Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von metallischen Kegelzahnrädern

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von metallischen Kegelzahnrädern aus zylindrischen Rohteilen, beispielsweise aus Stahl, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 2.

[0002] Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 ist aus der DE-C3-2446413 bekannt. Um zu erreichen, daß zylindrische Rohteile ohne weitere vorbereitende Maßnahmen zu einem vollständigen Kegelrad gepreßt werden können, wobei ein Ausfüllen des kleinen Verzahnungsbereiches der Matrize mit Preßwerkstoff bei vertretbaren Preßdrücken mit Sicherheit gewährleistet wird, ist der Durchmesser des Preßstempels so ausgewählt, daß er in etwa dem Durchdringungskreis von Teilkegel und kleiner Kegelstumpffläche mit einer maximalen Abweichung von 20% entspricht. Des weiteren 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 sitzt entsprechend der Lehre der DE-C3-2446413 auf den Zahnflanken der Matrize auf, was zu einem erhöhten Verschleiß der Matrize führt.

[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von Kegelzahnrädern anzugeben, die einen solchen erhöhten Werkzeugverschleiß nicht aufweist und es möglich macht, in einem Arbeitsschritt ein weitgehend fertiggeformtes Kegelzahnrad herzustellen, ohne Berücksichtigung einer besonders herzustellenden Vorform des Rohteils.

[0004] Diese Aufgabe wird gemäß Kennzeichen von Anspruch 1 bzw. von Anspruch 2 gelöst.

[0005] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Preßwerkzeugs 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. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß durch ihre kennzeichnende Ausgestaltung nicht nur in einem Umformarbeitsschritt ein weitgehend fertiggeformtes Rad entsteht, sondern daß auch auf der Radseite mit dem großen Durchmesser eine nur geringfügige Stoffübermenge angelagert werden muß und somit Rohteile von geringerem Gewicht eingesetzt werden können.

[0006] Die gleichen Vorteile können mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 2 erzielt werden.

[0007] Nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 ist der Innendurchmesser der Steuerhülse annähernd gleich dem Durchmesser des kleinsten Verzahnungsfußkreises gewählt, er kann aber auch kleiner gewählt werden. Als untere Begrenzung des Durchmessers ist die Knicklast des Rohteils anzusehen. Die Länge des keilwellenähnlichen Auslaufes sollte mindestens der Länge L (Figur 1), am Zahnrad gemessen, entsprechen.

[0008] Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist in an sich bekannter Weise, vergleiche US-A-3 842 646, 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 Preßvorganges in den Hohlraum der Matrize hinein, und zwar so lange, bis die Hauptmenge der den Zahnradkörper ausmachenden Werkstoffmasse vorverteilt ist. Gegen Ende des Umformvorganges wird die Steuerhütse durch den rückwärtsfließenden Werkstoff unter Vorspannung der Federn zurückgedrückt, und zwar bis zu einem Anschlag, um dann starr mit dem Preßstempel verbunden, das Zahnrad konturgetreu zu formen.

[0009] Die Erfindung ist anhand des in den Figuren 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0010] Die Figur 1 zeigt einen Werkzeugaufbau gemäß der Lehre der Erfindung, die Figur 2 und 4 einen Detailausschnitt und die Figur 3 einen Schnitt durch den keilwellenähnlichen Auslauf.

[0011] Die linke Hälfte der Figur 1 zeigt den Zustand vor Beginn des Pressens, die rechte Hälfte der Figur den Zustand gegen Ende des Preßvorgangs.

[0012] 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.

[0013] Das Werkzeugteil 2 besteht aus dem 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. Die Steuerhülse 7 trägt einen Ansatz 9, welcher aus einem zylindrisch verlaufenden Teil 10 sowie einem konisch verlaufenden Teil 11 besteht.

[0014] Nach dem Einlegen des Rohteils 12 werden die Werkzeugteile 1 und 2 gegeneinandergefahren, wobei der Ansatz 9 an der Steuerhülse 7 in den Formhohlraum der Matrize 1 eindringt. (s. linke Hälfte der Figur 1). Beim weiteren Gegeneinanderfahren der Werkzeugteile 1 und 2 wird der Werkstoff des Rohteils 12 radial nach außen gepreßt und dringt dabei in die Verzahnung 3 ein. Wenn der Gesenkraum und die Verzahnung 3 so weit gefüllt sind, daß die auf die Stirnfläche des Ansatzes 9 wirkende Kraft die auf sie wirkende dosierte Federkraft überwinden kann, bewegen sich die Anschlagflächen 13 aufeinander zu. Nachdem sich die beiden Anschlagflächen 13 berührt haben (s. rechte Hälfte der Figur 1), wird das nunmehr starre Werkzeug noch so weit gegeneinandergefahren, bis das Werkstück seine vorgesehene Form erreicht hat. Dabei drückt der Ansatz 9 auf das vorgeformte Kegelzahnrad und drückt den Werkstoff in unter Umständen noch nicht ausgefüllte Bereiche der Zahnform 3. Ein etwa vorhandener Werkstoff- überschuß tritt zwischen den Zähnen des keilwellenförmigen Ansatzes 5 aus. Da das fertig geformte Kegelzahnrad ohnehin an der gestrichelt dargestellten Linie 14 spanend bearbeitet werden muß, bedeutet der Austritt evtl. überschüssigen Werkstoffs an dieser Stelle keinen besonderen Arbeitsgang.

