Die Erfindung betrifft ein Rollierwerkzeug zum Erzeugen einer Zahnstruktur in der Wandung einer Vorformlings. Dabei geht es im Allgemeinen um das Herstellen einer Längsverzahnung in der Wandung eines zylindrischen Rohlings, um ein Zahnrad herzustellen.

Ein solches Rollierwerkzeug umfasst scheibenartige Rollen, die drehbar gelagert sind. Die Rollen sind derart angeordnet, dass ihre Umfangskanten entlang der Mantelfläche des zylindrischen Rohlings abrollen, und zwar unter Ausüben eines Druckes auf die Mantelfläche, sodass die Mantelfläche eingedrückt wird, wobei eine Zahnlücke gebildet wird. Es ist eine Vielzahl von Rollen dem Vorformling zugeordnet. Die Rollen verlaufen - in Draufsicht auf den zylindrischen Rohling gesehen - mehr oder minder radial zu diesem. Gleichzeitig ist innerhalb des Rohlings ein sogenannter Stempel vorgesehen. Dieser füllt den Innenraum des Rohlings aus. Der Stempel ist nach Art eines Zahnrades verzahnt, sodass beim Erzeugen einer Zahnlücke durch eine der genannten scheibenförmigen Rollen ein Zahn des Stempels von innen auf die Wandung des zylindrischen Rohlings drückt dabei Material zwischen zwei einander benachbarten Rollen nach außen drückt und damit am Rohling einen Zahn ausformt.

Auf EP 2 282 854 Bl wird verwiesen, das ein Rollumformverfahren beschreibt.

Mit Rollierwerkzeugen der beschriebenen Bauart will man ein Endprodukt erzeugen, das die Soll-Abmessungen mit hoher Genauigkeit einhält. Dies betrifft insbesondere die Breite der Zahnlücken. Es zeigt sich jedoch immer wieder, dass diese Forderung nicht eingehalten werden kann. Ursache für Abweichungen vom Soll-Maß sind vor allem Qualitätsunterschiede des verwendeten Stahles. So kann es zu erheblichen Abweichungen der Soll-Maße bei Verwendung qualitativ unterschiedlicher Stahlchargen kommen. Im Falle solcher Abweichungen müssen Änderungen am Rollierwerkzeug vorgenommen werden. Insbesondere ist es dann notwendig, die scheibenförmigen Rollen auszutauschen. Führt der Rollierprozess zu übermäßig tiefen Zahnlücken, so muss man Rollen kleinen Durchmessers wählen, und umgekehrt. Solche

Änderungsvorgänge sind aufwändig und teuer. Insbesondere benötigt man einen großen Vorrat von Rollierrollen. Bei Maßabweichungen des Werkstückes müssen die aktuellen Rollen aus dem Rollierwerkzeug ausgebaut, geeignete Rollierrollen aus dem Vorrat ausgewählt und diese eingebaut werden.

DE 2 017 709 beschreibt ein Werkzeug zum Einrollen von Längsnuten in zylindrische Werkstücke, wobei die Profilrollen in Richtung der Einrollkraft beweglich gelagert sind. Jede Profilrolle wird über zwei die Profilrolle an ihrem Umfang berührende Stützrollen abgestützt, die in einem Aufnahmekörper gelagert sind. Zwischen jedem Aufnahmekörper und einer Innenwand eines

Armierungsringes ist ein Verstellkeil vorgesehen, der durch jeweils zwei

Zugschrauben eingestellt werden kann. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass ein Austausch der Profilrollen, beispielsweise durch eine Rolle mit einer neuen Außenkontur zur Herstellung einer andersartigen Verzahnung, nur mit einer gleichzeitigen Anpassung, insbesondere einem Austausch der Stützrollen erfolgen kann und die gesamte Anordnung einen großen Bauraumbedarf und eine ungünstige Lasteinleitung in die verschiedenen Bauteile aufweist.

