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-C-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 gewählt, 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 setzt entsprechend der Lehre der DE-C-2 446 413 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 bezüglich des Durchmessers. 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 von einem Rohteil ausgegangen wird, dessen Durchmesser maximal dem Durchmesser des kleinsten Verzahnungsfußkreises entspricht, 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 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. Des weiteren 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. 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 geflossenen 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 vorverteilt 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 Fig. 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 verschieblich 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, bewegen sich die Anschlagflächen 14 aufeinander zu. Nachdem sich die beiden Anschlagflächen 14 berührt haben (s. rechte Hälfte der Fig.), wird das nunmehr starre Werkstück 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 zurückgepreßt. Desgleichen dringt der Preßstempel 6 von der großen Kegelradfläche in das vorgeformte Kegelrad ein und erzeugt 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 Fig. 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 Innendurchmesser der Verzahnung 3. Der Ansatz kann konisch oder zylindrisch-plan sein, er kann auch entsprechend der Rückenkegelpartie des Zahnrades ausgebildet sein (s. Fig. 3).
Das fertig geformte Kegelrad wird dann mittels des nicht dargestellten Auswerfers aus der Matrize 1 herausgestoßen, und in 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.