[0015] Die Figur 2 zeigt eine andere Ausgestaltung des Ansatzes 9, und zwar trägt bei dieser Ausführungsform der Ansatz 9 eine in die Verzahnung 3 eindringende Verzahnung 15, deren Außendurchmesser der Verzahnung 3. Der Ansatz kann konisch oder zylindrisch-plan sein, er kann auch entsprechend der Rückenpartie des Zahnrades ausgebildet sein (s. Figur 4, gestrichelte Linien).

[0016] In der Figur 3 ist ein Schnitt durch die Matrize 1 im Bereich des zylindrischen Auslaufes 5 dargestellt, anhand der ersichtlich ist, daß im Bereich 5 eine Verzahnung vorhanden ist.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von metallischen Kegelzahnrädern aus zylindrischen Rohteilen (12), beispielsweise aus Stahl, bestehend aus einer die Kegelzahnform enthaltenden Matrize (1), einem Preßstempel (6) und einer den Preßstempel (6) koaxial umgebenden durch den die Matrize (1) ausfüllenden Werkstoff des Rohteils (12) zurückdrückbaren Steuerhülse (7), die einen in den Matrizenraum eindringenden zumindest teilweise konischen Ansatz (9) besitzt, dessen Konuswinkel (11) in etwa dem Winkel der die Zahnfußkegel des Kegelrades bildenden Verzahnungsflanken der Matrize (1) entspricht, wobei der Innendurchmesser der Steuerhülse (7), der Außendurchmesser des Preßstempels (6) und der Außendurchmesser des Rohteils (12) nahezu gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (3) der Matrize (1) im Bereich des großen Kegelzahnraddurchmessers einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf (5) zeigt und der Ansatz (9) der Steuerhülse (7) einen zylindrischen Teil (10) und daran anschließend den konisch verlaufenden Teil (11) aufweist, wobei der Durchmesser des zylindrischen Teils (10) geringfügig kleiner ist als der Durchmesser des keilwellenähnlichen Auslaufes (5) und wobei der Innendurchmeeser der Steuerhülse (7) annähernd gleich dem Durchmesser des kleinsten Verzahnungsfußkreises ist.

2. Vorrichtung zum spanlosen Herstellen von metallischen Kegelzahnrädern aus zylindrischen Rohteilen (12), beispielsweise aus Stahl, bestehend aus einer die Kegelzahnform enthaltenden Matrize (1), einem Preßstempel (6) und einer den Preßstempel (6) koaxial umgebenden durch den die Matrize (1) ausfüllenden Werkstoff des Rohteiles (12) zurückdrückbaren Steuerhülse (7), die einen in den Matrizenraum eindringenden konischen Ansatz (11) besitzt, wobei der Innendurchmesser der Steuerhülse (7), der Außendurchmesser des Preßstempels (6) und der Außendurchmesser des Rohteils (12) nahezu gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (3) der Matrize (1) im Bereich des großen Kegelzahnraddurchmessers einen zylindrischen keilwellenähnlichen Auslauf (5) zeigt und der Ansatz (9) der Steuerhülse (7) eine in den keilwellenähnlichen Auslauf (5) eindringende Verzahnung (15) aufweist, wobei der Innendurchmesser der Steuerhülse (7) annähernd gleich dem Durchmesser des kleinsten Verzahnungsfußkreises ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des keilwellenähnlichen Auslaufes (5) mindestens der Länge L am Zahnrad gemessen entspricht (s. Figur 1).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (7) in an sich bekannter Weise nahezu während des gesamten Preßvorganges gegenüber dem Preßstempel (6) über Federn (8) gelagert ist und gegen Ende des Preßvorganges starr mit diesem verbunden ist.

Claims

1. Device for manufacturing metallic bevel gears from cylindrical blanks (12), for example form steel blanks, by a shaping process not involving metalcutting, this device comprising a female die (1), a pressing plunger (6), and a control collar (7), this collar coaxially surrounding the pressing plunger (6) and being capable of being pressed backwards by the material of the blank (12), this material filling the die (1), and this collar (7) possessing a conical extension-piece (9) which penetrates, at least partially, into the die space, the cone-angle (11) of this conical extension-piece (9) corresponding to approximately the angle of the flanks of the tooth-system of the female die (1), which form the dedendum taper of the bevel gear, the internal diamteter of the control collar (7), the external diameter of the pressing plunger (6), and the external diameter of the blank (12) being almost identical, characterised in that the tooth-system (3) of the female die (1) exhibits a parallel run-out (5) in the zone of the large bevel-gear diameter, this run-out resembling a splined shaft, and the extension-piece (9) of the control collar (7) possesses a parallel portion (10) and, adjoining it, the portion (11) which runs conically, the diameter of the parallel portion (10) being slighly smaller than the diameter of the run-out (5) which resembles a splined shaft, and the internal diameter of the control collar (7) being approximately equal to the diameter of the smallest dedendum circle of the tooth-system.