DE 10 2009 044 544 AI beschreibt eine Umformvorrichtung und ein

Einrichtverfahren zum Einbringen einer Innen- und Außenverzahnung in ein zylindrisches Werkstück, bei welchem die Profilrollen zur Verstellung auf

Exzenterbuchsen gelagert sind. Zum weiteren Stand der Technik wird auf

DE 10 2008 017 608 B3 und DE 10 2007 062 361 AI verwiesen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rollierwerkzeug gemäß dem

Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, dass man kurzfristig und bei geringem Aufwand auf Maßabweichungen des Werkstückes reagieren kann. Das Rollierwerkzeug soll insbesondere eine hinsichtlich des Bauraumes und der Kosten sowie hinsichtlich der Lebensdauer verbesserte Alternative zu der herkömmlichen Anpassung der Eindringtiefe oder des Profils der Rollen zur Verfügung stellen.

Diese Aufgabe wird mit einem Rollierwerkzeug eines jeden der drei

selbstständigen Patentansprüche gelöst.

Bei allen drei Hauptgedanken wird vorteilhaft ein Zwischenkörper vorgesehen. Dieser übt einen Druck auf die Lagerzapfen der Rollen aus, sodass diese gegen die Mantelfläche des Rohlings verschoben werden. Jeder Zwischenkörper stützt sich an einer festen Umgebung ab.

Gemäß dem ersten Hauptgedanken ist der Zwischenkörper keilförmig. Der

Anpressdruck lässt sich durch Einstellen der Position des keilförmigen

Zwischen körpers einstellen. Die Position des Zwischenkörpers in einer

Vorschubrichtung zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen den Rollen und dem Rohling wird durch wenigstens einen austauschbaren Abstandshalter bestimmt.

Beispielsweise wird der wenigstens eine Abstandshalter durch wenigstens einen austauschbaren Positionierring oder ein austauschbares Positionierringsegment, in der Regel eine Vielzahl von über dem Umfang verteilt angeordneten

Positionierringsegmenten gebildet. Beispielsweise kann der keilförmige

Zwischenkörper in der genannten Vorschubrichtung zum Erzeugen der

Relativbewegung beidseitig von austauschbaren Abstandshaltern, insbesondere von austauschbaren Positionierringen oder austauschbaren

Positionierringsegmenten eingeschlossen sein. Insbesondere liegt der keilförmige Zwischenkörper, der vorteilhaft als Keilring ausgeführt ist, auf wenigstens einem Abstandselement, vorteilhaft wenigstens einem Positionierring oder einer Vielzahl von Positionierringsegmenten auf und wird hierdurch getragen. Der Abstandshalter, insbesondere der wenigstens eine Positionierring oder die Positionierringsegmente, können lösbar am Zwischenkörper angeschlossen, insbesondere angeschraubt sein.

Gemäß dem zweiten Hauptgedanken der Erfindung wird eine hydrostatische Druckkammer vorgesehen. Durch Verändern des hydrostatischen Druckes lässt sich die Position der Rollen relativ zum Rohling verändern. Bei Vorsehen eines Zwischen körpers kann dieser beispielsweise einen Raum aufweisen, der an ein hydrostatisches Druckmittel anschließbar ist, um den genannten Raum mehr oder minder aufzublasen und damit die Abmessung des Zwischenkörpers in

Anpressrichtung zu verändern.

Gemäß dem dritten Hauptgedanken der Erfindung lässt sich der Zwischen körper oder ein anderes Element, das den Anpressdruck zumindest mittelbar ausübt, temperieren, am besten mittels elektrischer Widerstandsheizung. Auch hiermit lässt sich der Abstand der Rollen relativ zum Rohling verändern.

Besonders beim zweiten und beim dritten Hauptgedanken der Erfindung kann das Verändern der Position der Rollen relativ zum Rohling sogar vorteilhaft während des Betriebes erfolgen, zumindest ohne jeglichen Umbau oder Ausbau der Rollen.

