1 zeigt das vorliegende Werkzeug zum Querwalzen, das mit 1 bezeichnet ist, und ein zu walzendes Werkstück, das das Bezugszeichen 10 trägt. Das vorliegende Werkzeug in Form eines Flachbackenwerkzeuges ist in zwei Bereiche, den Anwalzbereich 2 und den Kalibrierbereich 3 unterteilt, wie sie in 2 und 3 einzeln gezeigt sind.

6 zeigt das Querwalzwerkzeug und ein mit diesem hergestelltes Werkstück in zwei Herstellungsphasen während des Abwälzprozesses.

Im Anwalzbereich 2 sowie im Kalibrierbereich 3 sind jeweils einzelne Zähne 4, 6 ausgebildet. Im Kalibrierbereich 3 sind alle Zähne 6 identisch mit gleicher Zahnhöhe h_k und gleicher Teilung p_E ausgebildet.

Hingegen sind im Anwalzbereich alle Zähne k verschieden ausgebildet. Zum einen weisen die einzelnen Zähne 4 eine unterschiedliche Höhe h_A auf, die vom ersten, in 1 links gezeichneten Zahn, bis zum letzten Zahn, der direkt zu der Grenze zum Kalibrierbereich 3 ausgebildet ist, kontinuierlich zunimmt. Zum anderen weisen die Zähne eine variable Teilung p_u auf, die von der Anfangsteilung p_A bis zur Teilung des Kalibrierbereiches p_E kontinuierlich kleiner wird.

Wie beispielsweise in 3 dargestellt, sind trotz der unterschiedlichen Höhen h_A der einzelnen Anwalzzähne 4 die Zahnprofile jeweils vollständig ausgebildet, nur in ihrer Höhe h_A quasi gestaucht geformt, wie an dem unter Bezugszeichen 5 gekennzeichneten Vergleichsprofil, das den Zahnprofil eines Kalibrierzahnes entspricht, festgestellt werden kann.

Im Gegensatz hierzu ist es aus dem Stand der Technik bei der Auslegung der Walzwerkzeuge bekannt, die Anwalzzähne durch gleichmäßiges Abschleifen in einem definierten Winkel in ihrer Höhe h_A zu reduzieren, so dass, wie beispielsweise in 4a gezeigt ist, nur die Zahnstümpfe, keineswegs aber ein vollständiges Zahnprofil zum Anwalzen zur Verfügung stehen. Durch das in 3 dargestellte erfindungsgemäße Zurücksetzen der Zahnprofile im Anwalzbereich um den Einlaufzonenschrägungswinkel an Stelle des bisher üblichen Abschleifens der Zahnprofile wird ein Verformen zu breiter Lücken im Werkstück vermieden. Somit erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Queewalzverfahren eine Ausbildung des Zahnprofils in dem Werkstückkörper 10 mit den Zahnköpfen, die im wesentlichen bereits der endgültigen Zahnform der Kalibrierzähne 6 des Werkzeuges entsprechen, an Stelle von wie bisher mit den breiten Zahnstümpfen. Hierdurch wird ein homogener Umformvorgang gewährleistet.

Im Folgenden wird das Vertahren zur Ausbildung der einzelnen Zähne und deren rechnerische Auslegung näher beschrieben werden.

An einem Anfangspunkt des Walzwerkzeuges, der dem Walzbeginn entspricht, also am Start der Einlaufzone, wird die Teilung der Werkzeugzähne nach dem Umfang des ermittelten theoretischen Vordrehdurchmessers d_v des rotationssymmetrischen Ausgangswerkstückes ausgelegt. Die so sich ergebende Anwalzteilung des Werkzeuges p_A wird so dann nach der folgenden Formel berechnet:

Über die Schrägung der Anwalzzone, die auch als Einlaufzone bezeichnet wird, wird zur Kalibrierzone 3 hin die Teilung p_u ständig auf den aktuell bezogenen Werkstückdurchmesser angepasst. Schließlich mit dem Erreichen der Kalibrierzone 3 wird die Teilung p_E für den Bereich der vollen Ausformung der Verzahnung festgelegt. Dies geschieht nach folgender Formel:

Aus der Anwalzteilung des Werkzeuges p_A und der Kalibrierzonenteilung des Werkzeuges p_E lässt sich sodann auf die gesamte Länge der Einlaufzone des Werkzeuges eine angepasste Korrektur der Zahnteilung durchführen. Somit erfolgt auf dem gesamten realisierten Eindringvorgang der Werkzeugzähne des Anwalzbereiches in das rotationssymmetrische Werkstück eine dem jeweils relativen bzw. bezogenen Werkstückdurchmesser angepasste Korrektur der Werkzeugteilung.

Der Wert der Teilung läuft in der Einlaufzone von p_A auf die Teilung in der Kalibrierzone p_E zu. Hieraus lässt sich die Differenz in der Teilung gemäß der Formel 3 berechnen: &Dgr;p = p_A – p_E

