DE19701565A1 - Verfahren zur Herstellung eines Getriebeteils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebeteils mit einem im wesentlichen radial verlaufenden Bodenbereich, einem im wesentlichen axial verlaufenden Um­ fangsbereich mit zwei Abschnitten, von denen sich ein Ab­ schnitt zur einen Seite des Bodenbereichs und der andere Abschnitt zur gegenüberliegenden Seite des Bodenbereichs hin erstreckt, einer Innenprofilierung auf einem Abschnitt des Umfangsbereichs und einer Außenprofilierung auf dem anderen Abschnitt des Umfangsbereichs.

Derartige Getriebeteile werden vornehmlich in Automatikge­ trieben eingesetzt. Die Profilierungen sind dabei als Innen- und Außenverzahnung ausgebildet. Zur Herstellung dieser Getriebeteile ist es bekannt, zunächst zwei topf­ förmige Teilstücke mit jeweils einem verzahnten Abschnitt zu fertigen. Diese Einzelstücke können durch eine spanab­ hebende oder eine spanlose Bearbeitung hergestellt werden, wie es beispielsweise in der DE-C 39 32 823 beschrieben ist.

Die Teilstücke werden anschließend mit ihren Bodenplatten aneinandergelegt, aufeinander ausgerichtet und dann ver­ schweißt. Trotz eines relativ aufwendigen Ausrichtens be­ steht die Gefahr, daß durch die Wärmeeinbringung beim Schweißen ein thermischer Verzug auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem das genannte Getriebeteil formgenau und zugleich kostengünstig gefertigt werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Verfahrensschrit­ te:

• - Umformen einer Blechronde zu einer topfförmigen Vorform mit einem Boden und einer Ringwand,
• - Formen eines ringförmigen Stegs, der sich vom Boden aus zu der Seite erstreckt, welche von der Ringwand abge­ wandt ist,
• - Walzen und Endformen der Ringwand zu dem einen pro­ filierten Abschnitt des Umfangsbereichs und
• - Drückwalzen und Endformen des ringförmigen Stegs zu dem anderen profilierten Abschnitt des Umfangsbereich.

Dieses Verfahren gewährt die Herstellung des Getriebeteils aus einem Stück. Ein aufwendiges Ausrichten und Verschweis­ sen von Teilstücken ist nicht notwendig. Insgesamt wird die Fertigung deutlich vereinfacht und eine hohe Formgenauig­ keit der Fertigprodukte erreicht.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Formen des ringförmigen Stegs durch Spalten des Bodens erfolgt. Das Spalten wird mittels mindestens einer Spalt­ rolle ausgeführt, welche radial an den Außenumfang des Bo­ dens bei rotierendem Werkstück zugestellt wird. Durch ent­ sprechende Formgebung der Spaltrolle kann der ringförmige Steg in einfacher Weise geformt werden.

Beim Spalten wird die Wanddicke des Bodens reduziert. Ist eine derartige Reduzierung der Wanddicke nicht erwünscht, besteht eine alternative, erfindungsgemäße Verfahrensva­ riante darin, daß das Fließformen des ringförmigen Stegs durch Abstreckwalzen der Außenseite der Ringwand erfolgt. Hierbei wird eine Abstreckrolle zugestellt, welche die Außenseite der rotierenden Ringwand von deren freien Ende zum Boden hin überstreicht. Beim Abstrecken verringert sich die Wanddicke der Ringwand und das abgenommene Material wird auf die gegenüberliegende Seite des Bodens zur Bildung des ringförmigen Stegs verdrängt.

Hinsichtlich einer kurzen Fertigungszeit ist es vorteil­ haft, daß das Umformen der Blechronde, das Fließformen des Stegs und das Drückwalzen in einer Einspannung auf einer Drückwalzmaschine durchgeführt werden. Die Drückwalzmaschine kann insbesondere ein sogenanntes Flow Forming Center sein, welches besonders flexibel verschiedenste Umformbearbei­ tungen ausführen kann.