Die Erfindung ist anhand der Figuren und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt: zeigt in einem Axialschnitt die wesentlichen Bauteile eines

Rollierwerkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung. Figur 2 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus dem Rollierwerkzeug gemäß Figur 1. Figur 3 zeigt wiederum in einer perspektivischen Darstellung einen weiteren

Ausschnitt aus dem Gegenstand von Figur 1.

Das in Figur 1 gezeigte Rollierwerkzeug umfasst die folgenden Bauteile: Eine von zahlreichen Rollen 1 (Rollierrollen) ist auf einem Lagerzapfen 2 drehbar gelagert. Der Lagerzapfen 2 ist seinerseits gelagert in einem Gehäuse 3. Das Gehäuse 3 ist fixiert in einem sogenannten Kesselhaus 4, das einen Deckel 5 aufweist.

Ein Rohling 6 hat die Gestalt eines zylindrischen Hohlkörpers mit geschlossenem Boden 6.1 und einer zylindrischen Wand 6.2. Der Rohling 6 ist aus einer Platine durch Tiefziehen hergestellt. Die Platine ist eine kreisförmige Stahlscheibe. Um aus dem Rohling 6 ein Zahnrad zu erzeugen, müssen durch Rollieren mittels der Rollen 1 Rillen in die Wand 6.2 eingedrückt werden. Dies geschieht im vorliegenden Falle dadurch, dass der Rohling 6 aus einer hier gezeigten oberen Position I in eine ebenfalls gezeigte untere Position II verschoben wird. Wie man erkennt, ist die Rolle 1 derart gelagert und angeordnet, dass sie beim Absenken des Rohlings 6 dessen Wand 6.2 nach innen drückt. Jeweils zwei einander benachbarte Rollen 1 bilden dabei einen Zahn, der parallel zur Vorschubrichtung 7 des Rohlings 6 verläuft. Der Rohling 6 ist eingespannt zwischen einem Gegenhalter 8 und einem Stempel 9. Der Gegenhalter 8 ist mit einer Pinole 10 fest verbunden, beispielsweise durch Verschrauben. Der Stempel 9 befindet sich innerhalb des Rohlings 6. Er ist selbst wie ein Zahnrad gestaltet. Die Zähne des Stempels 9 arbeiten beim

Rollierverfahren mit den Rollen 1 zusammen, indem jeweils ein Zahn des Stempels 9 zwischen zwei einander benachbarter Rollen 1 eingreift. Gemäß dem ersten Hauptgedanken der Erfindung ist ein Zwischenkörper 11 vorgesehen. Dieser ist vorzugsweise als Keilring gestaltet und umschließt sämtliche Rollen 1 mit der Vielzahl von Gehäusen 3 sowie den im Zentrum angeordneten Rohling 6. Die Anordnung des Keilringes ist aus Figur 2 ersichtlich. Der Zwischen körper 11 kann in zahlreiche Einzelkörper unterteilt sein oder einteilig ausgeführt sein.

Die Radialposition der Rollen 1 lässt sich mittels des keilförmigen Zwischenkörpers 11 einstellen. Wie man aus Figur 1 erkennt, befindet sich dieser in einem ebenfalls ringförmigen und keilförmigen Aufnahmeraum 12. Je weiter der keilförmige Zwischenkörper 11 in den Aufnahmeraum 12 eingetrieben wird, umso tiefer dringt die Umfangskante der einzelnen Rolle 1 in das Material des Rohlings 6 ein und umso größer wird damit die Zahnhöhe.

Aus den Figuren 2 und 3 erkennt man noch genauer Gestalt und Anordnung der Rollen 1 und der zugehörenden Gehäuse 3. Jeweils zwei einander benachbarte Rollen 1 sind in einem Gehäuse 3, hier zweiteilig ausgeführt, angeordnet.