2. Device for manufacturing metallic bevel gears from cylindrical blanks (12), for example from steel blanks, by a shaping process not involving metal-cutting, this device comprising a femme die (1), a pressing plunger (6), and a control collar (7), this collar coaxially surrounding the pressing plunger (6) and being capable of being pressed backwarks by the material of the blank (12), this material filling the die (1), and this collar (7) possessing a conical extension-piece (11) which penetrates into the die space, the internal diameter of the control collar (7), the external diameter of the pressing plunger (6), and the external diameter of the blank (12) being almost identical, characterised in that the tooth-system (3) of the female die (1) exhibits a parallel run-out (5) in the zone of the large bevel-gear diameter, this run-out resembling a sptined shaft, and the extension-piece (9) of the control collar (7) possesses a tooth-system (15) which penetrates the run-out (5) resembling a splined shaft, the internal diameter of the control collar (7) being approximately equal to the diameter of the smallest dedendum circle of the toth-system.

3. Device according to Claim 1 or 2, characterised in that the length of the run-out (5), which resembles a splined shaft, corresponds to at least the length L, measured on the gear wheel (see Figure 1

4. Device according to Claim 1 or according to one of the subsequent claims, characterised in that, during almost the entire pressing operation, the control collar (7) is mounted relative to the pressing plunger (6) via springs (8), in a manner known per se, and is rigidly connected to the plunger towards the end of the pressing operation.

Revendications

1. Dispositif pour la réalisation sans production de copeaux, de roues dentées coniques métalliques à partir d'ébauches cylindriques (12), par exemple en acier, dispositif constitué d'une matrice (1) contenant le moule de la denture conique, d'un poinçon de pressage (6) et d'une douille de commande (7) entourant coaxialement le poinçon de pressage (6), susceptible d'être pressée en arrière par le matériau de l'ébauche (12) remplisant la matrice (1), et qui comporte un appendice (9) au moins partiellement conique pénétrant dans l'espace de la matrice et donc l'angle de cône (11) correspond à peu près à l'angle des flancs de denture de la matrice (1) délimitant le cône des pieds de dent de la roue conique, le diamètre interne de la douitte de commande (7), le diamètre externe du poinçon de pressage (6) et le diamètre externe de l'ébauche (12) étant approximativement les mêmes, dispositif caractérisé en ce que la denture (3) de la matrice (1), dans la zone du grand diamètre de la roue dentée conique, présente une sortie cylindrique (5) analogue à des ondulations en coin, tandis que l'appendice (9) de la douille de commande (7) comporte une partie cylindrique (10), et s'y raccordant la partie (11) s'étendant coniquement, le diamètre de la partie cylindrique (10) étant légèrement inférieur au diamètre de la sortie (5) analogue à des ondulations en coin et le diamètre interne de la douille de commande (7) étant approximativement le même que le diamètre du plus petit cercle de pied de denture.

2. Dispositif pour la réalisation sans production de copeaux de roues dentées coniques métalliques à partir d'ébauches cylindriques (12), par exemple en acier, constitué d'une matrice (1) contenant le moule de denture conique, d'un poinçon de pressage (6) et d'une douille de commande (7) entourant coaxialement le poinçon de pressage (6) et susceptible d'être pressée vers l'arrière par le matériau de l'ébauche (12) remplissant la matrice (1), cette douille comportant un appendice conique (11) pénètrant dans l'espace de la matrice, le diamètrie interne de la douille de commande (7), le diamètre externe du poinçon de pressage (6) et le diamètre externe de l'ébauche (12) étant approximativement les même, dispositif caractérisé en ce que la denture (3) de la matrice (1) présente dans la zone du grand diamètre de la roue dentée conique, une sortie (5) cylindrique analogue à des ondulations en coin, cependant que l'appendice (9) de la douille de commande (7) comporte une denture (15) pénétrant dans la sortie (5) analogue à des ondulations en coin, le diamètre interne de la douille de commande (7) étant approximativement le même que le diamètre du plus petit cercle de pied de là denture.

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la longueur de la sortie (5) analogue à des ondulations en coin correspond au moins à la longueur (L) mesurée sur la roue dentée.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la douille de commande (7), d'une façon en soi connue, est, pendant presque la totalité du processus de pressage, montée par rapport au poinçon de pressage (6) par l'intermédiaire de ressorts (8) tandis que vers la fin du processus de pressage, elle est reliée rigidement avec ce poinçon de pressage.

Zeichnung