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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Ringscheibe, aus der sich ein komplex geformtes Ringteil wie ein Kupplungskörper oder ein Synchronring herstellen lässt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein derartiges Ringteil sowie eine Schaltkupplung für ein Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens einem derartigen Ringteil.
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Komplexe Ringteile, wie Kupplungskörper oder Synchronringe, können auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Ringteile durch Stanzen oder Feinschneiden herzustellen, wobei die ganzen Kupplungskörper als Ring aus einem flächigen Blechmaterial herausgetrennt werden.
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Durch die Ringform des Ringteils wird der größte Teil des Blechstreifenmaterials nicht verwendet. Vom eingesetzten Material können über 90% Schrott bzw. Verlust sein.
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Aus dem Dokument
DE 101 63 413 A1 ist es bekannt, einen Kupplungskörper aus einer Kupplungsscheibe und einem Konusring herzustellen, wobei die Kupplungsscheibe am Außenumfang mit einer Verzahnung versehen ist und wobei die Kupplungsscheibe mehrteilig hergestellt und die Teile miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann die Kupplungsscheibe aus zwei Halbringen oder drei 120°-Ringabschnitten hergestellt werden. Die Teile können durch Clinchverbindungen gegeneinander fixiert oder miteinander verschweißt sein.
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Ferner offenbart das Dokument
DE 10 2005 053 989 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Kupplungskörpers, wobei ein sich in einer Ebene erstreckender Blechstreifen mit zwei Stirnenden bereitgestellt wird, wobei eine Verzahnung auf eine Oberseite des Blechstreifens aufgebracht wird, und wobei der Blechstreifen zu einem Ring gebogen wird. Schließlich werden die zueinander gebogenen Stirnenden miteinander verbunden, so dass ein geschlossener Ring entsteht. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Verformungen am Außenumfang des Blechstreifens einerseits und am Innenumfang des Blechstreifens andererseits können während des Biegevorgangs im Inneren des Ringteils Spannungen auftreten, die ggf. durch einen Entspannungsprozess beseitigt werden müssen.
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Vor dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Ringscheibe, ein verbesserten Verfahren zum Herstellen eines komplex geformten Ringteils sowie ein Ringteil als solches und eine Schaltkupplung mit einem solchen Ringteil anzugeben.
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Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Ringscheibe, mit den Schritten, einen Draht aus einem Metallmaterial bereitzustellen, den Draht zur Herstellung eines Drahtstückes, das zwei Drahtenden aufweist, abzulängen, das Drahtstück zu einer Ringform zu biegen, Drahtenden von mindestens einem Drahtstück zur Herstellung eines Drahtringes zu verbinden, und den Drahtring zur Herstellung der Ringscheibe zu verformen.
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Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines komplex geformten Ringteils, wie eines Kupplungskörpers oder eines Synchronringes einer Schaltkupplung eines Getriebes, mit den Schritten, eine Ringscheibe gemäß dem obigen Verfahren herzustellen und die Ringscheibe anschließend zur Herstellung des komplex geformten Ringteils zu bearbeiten.
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Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Ringteil mit einer komplexen Form, wobei das Ringteil eine einzelne Schweißstelle aufweist, und durch eine Schaltkupplung für ein Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens einem Ringteil, das eine Verzahnung aufweist, wie ein Kupplungskörper oder ein Synchronring, wobei das Ringteil mit dem oben genannten Verfahren hergestellt ist.
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Mit den erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Ringscheiben bzw. Ringteile im Wesentlichen ohne Materialausschuss (Schrottanteil) herstellen. Dies kann die Materialkosten erheblich reduzieren.
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Dadurch, dass als Ausgangsmaterial nicht ein Blechstreifen bereitgestellt wird, der in eine Ringform gebogen wird, wie im Stand der Technik, sondern ein Draht, kann das Biegen zu einer Ringform erfolgen, ohne dass in dem Metallmaterial hohe Spannungen auftreten.