Zwischen zwei einander benachbarten Paaren von Rollen 1 befindet sich ein Keilsegment 15. Dieses ist ortsfest und bestimmt die Ausrichtung und die Lage der Gehäuse 3, und damit auch der Rollen 1.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Kesselhaus 4 mit den darin

angeordneten Gehäusen 3 und Rollen 1 ortsfest. Hingegen führt der Vorformling 6 die bereits erwähnte translatorische Bewegung in Vorschubrichtung 7, hier von oben nach unten aus, gegebenenfalls auch von unten nach oben. Der Rohling 6 nimmt bei seiner translatorischen Bewegung die Rollen 1 durch Reibschluss mit und versetzt diese somit in Umlauf. Die Rollen 1 brauchen somit keinen eigenen Antrieb. Die Position des Zwischenkörpers 11 in Vorschubrichtung 7 ist durch austauschbare Positionierringe 14 definiert. Die Positionierringe 14 können als über dem Umfang geschlossene Ringe ausgeführt sein. Sie können jedoch auch durch eine Vielzahl von einzelnen mit Abstand zueinander oder aneinander anliegend positionierte Ringsegmente gebildet werden. Schließlich können anstelle der Positionierringe 14 auch nicht ringförmige Abstandshalter verwendet werden. Durch die Abstandshalter, hier die Positionierringe 14, wird mit der Position des Zwischen körpers 11 in Vorschubrichtung 7 zugleich die Eindringtiefe der scheibenförmigen Rollen 1 in das Material des Rohlings 6 definiert. Somit lässt sich die Eindringtiefe verändern durch Einlegen entsprechend in ihrer Dicke (Höhe) gestalteter Positionierringe 14. Wenn der Positionierring 14 in Vorschubrichtung 7 am schmaleren Ende des Aufnahmeraumes 12 vergleichsweise dünner ist, so taucht der keilförmige Zwischenkörper 11 tiefer in den sich verjüngenden

Aufnahmeraum 12 ein und schiebt das an ihm anliegende Gehäuse 3 und damit über den Lagerzapfen 2 die Rolle 1 vergleichsweise weiter in Richtung des

Rohlings 6. Wenn hingegen hier (in der Zeichnung unten im Aufnahmeraum 12) ein vergleichsweise dickerer Positionierring 14 eingelegt wird, wird der

Zwischenkörper 11 in Richtung zum weiteren Abschnitt des Aufnahmeraumes 12 verschoben, damit kann das Gehäuse 3 mit der Rolle 1 weiter in Richtung der abstützenden festen Umgebung, hier des Kesselhauses 4, drücken und die Rolle 1 taucht weniger in die Wand 6.2 des Rohlings 6 ein.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Lagerzapfen 2 eine besondere Form auf, die auch unabhängig von den in diesem Ausführungsbeispiel weiteren beschriebenen Merkmalen ausgeführt sein kann. So sind die Lagerzapfen 2, die jeweils eine Rolle 1, hier jeweils ein Paar von Rollen 1 tragen, an ihren axialen Abschnitten, die über die Rollen 1 hinausstehen und in das Gehäuse 3 oder die Gehäuse 3 eingesetzt sind, mit einer Abflachung 13 versehen. Diese Abflachung 13 ist in den Figuren 1, 2 und 3 ersichtlich. Die Abflachungen 13 sind auf dem Umfangsabschnitt der Lagerzapfen 2 vorgesehen, der in Richtung der festen Umgebung, an welcher sich die Gehäuse 3 über den oder die Zwischenkörper 11 abstützen, positioniert. Hierdurch wird eine günstigere Flächenpressung zwischen den Lagerzapfen 2 und den Gehäusen 3 erreicht, wenn die Druckkraft, die aus dem Vorschieben der Rollen 6 in der Vorschubrichtung 7 resultiert, über die Rollen 1, die Lagerzapfen 2, die Gehäuse 3, den oder die Zwischenkörper 11 in die feste Umgebung, hier das Kesselhaus 4, abgeleitet wird. Eine Abflachung 13 kann beispielsweise, wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, über jeweils eine Anschrägung oder eine Fase in Umfangsrichtung in den runden, insbesondere kreisrunden Umfangsbereich des Lagerzapfens 2 übergehen. Die Gegenkontur im Gehäuse 3 muss nicht identisch gestaltet sein, dort ist beispielsweise ein runder