Die Aufgabe wird weiter durch ein erfindungsgemäßes Ver­ fahren gelöst, welches die Verfahrensschritte aufweist:

• - Bilden einer Vertiefung in einem Mittenbereich einer Blechronde, wobei die Vertiefung den Bodenbereich des Getriebeteils bildet,
• - Umbiegen eines äußeren Randes der Blechronde zu der Seite, zu der sich die Vertiefung wölbt, und
• - Drückwalzen und Endformen des gebogenen äußeren Randes zu den beiden profilierten Abschnitten des Umfangsbereichs.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Getriebe­ teil ebenfalls einstückig hergestellt werden, so daß auch hierbei die Vorteile der einfachen Fertigung und hohen Maß­ genauigkeit erreicht sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht dar­ in, daß das Umbiegen des äußeren Randes durch Bordieren mittels einer Bordierrolle bei rotierender Blechronde durchgeführt wird. Die Bordierrolle weist eine Außenkontur auf, die der Kontur der gewünschten Biegung des äußeren Rondenrandes entspricht.

Alternativ ist es vorgesehen, daß das Bilden der Vertiefung und das Umbiegen des äußeren Randes gleichzeitig in einem Pressenschritt ausgeführt werden. Die Blechronde wird dem­ gemäß auf einer Tiefziehpresse bereits so vorgeformt, daß nur noch ein Drückwalzschritt auf einer Drückwalzmaschine ausgeführt werden muß.

Beide vorgenannte Verfahren sind erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, daß die Außen- und/oder die Innenprofilie­ rung als Evolventenverzahnung ausgebildet werden. Die In­ nenverzahnung kann so als ein Planeten-Hohlrad und die Außenverzahnung für ein Stirnrad eingesetzt werden.

Bezüglich einer Funktionserweiterung des Getriebes ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Außen- oder die Innen­ profilierung als Mitnehmerverzahnung für Lamellenpakete ausgebildet werden. Derartige Mitnehmerverzahnungen werden insbesondere bei Kupplungsteilen verwendet.

Weiter ist es bevorzugt, daß die beiden Abschnitte radial versetzt zueinander ausgebildet werden. Beide Abschnitte werden durch einen Steg verbunden, der radial oder schräg zur Rotationsachse des Getriebeteiles verläuft. Die An­ ordnung der Verzahnung auf unterschiedlichen Durchmes­ sern ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise des Ge­ triebes.

Die Herstellung einer Nabe an dem Getriebeteil wird er­ findungsgemäß dadurch erreicht, daß in den Bodenbereich in einem Pressenschritt ein Lochbild und/oder ein Profil eingebracht wird.

Hierbei ist es besonders bevorzugt, daß der Pressenschritt beim Einspannen der Blechronde in der Drückwalzmaschine er­ folgt. Der Pressenschritt, welcher ein Tiefziehen und ein Stanzen auf einer Pressenvorrichtung umfassen kann, wird durch die Axialbewegung der zwei Werkzeughälften erreicht, zwischen denen die Blechronde auf einer Drückwalzmaschine eingespannt wird. Das Getriebeteil kann so auf der Drück­ walzmaschine komplett bearbeitet werden. Im Sinne der Er­ findung ist unter einer Blechronde auch ein profiliertes Ausgangswerkstück zu verstehen, welches beispielsweise durch Gießen geformt ist.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen darge­ stellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1A eine Querschnittsansicht durch ein Getriebe­ teil gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 1B eine Teilquerschnittsansicht gemäß dem Schnitt A-A in Fig. 1A;

Fig. 1C eine Teilquerschnittsansicht gemäß dem Schnitt B-B in Fig. 1A;

Fig. 2 ein weiteres Getriebeteil gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 bis 5 Teilquerschnittsansichten durch die Ferti­ gungsstufen eines Werkstücks, welches nach einer Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zu einem Getriebeteil gefertigt wird;

Fig. 6 bis 9 Teilquerschnittsansichten von Fertigungs­ stufen eines Werkstücks, welches nach einer wei­ teren Ausführungsform des ersten erfindungs­ gemäßen Verfahrens zu einem Getriebeteil gefer­ tigt wird; und

Fig. 10 bis 13 Teilquerschnittsansichten von Fertigungs­ stufen eines Werkstücks, welches nach dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren zu einem Getriebe­ teil gefertigt wird.

Die Fig. 1A bis 1C zeigen in verschiedenen Ansichten ein Getriebeteil 10, welches nach einem aus dem Stand der Tech­ nik bekannten Verfahren gefertigt ist. Das Getriebeteil 10 besteht aus zwei Teilstücken 14, 15, welche topfförmig aus­ gebildet sind. An ihren Topfwänden weisen die Teilstücke 14, 15 jeweils eine Profilierung 16, 17 auf, welche als ein Außen- und/oder Innenprofil genutzt werden. Ausgerichtet auf eine gemeinsame Rotationsachse 11 sind die beiden Teil­ stücke 14, 15 an ihren Bodenplatten mit einer Schweißnaht 18 verbunden, um einen Bodenbereich 12 zu bilden. Dieser erstreckt sich im wesentlichen radial zu einem Umfangsbe­ reich 13.