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Als Drahtmaterial soll vorliegend vorzugsweise jede Art von Ausgangsmaterial verstanden werden, das durch einen Ziehvorgang hergestellt ist (im Gegensatz zu einem Walzprozess). Bei einem derartigen Ziehvorgang wird der Draht in der Regel durch einen Ziehstein gezogen. Dabei findet in der Regel eine plastische Verformung statt, ggf. auch eine Kaltverfestigung. Der vorliegend verwendete Draht kann hart oder vorzugsweise weichgeglüht bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise hat der Draht eine Querschnittsform, deren Breite (gemessen in der Ebene der herzustellenden Ringscheibe) und Höhe (gemessen in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der herzustellenden Ringscheibe) nicht erheblich voneinander abweichen. Die Querschnittsform kann rundlich oder auch eckig sein. Vorzugsweise ist die Breite kleiner gleich der zweifachen Höhe, insbesondere kleiner gleich der einfachen Höhe und ggf. sogar kleiner als die Höhe des Drahtquerschnittes.
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Generell ist es möglich, den Drahtring aus einer Mehrzahl von Drahtstücken zusammenzusetzen, die jeweils zu einer Teilringform gebogen sind. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn der Drahtring aus einem einzelnen Drahtstück hergestellt wird, so dass der Drahtring nach der Verbindung der Drahtenden nur eine Verbindungsstelle aufweist.
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Durch das Verformen des Drahtringes zur Herstellung der Ringscheibe kann eine im Querschnitt über den Umfang einheitliche Ausgangsform erzeugt werden, so dass sich die Ringscheibe als eine Art Rohling zur Herstellung eines komplex geformten Ringteiles eignet.
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Das komplex geformte Ringteil kann insbesondere ein Kupplungskörper oder ein Synchronring sein. Der Kupplungskörper kann dabei mit oder ohne angeformtem Reibkegel ausgebildet sein. Generell kann das Ringteil auch eine Schaltmuffe oder dergleichen sein, oder ein anderes komplex geformtes Ringteil, dessen Querschnittsform sich insbesondere über den Umfang ändert.
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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Von besonderem Vorzug ist es, wenn der Draht einen kreisförmigen oder elliptischen oder polygonalen Querschnitt aufweist.
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Derartige Drahtformen sind zum einen gut verfügbar und lassen sich zum anderen weitgehend spannungsfrei in eine Ringform biegen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Drahtring zur Herstellung der Ringscheibe einem Pressvorgang unterzogen.
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Hierbei wird der Drahtring in einer Presse angeordnet und anschleißend kalt und/oder verformt. Eine Oberseite und eine Unterseite der so hergestellten Ringscheibe können auf diese Weise exakt parallel zueinander verlaufen. Ein Außenumfang und ein Innenumfang der Ringscheibe können gewölbt sein. Zur Herstellung des komplex geformten Ringteiles kann dann eine Bearbeitung an dem Außenumfang und/oder dem Innenumfang erfolgen. Mittels einer Presse können jedoch auch Ringscheiben geformt werden, deren Querschnitt komplexer (beispielsweise L-förmig) ist. Ggf. kann in der Presse auch bereits eine komplexe Form in Umfangsrichtung (wie eine Verzahnung) gebildet werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Draht einen solchen Querschnitt und der Drahtring einen solchen Radius aufweist, so dass bei dem Biegeschritt in dem Metallmaterial auftretende Spannungen innerhalb vorgegebener Grenzen bleiben.
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Die Grenzen sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass es nach dem Biegeschritt nicht notwendig ist, die Ringscheibe spannungsarm glühen zu müssen (wie dies in der Regel dann der Fall sein wird, wenn ein Blechstreifen gebogen wird, da dessen äußerer Rand stark gedehnt und dessen innerer Rand stark gestaucht wird, was bei einer nachfolgenden Bearbeitung ein ungewolltes Verziehen der Scheibe verursachen kann).