beziehungsweise abgerundeter Übergang in Umfangsrichtung vom Bereich der Abflachung in den runden beziehungsweise kreisrunden Umfangsabschnitt möglich. Bei der hier gezeigten Gestaltung sind die mit Ausnahme der Abflachungen 13 im Wesentlichen zylinderförmigen Lagerzapfen mit abgeschrägten Stirnseiten versehen, siehe die Abschrägung 16. Die beiden stirnseitigen Abschrägungen 16 eines Lagerzapfens 2 verlaufen in Richtung des Rohlings 6 aufeinander zu.

Hierdurch können die Lagerzapfen 2 nach Art eines Vielecks dichter über dem Umfang des Rohlings 6 aneinander positioniert werden. Vorteilhaft weisen die die Lagerzapfen 2 aufnehmenden Gehäuse 3 auf den den von ihnen getragenen Rollen 1 abgewandten Seiten eine entsprechende Abschrägung 17 auf, die insbesondere bündig mit der Abschrägung 16 der Lagerzapfen 2 abschließt und/oder planparallel hierzu positioniert ist.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Gehäuse 3 auf ihrer dem

Zwischenkörper 11 zugewandten Außenseite ebenfalls eine ebene Anlagefläche auf, im Unterschied zu einer ringförmigen Auflagefläche. Auch dies führt zu einer günstigeren Flächenpressung. Der oder die Zwischenkörper 11 weisen

dementsprechend an ihrem inneren Umfang, welcher dem Rohling 6 zugewandt ist, ebene Anlageflächen auf und bilden, wie aus der Figur 3 besonders gut ersichtlich ist, an ihrem inneren Umfang ein Vieleck. An ihrem äußeren Umfang hingegen können der oder die Zwischenkörper 11 kreisringförmig ausgeführt sein, was jedoch nicht zwingend ist, je nach Gestaltung der Anlagefläche der festen Umgebung, hier des Kesselhauses 4.

Die Rollen 1 sind ausschließlich auf den Lagerzapfen 2 gelagert, demnach sind keine Stützrollen oder dergleichen vorgesehen beziehungsweise Abstützbereiche auf dem äußeren Umfang der Rollen 1. Somit ist es besonders leicht möglich, eine Rolle 1 mit einer ersten äußeren Kontur, die eine erste Verzahnungsart bildet, durch eine andere Rolle 1 mit einer anderen Kontur für eine andere

Verzahnungsart auszutauschen. Vorliegend ist es ferner durch die Gestaltung der Gehäuse 3 leicht möglich, diese zusammen mit den Rollen 1 aus den Bereichen zwischen den Keilsegmenten 15 herauszunehmen. So sind immer zwei Gehäuse 3 oder Gehäuseteile winkelförmig, insbesondere L-förmig gestaltet und bilden im zusammengesetzten Zustand eine U-Form, in welche jeweils eine Rolle 1 oder hier ein Paar von Rollen 1 aufgenommen ist. Am äußeren Ende stoßen die Schenkel der L-förmigen Gehäuseteile aneinander an und am inneren Ende wird der Abstand durch die eingesetzten Lagerzapfen 2 definiert und gesichert.

In die Lagerzapfen 2 kann eine Schmierölnut 18 eingebracht sein, die hier in der Figur 2 ersichtlich ist und vorliegend oben auf dem Lagerzapfen 2 ausgeführt ist.