In Fig. 2 ist ein weiteres Getriebeteil 10a gezeigt, wel­ ches in bekannter Weise aus zwei Teilstücken 14a, 15a mit­ tels einer Schweißnaht 18a zusammengesetzt ist. Bei diesem Getriebeteil 10a befindet sich der Bodenbereich 12a radial unterhalb eines Profils 16a des Teilstücks 14a.

Eine Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist den Fig. 3 bis 5 zu entnehmen. Als Ausgangs­ werkstück dient eine Blechronde 30, welche nur schematisch mit einer Strichpunktlinie angedeutet ist. Auf einer Presse wird die Blechronde 30 zu einer Vorform 31 tiefgezogen, die rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 21 ist. Die Vorform 31 umfaßt eine axial verlaufende Ringwand 33 und einen pro­ filierten Boden 32, der bereits die endgültige Form eines Bodenbereichs des zu fertigenden Getriebeteils aufweisen kann. Diese Werkstückkontur kann auch auf einer Drückwalzma­ schine geformt werden, ausgehend von einer ebenen runden Blechscheibe.

Die Vorform 31 wird anschließend zwischen zwei nicht dar­ gestellte Werkzeughälften einer Drückwalzmaschine einge­ spannt. An die rotierende Vorform 31 wird anschließend eine Spaltrolle radial zugestellt, welche den äußeren Rand des Bodens 32 spaltet. Dabei wird ein ringförmiger Steg 34 ausgebildet, welcher sich zu der von der Ringwand 33 abge­ wandten Seite des Bodens 32 erstreckt und diesen in axia­ ler Richtung überragt. Die Ringwand 33 bleibt bei dem Spaltvorgang im wesentlichen unverändert. Der Boden 32 ist über einen Verbindungssteg 35 mit einer Gabelung 36 weiter mit der Ringwand 33 und dem abgespaltenen, ringförmigen Steg 34 verbunden. Die Ringwand 33 und der Steg 34 sind da­ bei axial und radial versetzt zueinander.

Abschließend wird die Ringwand 33 mittels einer Drückwalz­ rolle gegen eine profilierte Außenkontur der zugeordneten Werkzeughälfte gedrückt, wobei die Ringwand 33 zu einem ersten Abschnitt 24 eines Umfangsbereichs 23 des Getriebe­ teils 20 gelängt und mit einem Innenprofil 26 versehen wird. Gleichzeitig wird der ringförmige Steg 34 mittels einer Zahnrolle gegen die andere Werkzeughälfte der Drück­ walzmaschine gedrückt, wobei ein zweiter Abschnitt 25 des Umfangsbereichs 23 mit einer Außenprofilierung 27 ausge­ bildet wird. Selbstverständlich können die Werkzeughälften und die Rollen auch so ausgebildet sein, daß an den beiden Abschnitten 24, 25 jeweils ein Innen- und Außenprofil aus­ gebildet wird, wie es in den Fig. 1B und 1C dargestellt ist. Bei dieser abschließenden Drückbearbeitung bleibt der Verbindungssteg 35 und das Profil 28 im Bodenbereich 22 unverändert. Bei einem Drückwalz-Center können in einer Aufspannung alle Umformoperationen erfolgen, die erforder­ lich sind, um die Blechronde 30 in der Fertigform 20 zu formen.

Eine weitere Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Fig. 6 bis 9 dargestellt. Auch bei dieser Ausführungsform dient eine zu einer Rotationsachse 41 rotationssymmetrische Blechronde 50 als Ausgangswerk­ stück. In einem vorausgegangenen Stanzvorgang ist ein Loch 48 in den Mittenbereich der Blechronde 50 eingearbeitet worden.

Der äußere Rand der Blechronde 50 wird zu einer Seite hin gebogen oder angewinkelt, was in einer Tiefziehpresse oder auf einer Drückwalzmaschine ausgeführt werden kann. Eine so ausgebildete Vorform weist einen im wesentlichen radial verlaufenden Boden 52 und eine dazu schrägstehende Ring­ wand 53 auf.

