwischensteg 3 des Vorwerkstücks 1 ab, der durch den Fallschacht 6 nach unten fällt. Beim weiteren Eintreiben des Druckstempels 8 drücken die Abstufungen 10 die Masse des Vorwerkstückes nach außen in die Zahnteilung 7 des Untergesenks 4. Der Druckstempel 8 ist so lang, daß er gegenüber dem Obergesenk 13 um das Maß a voreilt. Beim weiteren Eindrücken wirkt der Fallbär 9 schließlich auf das Obergesenk 13 ein und drückt dieses auf das Vorwerkstück 1, wobei es mit seiner Zahnteilung 15 in die Zahnteilung 7 des Untergesenks 4 eingreift. Zur Erhaltung der Voreilung α wird das Obergesenk 13 zweckmäßig an einer Feder od. dgl. um das Maß der Voreilung am Druckstempel 8 angeordnet.

Nach Beendigung der Umformung hat das Vorwerkstück 1 die in Fig. 3 dargestellte Endform 16 erhalten. Diese besitzt eine Zahnteilung 17, eine mittlere axiale Lochung 18 mit eingearbeiteter Keilnut sowie einen Grat 19, der nach unten hervorsteht. Beim Hochziehen des Druckstempels 8 wird diese Endform 16 mitgenommen. Durch besondere in der Zeichnung nicht dargestellte Abstreifer ist dafür Sorge zu tragen, daß diese vom Druckstempel abgeschoben wird.

Nach Entfernung des Grates 19 steht ein Fertigwerkstück zur Verfügung, das in der Regel als Fertigzahnrad verwendet werden kann. Für eine Oberflächenvergütung ist aber auch eine Weiterbehandlung in einer bekannten Schabe- und Poliervorrichtung möglich.

Zum Herstellen eines Zahnrades mit einer schräg zur Achse liegenden Geradverzahnung ist beispielsweise die in F i g. 4 dargestellte Fließpresse geeignet. Sie besteht im wesentlichen aus einem Untergesenk 20, einem Obergesenk 27 und einem Zwischengesenk 23. Das Untergesenk 20 hat eine Ausnehmung 21 mit einer schräg zur Achse liegenden Zahnteilung 22. Das Zwischengesenk 23 besitzt ebenfalls eine Zahnteilung, so daß es in der Zahnteilung des Untergesenks verschraubbar ist. Die Kraftübertragung zum Verdrehen des Zwischengesenks 23 geschieht über eine drehende und stoßende Hohlwelle 24, deren lichter Querschnitt einen Fallschacht 24 α hat. Das Obergesenk 27 hat eine Zahnteilung 28 und wird von einem dem Druckstempel 25 zugeordneten Druckglied 26 beaufschlagt. Es wird in einer an einem Träger 31 befestigten Mutter 30 geführt. Das Obergesenk 27 hat eine axiale Bohrung 29, durch welche der Druckstempel 25 hindurchführt. Zwischen der Führungsmutter 30 und dem Untergesenk 20 ist eine Verbindungsbrücke 32 vorgesehen, welche durch eine Zahnteilung 32 α ein gleichmäßiges Einführen des Obergesenks in die Gewindegänge des Untergesenks ermöglicht. Mit 33 sind Abstreiferfinger bezeichnet.

Die Wirkungsweise der in F i g. 4 dargestellten Fließpresse ist folgende;

Zunächst wirkt der Druckstempel 25 auf das eingelegte Vorwerkstück 1 ein, wobei dieses kalibriert und gegebenenfalls gleich mit einer Keilnut versehen wird. Vom Druckglied 26 wird nach Überwindung der Voreilung das Obergesenk 27 mitgenommen. Dieses dreht sich in das Untergesenk 20 ein und staucht das Vorwerkstück in die Endform. Nach Beendigung des Stauchvorganges wird das Obergesenk 27 wieder herausgedreht. Gleichzeitig wird das Zwischengesenk herausgedreht. Nachdem dieses Zwischengesenk seine höchste Lage erreicht hat, werden die Abstreifer 33 über das Fertigwerkstück gebracht, so daß dieses beim weiteren Hochführen vom Druckstempel 25 abgestreift wird.