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Drahtenden durch eine stoff- oder formschlüssige Verbindung wie Schweißen, Hartlöten oder Verklinken, insbesondere durch Laserschweißen, miteinander verbunden.
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Hierdurch entsteht eine stoffschlüssige Verbindung, so dass die so hergestellte Ringscheibe anschließend auch im Bereich der Verbindung bzw. Schweißstelle gut bearbeitet werden kann. Alternativ kann einen Verbindung auch durch Hartlöten hergestellt werden, oder auch durch einen formschlüssige Verbindung (bspw. durch Verklinken).
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Generell ist es möglich, den Biegevorgang so durchzuführen, dass der Drahtring eine perfekte Kreisform besitzt.
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Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn der Drahtring vor dem Verformungsvorgang, bei dem die Ringscheibe hergestellt wird, in eine solche Kreisform verformt wird.
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Mit anderen Worten wird der Drahtring in dem weiteren Verformungsvorgang in eine perfekte Kreisform bzw. zu einer Mittelachse konzentrischer Form gebracht, so dass auch die nachfolgend hergestellte Ringscheibe exakt kreisförmig bzw. konzentrisch ist.
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Von besonderem Vorzug ist es dabei, wenn die Kreisform mittels eines Dorns hergestellt wird.
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Generell ist es alternativ oder zusätzlich auch möglich, den Drahtring erst bei dem Verformungsvorgang zur Herstellung der Ringscheibe in eine perfekte oder nahezu perfekte Kreisform zu bringen.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen eines komplex Ringteils ist es von besonderem Vorzug, wenn der Schritt der Bearbeitung der Ringscheibe das Anbringen einer Verzahnung an der Ringscheibe beinhaltet.
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Die Verzahnung kann insbesondere am Außenumfang der Ringscheibe ausgebildet werden, kann jedoch auch zusätzlich oder alternativ am Innenumfang ausgebildet sein. Ferner kann der Bearbeitungsschritt auch weitere Schritte, wie das Ausbilden von Hinterlegungen an einer Verzahnung etc., beinhalten.
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Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Ringscheibe kann in der Presse im einfachsten Fall in eine flache Form gedrückt werden, bei der der Innenumfang und der Außenumfang gewölbt sind. Die Verformung des Drahtringes kann jedoch auch beinhalten, dass die Ringscheibe in eine im Querschnitt komplexe Form verformt wird, beispielsweise mit einem im Wesentlichen axial vorstehenden Ansatz, an dem ein Reibkegel zum Herstellen einer Synchron-Schaltkupplung ausgebildet werden kann. Die Erfindung liegt vorzugsweise in der Verwendung zum Herstellen einer Ringscheibe, die als Rohling zum Herstellen eines Getrieberinges, wie eines Synchronringes oder eines Kupplungskörpers, geeignet ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Drahtspule und einer Ablängvorrichtung zum Bereitstellen eines Drahtstückes mit zwei Drahtenden;
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2 eine schematische Darstellung eines Drahtringes in einer Draufsicht, der aus einem Drahtstück gebogen ist, sowie eine Vorrichtung zum Verbinden der Drahtenden;
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3 eine schematische Darstellung eines Dorns zum Herstellen einer perfekten Kreisform des Drahtringes;
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4 eine schematische Darstellung einer Presse, in der der Drahtring in eine Ringscheibe verformt werden kann;
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5 eine schematische Querschnittsansicht einer mittels der Presse der 4 hergestellten Ringscheibe;
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6 eine schematische Draufsicht auf ein komplex geformtes Ringteil, das durch Bearbeitungsschritte aus der in 5 gezeigten Ringscheibe hergestellt ist, und
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7 eine schematische Darstellung eines Getriebes mit einem Schaltkupplungspaket, das Kupplungskörper und Synchronringe aufweist.