Die hier gezeigte paarweise Verwendung von Rollen 1, wobei jeweils zwei Rollen 1 aneinander anliegend in ein aus zwei Teilen gebildetes Gehäuse 3

beziehungsweise in zwei aneinander anliegende Gehäuse 3 eingesetzt ist, bietet den Vorteil, dass in ihrem Durchmesser vergleichsweise kleine Rollen 1 eingesetzt werden können, ohne dass die Gefahr einer Kollision der sie tragenden Bauteile über dem Umfang des Rohlings 6 droht. Somit kann eine besonders kompakte Ausführungsform geschaffen werden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Abstandshalter, vorzugsweise in Form von Positionierringen 14 oder zwei Gruppen von Abstandshaltern beziehungsweise Positionierringsegmenten vorgesehen, nämlich ein

Abstandshalter beziehungsweise eine erste Gruppe unter dem oder den

Zwischenkörpern 11 und ein zweiter Abstandshalter beziehungsweise eine zweite Gruppe oberhalb von dem oder den Zwischenkörpern 11. Diese beiden

Abstandshalter beziehungsweise Gruppen von Abstandshaltern bilden zusammen jeweils eine konstante Höhe aus, sodass ein Austausch des oder der

Zwischenkörper 11 zur Einstellung verschiedener Eindringtiefen der Rollen 1 in den Rohling 6 nicht notwendig ist. Bei einer anderen Befestigung des oder der Zwischenkörper 11 könnte jedoch möglicherweise auf einen Abstandshalter oder eine Gruppe von Abstandshaltern verzichtet werden. Hier sind die Abstandshalter (Positionierringe 14) mit dem Zwischenkörper

Uverschraubt. Dies ist besonders günstig, wenn eine Vielzahl von Abstandshaltern über dem Umfang eines Zwischenkörpers 11 oder eine Vielzahl von

Zwischen körpern 11 über dem Umfang des Rohlings 6 verwendet wird. Allerdings kann gegebenenfalls auf eine solche Verschraubung verzichtet werden oder eine andere formschlüssige und/oder reibschlüssige, jedoch in der Regel lösbare Verbindung verwendet werden.

Die beiden anderen Hauptgedanken sind ebenfalls in der Praxis sehr interessant. Hierdurch lässt sich nämlich das Maß des Zwischenkörpers (beziehungsweise einer Mehrzahl von Zwischenkörpern) 11 in Andrückrichtung der Rollen 1 verändern. Dies geschieht im Falle des zweiten Hauptgedankens mittels hydrostatischen Druckes. Zwischen körper 11 kann nämlich einen Raum aufweisen, der an ein hydrostatisches Druckmittel anschließbar ist, beispielsweise an ein Drucköl, und das dem genannten Raum aufblasen und damit die Abmessung des

Zwischen körpers 11 in Anpressrichtung vergrößern kann. Auch kann man einen hydrostatischen Raum in das Kesselhaus oder in die Gehäuse integrieren. Dann kann der Zwischenkörper 11 entfallen.

Man kann somit ohne Zwischen körper 11 auskommen, indem man ganz einfach zwischen den einzelnen Gehäusen 3 und dem Kesselhaus 4 einen hydrostatisch beaufschlagbaren Raum vorsieht.

Gemäß dem dritten Hauptgedanken wird die Anpresskraft, die auf den

Lagerzapfen 2 wirkt, und damit auf die Eindringtiefe der Rolle 1 in die Wandung 6.2 des Rohlings 6, durch Temperieren erzeugt, am besten mittels elektrischer Widerstandsheizung. Ob man dabei einen Zwischenkörper oder ein anderes Element verwendet, das für den Anpressdruck verantwortlich ist, ist eine untergeordnete Frage. Die Erfindung lässt sich nicht nur bei der Herstellung von gradverzahnten

Zahnrädern anwenden, sondern auch bei Schrägverzahnungen. Es muss sich auch gar nicht um Zahnräder handeln, sondern es kommen für die Anwendung der Erfindung jegliche Verzahnungen in Betracht, auch an nichtrotierenden Bauteilen.

Bezugszeichenliste

Rolle

Lagerzapfen

Gehäuse

Kesselhaus

Deckel

Rohling

Boden

Wand

Vorschubrichtung

Gegenhalter

Stempel

Pinole

Zwischenkörper

Aufnahmeraum

Abflachung

Positionierring

Keilsegment

Abschräg ung

Abschräg ung

Schmierölnut