An die Ringwand 53 wird eine Abstreckrolle radial zuge­ stellt, welche die Außenseite der Ringwand 53 von deren freien Ende zum Boden 52 hin überstreicht. Dabei wird ein Materialvolumen abgenommen, welches zur gegenüberliegenden Seite zum Bilden eines ringförmigen Stegs 54 verdrängt wird. Die Zustellung der Abstreckrolle kann dabei so erfol­ gen, daß eine Materialanhäufung 56 am freien Ende der Ring­ wand 53 verbleibt.

Abschließend wird die abgestreckte Ringwand 53 mittels ei­ ner glatten Drückrolle gegen eine außenprofilierte Werk­ zeughälfte drückgewalzt, so daß ein erster Abschnitt 44 mit einer Innenprofilierung 46 am Umfangsbereich 43 eines Ge­ triebeteiles 40 hergestellt wird. Des weiteren wird der ringförmige Steg 54 mittels einer Zahnrolle gegen eine zy­ lindrische Werkzeughälfte gedrückt, so daß auf der anderen Seite des Bodenbereichs 42 ein zweiter Abschnitt 45 mit ei­ ner Außenprofilierung 47 erzeugt wird. Der erste Abschnitt 44 und der zweite Abschnitt 45 sind zueinander radial ver­ setzt und mit einem Verbindungssteg 55 verbunden. Auch bei diesem Verfahren können alle Umformoperationen in einer Aufspannung erfolgen.

Eine Ausführung des weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den Fig. 10 bis 13 gezeigt. Als Ausgangswerkzeug dient eine Vorform 71, welche in ihrem Mittenbereich eine Vertiefung 72 mit einem Loch 68 und einen radial ver­ laufenden äußeren Rand 73 aufweist. Die Vertiefung 72 und der äußere Rand 73 sind über einen schräg verlaufenden Quersteg 74 miteinander verbunden. Die Vorform 71, welche durch Tiefziehen, Schmieden oder Gießen gefertigt sein kann, wird in eine Drückwalzmaschine eingespannt und in Rotation versetzt. Durch radiale Zustellung einer Bordier­ rolle mit einer bogenförmigen Außenkontur wird der äußere Rand 73 zu einer kurvenförmigen Bordierung 75 geformt. Die Bordierung 75 ist zu der Seite gerichtet, zu der sich die Vertiefung 72 wölbt, so daß zwischen dem Quersteg 74 und der Bordierung 75 eine Hinterschneidung gebildet ist. Das Bordieren erfolgt bei dieser Ausführungsform so, daß ein unverformter Bereich 76 des äußeren Randes 73 bestehen bleibt und eine Materialanhäufung 77 am freien Rand der Bordierung 75 ausgebildet wird.

In einem weiteren Bearbeitungsschritt auf einer Drückwalz­ maschine wird die Bordierung 75 zu einer gestuften Ring­ wand mit einem ersten, durchmessergrößeren Ringbereich 78 und einem zweiten, durchmesserkleineren Ringbereich 79 ge­ formt. Die beiden Ringbereiche 78, 79 sind über einen im wesentlichen radial verlaufenden Verbindungssteg 80 mit­ einander verbunden. Der Boden 72, der Quersteg 74 und der unverformte Bereich 76 bleiben bei diesem sowie dem nach­ folgenden Bearbeitungsschritt unverändert.

Abschließend wird zum Bilden eines Getriebeteiles 60 eine Drückrolle an die Ringwand angestellt, welche den ersten Ringbereich 78 gegen eine profilierte Außenkontur einer Werkzeughälfte drückt und so einen ersten Abschnitt 64 mit einer Innenprofilierung 66 am Umfangsbereich 63 des Ge­ triebeteils 60 bildet. Weiter wird durch eine außenverzahn­ te Drückrolle der zweite Ringbereich 79 zu dem zweiten Ab­ schnitt 65 mit einer Außenprofilierung 67 des Umfangsbe­ reichs 63 des Getriebeteils 60 umgeformt. Die Außenprofi­ lierung 67 ist dabei radial oberhalb eines Bodenbereichs 62 angeordnet und erstreckt sich zu beiden Seiten des Boden­ bereichs 62. Die beiden Abschnitte 64, 65 des Umfangsbe­ reichs 63 sind konzentrisch zu einer Rotationsachse 61 des Getriebeteils 60 und radial versetzt zueinander. Aufgrund der einstückigen Ausbildung des Getriebeteils 60 ist dieses insgesamt einfach zu fertigen und weist eine hohe Festig­ keit auf. Alle Umformoperationen können auf einem Drück­ walz-Center in einer Aufspannung erfolgen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines Getriebeteils (20, 40) mit