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In 1 ist in schematischer Form eine Drahtspule 10 gezeigt, von der ein Drahtstück 12 abgewickelt ist. Mittels einer schematisch angedeuteten Ablängvorrichtung 14 ist das Drahtstück 12 von der Drahtspule 10 abgetrennt, so dass das Drahtstück 12 ein erstes Ende 16 und ein zweites Ende 18 aufweist. Wie es in 1 ferner gezeigt ist, ist der Draht im Querschnitt kreisförmig, so dass seine Breite gleich seiner Höhe ist. Der Draht kann jedoch im Querschnitt auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise eine elliptische Form oder eine polygonale Form.
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2 zeigt einen Drahtring 20, der aus dem Drahtstück 12 durch Biegen in eine Kreisform hergestellt ist. Die Kreisform des Drahtringes 20 führt dazu, dass das erste Ende 16 und das zweite Ende 18 aneinander anliegen. Diese Drahtenden 16, 18 werden zur Bildung des geschlossenen Drahtringes 20 miteinander verbunden. Dies kann auf beliebige Art und Weise erfolgen, beispielsweise durch eine formschlüssige Verbindung. In diesem Fall würden die Enden 16, 18 vorab bearbeitet werden, um einen solchen Formschluss erzielen zu können. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Drahtenden 16, 18 stoffschlüssig miteinander verbunden werden, beispielsweise mittels einer schematisch angedeuteten Schweißvorrichtung 22, mittels der sich eine Schweißverbindung 24 herstellen lässt, beispielsweise durch Laserschweißen oder dergleichen. Wie es in 2 ferner gezeigt ist, ist der Drahtring 20 aus dem Drahtstück 12 so hergestellt, dass die Breite B des Drahtquerschnittes in der Ebene des Rings liegt. Bei einem elliptischen oder rechteckigen Drahtquerschnitt ist die Höhe H vorzugsweise größer als die Breite B.
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Der in 2 gezeigte Drahtring 20 ist generell kreisförmig. Um eine perfekte Kreisform herzustellen, kann es sinnvoll sein, den Drahtring 20 einer ersten Verformung zu unterziehen.
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In 3 ist gezeigt, wie der Drahtring 20 an einem schematisch dargestellten Dorn 26 in eine perfekte Kreisform gebracht werden kann. In 3 ist ferner die Höhe H des Drahtrings 20 eingezeichnet, die in einer Richtung senkrecht zur Ringebene gemessen wird.
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Der so in eine perfekte Kreisform gebrachte Drahtring 20 wird anschließend einem weiteren Verformungsprozess unterzogen. Hierzu wird der Drahtring 20 in eine Pressvorrichtung 28 eingelegt, die ein Unterwerkzeug 30 und ein Oberwerkzeug 32 aufweist (4).
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Die Pressvorrichtung 28 kann dazu ausgelegt sein, den Drahtring 20 zwischen zwei zueinander parallelen Oberflächen des Unterwerkzeuges 30 und des Oberwerkzeuges 32 zusammenzudrücken, so dass eine Ringscheibe entsteht, wie sie in 5 bei 36 schematisch dargestellt ist.
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Alternativ hierzu ist es auch möglich, in dem Unterwerkzeug 30 und/oder in dem Oberwerkzeug 32 Formausnehmungen vorzusehen, durch die der Drahtring 20 mittels des Pressvorganges (wie bei 34 angedeutet) eine im Querschnitt komplexere, vorbestimmte Form erhält, die beispielsweise L-förmig (wie bei einem Kupplungskörper mit angeformtem Reibkonus) sein kann.
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Der Begriff der Ringscheibe ist vorliegend also nicht auf eine Scheibenform begrenzt, bei der eine Oberseite und eine Unterseite der Ringscheibe 36 parallel zueinander liegen. Vielmehr kann die Ringscheibe 36 im Querschnitt auch eine komplexere Form besitzen, die durch die Pressvorrichtung 28 vorgegeben wird. Auch eine Verformung, die zu einer in Umfangsrichtung komplexen Form führt, ist möglich.