Die in der Fließpresse nach F i g. 4 gefertigte Endform 34 ist in F i g. 5 dargestellt. Sie hat eine schräg zur Achse verlaufende Zahnteilung, einen nach unten weisenden Grat 36 sowie gegebenenfalls eine Keilnut 35. Auch dieses Zahnrad kann nach Entfernung des Grates 36 unmittelbar verwendet werden. Bei hohen Güteanforderungen läßt sich eine Vergütung durch Bearbeitung in einer Schabe- und Poliervorrichtung erreichen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Warmherstellen zylinderförmiger, mit einer axialen Lochung und mit einer achsparallelen oder schräg zur Achse liegenden Geradverzahnung versehener Zahnräder durch spanloses Ausformen eines vorgefertigten, mit axialen Vertiefungen versehenen Vorwerkstückes durch Fließpressen, wobei die Werkstoffmasse radial und axial in die Verzahnung der Gesenkteile fließt, und durch Lochung, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwerkstück nach vorherigem oder gleichzeitigem Ausstoßen seines zwischen den axialen Vertiefungen befindlichen Zwischensteges in einem geschlossenen Fertiggesenk durch radiale Materialverdrängung verformt und durch unmittelbare anschließende Axialpressung die Endform erzwungen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 für Zahnräder mit einer oder mehreren eingeformten Keilnuten, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilnuten wäh-

rend der radialen und axialen Materialverdrängung ausgeformt werden.

3. Fließpresse mit geschlossenem Gesenk zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einem Untergesenk mit einer eine Zahnteilung aufweisenden Ausnehmung, einem Obergesenk, dessen Zahnteilung beim Absenken in die Zahnteilung des Untergesenks eingreift und einem der Nabenlochung entsprechenden eindrückbaren Stempel, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß ein an seiner Spitze in an sich bekannter Weise stufenförmig-radial verjüngter Druckstempel (8 bzw. 25) vorgesehen ist, der voreilend gegenüber dem Obergesenk (13 bzw. 27) verschiebbar geführt ist und einen unteren Schnittkopf (11) zum Abscheren des Zwischensteges (3) aufweist, und daß koaxial zum Druckstempel ein Fallschacht (6 bzw. 24 a) im Untergesenk (4 bzw. 20) zum Abführen des Zwischensteges angeordnet ist.

4. Fließpresse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstempel (8 bzw. 25) eine Nutfeder (12) aufweist.

5. Füeßpresse nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Obergesenk (13 bzw. 27) am Druckstempel (8 bzw. 25) über eine Feder od. dgl. um das Maß (α) der Voreilung versetzt angeordnet ist.

6. Fließpresse nach Ansprüchen 3 bis 5 zum Herstellen von Zahnrädern mit einer schräg zur Achse liegenden Geradverzahnung, wobei das Obergesenk mittels einer schräg zur Achse liegenden Zahnteilung in eine entsprechende Zahnteilung des Untergesenks eingedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Obergesenk (27) in einer Führungsmutter (30) und einer mit Zahnteilung (32 a) versehenen Verbindungsbrücke (32) drehbar gelagert ist und daß im Untergesenk (20) ein Zwischengesenk (23) angeordnet ist, welches mit seiner Zahnteilung in der Zahnteilung des Untergesenks laufend von einer koaxial zum Druckstempel verlaufenden Hohlwelle (24) nach oben aus dem Untergesenk herausführbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 896 904, 887 143,
370, 563 515;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 059745;

deutsche Patentanmeldung S 8971 b/49i (bekanntgemacht am 10.1. 1952);

schweizerische Patentschriften Nr. 308 333,
152;

französische Patentschriften Nr. 1 345 423,
224'

USA.-Patentschriften Nr. 2 337 222, 2 057 669;

Zeitschrift »Fertigungstechnik und Betrieb«, August 1961, S. 517 und 518;

Sonderdruck aus der »VDI-Zeitung«, Nr. 5, 1957, S. 1209 bis 1215.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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