Der so errechnete Wert für &Dgr;_P wird durch die Anzahl der Zähne in der Einlaufzone geteilt, woraus sich der Wert der Teilungskorrektur von Zahn zu Zahn ermitteln läßt. Die Teilungskorrektur ist von Zahn zu Zahn, sowie zwischen einer frei festlegbaren Zähnezahl möglich, je nach Zähnezahl der zu walzenden Verzahnung (Teilungssprung). Somit ist es möglich, für die Anzahl der zu walzenden Zähne, also der in dem fertigen Walzkörper ausgebildeten Zähne, eine jeweils gleiche Anzahl von identischen Zähnen nacheinander in der Einlaufzone auszubilden und dann eine gleiche Anzahl von um einen Korrekturwert veränderten Zähne sich daran anschließen zu lassen. In diesem Fall umläuft das rotationssymmetrische Werkstück für jeden seiner zukünftigen Zähne, also eine volle Umdrehung lang, eine erste Sorte von Walzzähnen in der Anlaufzone, um sodann eine weitere volle Umdrehung über eine zweite Sorte von Zähnen zu laufen, und so fort.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, in der Einlaufzone nicht mehrere Reihen gleicher Zähne hintereinander auszubilden, sondern jeden einzelnen Zahn sich von dem vorangehenden Zahn entsprechend der in 3 dargestellten und mit 7 bezeichneten Abschrägungslinie auszubilden. Gemäß dem folgenden Formelwerk ist eine Berechnung der Länge der Umformstrecke der Teilung an jedem beliebigen Umformschritt u sowie eine Berechnung der Eindringtiefe e an jedem einzelnen Umformschritt möglich.

Aus der folgenden Formel ergibt sich die Länge 2 der Einlaufzone mit einer festlegbaren Anzahl von Zähnen je Umformschritt u und einer sich daraus ergebenden Anzahl von Umformschritten:

Im weiteren lässt sich der jeweilige Bezugsdurchmesser in einem Umformschritt u berechnen:

Schließlich ergibt sich die Zahnteilung p_u im Umformschritt u aus folgender Formel:

Die Eindringtiefe des Fußkreises e_F, die Eindringtiefe des Teilkreises, e_o und die Eindringtiefe e_o,u am Teilkreisdurchmessers des Umformschrittes u lassen sich nach den drei folgenden Formeln berechnen:

Darüber hinaus erfolgt bei dem vorliegenden Werkzeug und dessen Auslegung ein Zurücksetzen der Zahnprofile 4 der Anwälzzone um einen definierten Schrägungswinkel, um, wie bereits dargestellt, mit den Zahnköpfen an Stelle wie im Stand der Technik mit den zu breiten Zahnstümpfen, vorzuformen.

Der Unterschied zwischen einer Anwalz- bzw. Einlaufzone und einer solchen des Standes der Technik ist in den 4a und 4b vergleichsweise schematisch dargestellt.

Selbstverständlich ist die anhand eines Flachbackenvertahrens, beispielsweise Ausgestaltung eines Walzwerkzeuges, dessen Auslegung und die Durchführung des Querwalzens mit einem derartig ausgelegten Werkzeug nicht auf das Flachbeckenvertahren begrenzt.

Durch eine geringfügige Anpassung der Formeln ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Auslegung eines Quennralzwerkzeuges auch auf Walzwerkzeuge zu übertragen, wie sie in den anderen gängigen Querwalzvertahren eingesetzt werden. Insbesondere ist die Übertragung auf konkave, konvexe oder im wesentlichen runde Werkzeuge, wie sie im Ein- oder Mehrwalzenverfahren Verwendung finden, jederzeit möglich. So kann beispielsweise auf die Mantelseite einer runden Walze eine Walzkontur aufgebracht werden, die aus einer Einlaufzone und einer Kalibrierzone bzw. einer Einlaufzone, einer Kalibrierzone und einer zahnfreien Übergangszone besteht.

Hierbei wird mit jeder Werkzeugumdrehung ein Werkstück fertig gewalzt.

Es ergibt sich dabei eine langsame Zunahme des Durchmessers des Werkzeugmantels in dem Sektor, in dem die Einlaufzone angeordnet ist, vom ersten (niedrigsten) Anwalz- zahn bis hin zum Ende der Anwalzzone, dem Übergang in die Kalibrierzone hinein, wobei alle Zähne in der Kalibrierzone den gleichen Außendurchmesser und Grundaufbau aufweisen. Danach wird in einer bevorzugten Ausführungsform, der sogenannten Auslaufzone angeordnet, in der niedrigere Zähne eine Entspannung der Umformkräfte bewirken.

Bei zwei konkaven Werkzeugen erfolgt die Auslegung der Einlauf- und der Kalibrierzone entsprechend wie beim Flachbackenvertahren beschrieben. An Stelle der Länge der Einlaufzone und der anderen Strecken werden zur Berechnung Sektorabschnitte eines Kreisbogens herangezogen. Somit ist das Verfahren zur Auslegung eines Querwalzwerkzeuges auch für gekrümmte Oberflächen entsprechend einsetzbar. Es lässt sich dadurch im vorhinein bestimmen, wie das Walzwerkzeug in optimaler Ausgestaltung gefertigt werden muss, ohne dass kostspielige und zeitaufwendige Werkzeugkorrekturen oder Einlauf- und Versuchsphasen hingenommen werden müssen.

Es wird ein homogener mathematisch und umformtechnisch exakter Abwälzprozess zwischen Werkzeug und Werkstück hinsichtlich der Teilungsauslegung zu jedem Zeitpunkt des Abwälzvorganges durchgeführt, wodurch die Werkstofffließbedingungen erheblich verbessert werden, was zu einer Erhöhung der Walzteilqualität hinsichtlich Flankenformgenauigkeit, Teilungsgenauigkeit und Symmetrie der Verzahnung führt. Indem das Verfahren zur Auslegung eines Walzwerkzeuges für jede Zahnförm und Größe universell einsetzbar ist, ist eine Rationalisierung der Walzwerkstückfertigung im großen Umfang möglich.

Indem die nach dem vorliegenden Verfahren gefertigten Werkstücke während des Walzvorganges geringer beansprucht werden und die Werkstofffließbedingungen weitgehend verbessert werden, sind nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Werktücke genauer, langlebiger und höher belastbar.