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In 6 ist gezeigt, dass an einer solchen Ringscheibe 36 eine weitere Bearbeitung (z. B. spanend) vorgenommen werden kann, um ein komplex geformtes Ringteil 40 bereitzustellen, das beispielsweise an seinem Außenumfang eine Verzahnung 42 aufweisen kann (wie es in 6 schematisch angedeutet ist).
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7 zeigt in schematischer Form einen Teil eines Getriebes 50 mit einer Welle 52, die entlang einer Achse 53 ausgerichtet ist.
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An der Welle 52 sind ein erstes Losrad 54 und ein zweites Losrad 56 drehbar gelagert. Zwischen den Losrädern 54, 56 ist ein Schaltkupplungspaket 58 angeordnet. Das Schaltkupplungspaket 58 beinhaltet eine Führungsmuffe 60, die drehfest mit der Welle 52 verbunden ist. An einem Außenumfangsabschnitt der Führungsmuffe 60 ist eine Schaltmuffe 62 drehfest in Bezug auf die Führungsmuffe 60, jedoch axial verschieblich, gelagert.
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An dem ersten Losrad 54 ist ein erster Kupplungskörper 64 festgelegt, der als komplex geformtes Ringteil gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist und anschließend mit dem Losrad 54 verbunden worden ist, beispielsweise durch Schweißen oder dergleichen.
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Der erste Kupplungskörper 64 weist an seinem Außenumfang eine schematisch angedeutete Verzahnung auf, wobei die Schaltmuffe 62 bei einem axialen Verschieben in Richtung auf das erste Losrad 54 mit ihrer Innenverzahnung in die Außenverzahnung des ersten Kupplungskörpers 64 eingreifen kann, um auf diese Weise eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Losrad 54 und der Welle 52 herzustellen.
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Die Führungsmuffe 60, die Schaltmuffe 62 und der erste Kupplungskörper 64 bilden eine erste Schaltkupplung.
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An dem zweiten Losrad 56 ist ein zweiter Kupplungskörper 68 festgelegt. Dieser ist im Querschnitt L-förmig und weist einen angeformten Reibkonus auf. Diese Querschnittsform kann beispielsweise mittels des oben beschriebenen Pressvorganges hergestellt worden sein. Auch der zweite Kupplungskörper 68 weist an seinem Außenumfang eine Verzahnung auf, die mit der Innenverzahnung der Schaltmuffe 62 in Eingriff treten kann.
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Ferner ist benachbart zu dem zweiten Kupplungskörper 68 ein Synchronring 70 schematisch dargestellt, der im Querschnitt ebenfalls L-förmig ausgebildet sein kann und an seinem Außenumfang mit einer Sperrverzahnung versehen ist.
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Die Führungsmuffe 60, die Schaltmuffe 62, der zweite Kupplungskörper 68 und der Synchronring 70 bilden eine zweite Schaltkupplung 72 in Form einer Sperr-Synchronisierung.
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Der zweite Kupplungskörper 68 und der Synchronring 70 können mittels des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines komplex geformten Ringteils hergestellt sein.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Drahtring 20 zur Herstellung einer im Querschnitt komplexen Form wie bei dem zweiten Kupplungskörper 68 oder dem Synchronring 70 mittels der Presse in diese Form gebracht worden. Alternativ ist es auch möglich, eine einfache Ringscheibe 36, wie in 5 gezeigt, durch spanende Bearbeitung in eine solche komplexe Querschnittsform zu bringen.
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Die beim Herstellen des Ringteils aus der Ringscheibe involvierten Bearbeitungsschritte können Stanzschritte, Feinschneidschritte oder Ähnliches sein.
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Die Kupplungskörper 64, 68 können zusätzlich zu einer Verzahnung am Außenumfang auch mit einer Innenverzahnung versehen sein, so dass sie auf einen entsprechenden Außenverzahnungsabschnitt der jeweiligen Losräder 54, 56 aufgesteckt werden können, um auf diese Weise einen Formschluss in Umfangsrichtung zu erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10163413 A1 [0004]
- DE 102005053989 A1 [0005]