• - einem im wesentlichen radial verlaufenden Bodenbe­ reich (22, 42),
• - einem im wesentlichen axial verlaufenden Umfangsbe­ reich (23, 43) mit zwei Abschnitten (24, 25; 44, 45), von denen sich ein Abschnitt zur einen Seite des Bodenbereichs (22, 42) und der andere Abschnitt zur gegenüberliegenden Seite des Bodenbereichs (22, 42) hin erstreckt,
• - einer Innenprofilierung (26, 46) auf einem Abschnitt (4, 44) des Umfangsbereichs (23, 43), und
• - einer Außenprofilierung (27, 47) auf dem anderen Ab­ schnitt (25, 45) des Umfangsbereichs (23, 43), mit den Verfahrensschritten:
• - Umformen einer Blechronde (30, 50) zu einer topfför­ migen Vorform (31, 51) mit einem Boden (32, 52) und einer Ringwand (33, 53),
• - Formen eines ringförmigen Stegs (34, 54), der sich vom Boden (32, 52) aus zu der Seite erstreckt, welche von der Ringwand (33, 53) abgewandt ist,
• - Drückwalzen und Endformen der Ringwand (33, 53) zu dem einen profilierten Abschnitt (24, 44) des Umfangsbereichs (23, 43) und
• - Drückwalzen und Endformen des ringförmigen Stegs (34, 54) zu dem anderen profilierten Abschnitt (25, 45) des Umfangsbereichs (23, 43).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen des ringförmigen Stegs (34) durch Spalten des Bodens (32) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formen des ringförmigen Stegs (54) durch Abstreckwalzen der Außenseite der Ringwand (53) er­ folgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformen der Blechronde (30, 50), das Formen des Stegs (34, 54) und das Drückwalzen in einer Ein­ spannung auf einer Drückwalzmaschine durchgeführt wer­ den.

5. Verfahren zur Herstellung eines Getriebeteils (60) mit

• - einem im wesentlichen radial verlaufenden Bodenbe­ reich (62),
• - einem im wesentlichen axial verlaufenden Umfangsbe­ reich (63) mit zwei Abschnitten (64, 65), von denen sich ein Abschnitt zur einen Seite des Bodenbereichs (62) und der andere Abschnitt zur gegenüberliegenden Seite des Bodenbereichs (62) hin erstreckt,
• - einer Innenprofilierung (66) auf einem Abschnitt (64) des Umfangsbereichs (63), und
• - einer Außenprofilierung (67) auf dem anderen Ab­ schnitt (65) des Umfangsbereichs (63), mit den Verfahrensschritten:
• - Bilden einer Vertiefung (72) in einem Mittenbereich einer Blechronde, wobei die Vertiefung (72) den Bo­ denbereich (62) des Getriebeteils (60) bildet,
• - Umbiegen eines äußeren Randes (73) der Blechronde zu der Seite, zu der sich die Vertiefung (72) wölbt, und
• - Drückwalzen und Endformen des gebogenen äußeren Ran­ des (73) zu den beiden profilierten Abschnitten (64, 65) des Umfangsbereichs (63).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umbiegen des äußeren Randes (73) durch Bordie­ ren mittels einer Bordierrolle bei rotierender Blech­ ronde durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden der Vertiefung (72) und das Umbiegen des äußeren Rande (73) gleichzeitig in einem Pressen­ schritt ausgeführt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenprofilierung (27, 47, 67) und/oder die Innenprofilierung (26, 46, 66) als Evolventenverzah­ nung ausgebildet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenprofilierung (27, 47, 67) und/oder die Innenprofilierung (26, 46, 66) als Mitnehmerverzah­ nung für Lamellenpakete ausgebildet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte (24, 25; 44, 45; 64, 65) radial versetzt zueinander ausgebildet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bodenbereich (22, 42, 62) in einem Pres­ senschritt ein Loch (48, 68) und/oder ein Profil (28) eingebracht werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Pressenschritt beim Einspannen der Blechron­ de (30, 50) in der Drückwalzmaschine erfolgt.