EP0555631B1

EP0555631B1 - Verfahren zur Herstellung eines aussen verzahnten Getriebeteiles

Info

Publication number: EP0555631B1
Application number: EP19930100136
Authority: EP
Inventors: Udo Friese
Original assignee: WF Maschinenbau und Blechformtecknik GmbH and Co KG
Current assignee: WF Maschinenbau und Blechformtecknik GmbH and Co KG
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1993-01-07
Publication date: 1996-04-03
Anticipated expiration: 2013-01-07
Also published as: CA2086043A1; DE4244720A1; EP0555631B2; CA2086043C; EP0555631A1; ES2086139T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines außen verzahnten Getriebeteiles gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Außenverzahnte Getriebeteile sind z.B. als Schwungräder für Schaltgetriebe oder Anlasser im Kraftfahrzeugbau in großem Umfang im Einsatz. Bisher wurden derartige Getriebeteile entweder dadurch hergestellt, daß z. B. die Schwungräder zweiteilig ausgebildet waren. Hierbei wurde die Schwungradscheibe aus kaltverformtem Blech hergestellt und die Außenverzahnung in einem gesonderten Ring mittels spanabhebender Formung gebildet. Der Ring wurde dann an der Schwungradscheibe angeschweißt. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß sie kostenaufwendig ist und daß durch das Schweißverfahren Materialveränderungen in das Schwungrad eingetragen werden, die nicht voll zu überblicken sind.
Um das Gesamtgewicht eines Getriebeteiles bei ausreichender Festigkeit sowohl im Scheibenbereich als auch im Bereich der Außenverzahnung herabzusetzen, ist bereits in der EP-0 333 917 A2 vorgeschlagen worden, daß die Außenverzahnung aus einem vor deren Formung gegenüber dem Blechrohling verdickten Randbereich desselben gebildet ist, derart, daß der Querschnitt der Außenverzahnung größer ist als der Querschnitt einer entsprechend langen Ringzone mit der Blechstärke des Blechrohlings.
Hierzu wird vor der Formung der Außenverzahnung der betreffende Randbereich mittels geeigneter Blechverformungsverfahren, wie Stauchung od. dgl. verdickt, wodurch Gefügeänderungen in das Material eingetragen werden. Da für diese Getriebeteile üblicherweise Kohlenstoffstahl eingesetzt wird, tritt eine zwangsläufige Härtung ein, die für das nachfolgende Bearbeitngsverfahren nachteilig ist. Die Ausbildung der Zähne wird bei dieser Ausführungsform dann durch ein Einhämmern der Zähne nach einem ebenfalls zum Stand der Technik gehörenden Verfahren durchgeführt. Diese zweitgenannte Verfahrensweise hat weiterhin den Nachteil, daß es immer wieder vorkommen kann, daß die Zahnflanken nicht ausreichend tragfähig sind, so daß bei hohen Belastungen ein Brechen der Zähne auftreten kann. Außerdem hat die bekannte Anordnung den Nachteil, daß die Zähne nicht nur auf der Außenseite des Randbereiches der Ronde ausgebildet sind, sondern auch nach hinten zum Innenraum der Ronde eine zahnartige Wellung dieses Randbereiches erfolgt, so daß hierdurch bei Umlauf des Rades eine ganz erhebliche Geräuschentwicklung eintritt.
Aus der EP-0 140 576 A1 ist ein Schwungrad bekanntgeworden, das aus einem Preßteil, d. h. einem Vorzug, hergestellt wird, wobei die an der Außenseite eines sich axial erstreckenden Teiles vorgesehenen Zähne durch Walzen hergestellt werden. Die Zeichnung zeigt dieses Bauteil so, als ob der Innenkranz der Zähne glatt ausgebildet ist. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß von einem Vorzug ausgegangen wird, wobei die Wandstärke des sich axial erstreckenden zylindrischen Bereiches genau der Wandstärke der Nabenfläche entspricht, so daß entweder der Fußkranz des Zahnkranzes zu dünn und zu schwach ist, so daß ein Brechen der Zähne eintreten kann, oder aber die Nabenfläche ist zu dick, so daß hier eine Materialverschwendung und eine unerwünschte Gewichtserhöhung eintritt.
Aus der DE-40 06 582 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnrades bekannt, bei welchem die Zahnrolle um eine Achse umläuft, die in Umfangsrichtung des zu bearbeitenden Werkstückes steht und bei welchem die Umformarbeit in eine Vielzahl von Einzelumformschritten aufgelöst ist, d. h. die Zähne werden in den Rand des Werkstückes eingehämmert, so daß eine Gefügezerstörung auftritt, d. h. der Faserverlauf des Metalls wird zerstört und hier können später Brüche auftreten.
Auch bei der Verfahrensweise gemäß der DE-39 32 823 C1 werden die Zähne in eine axiale Fläche eingedrückt, deren Stärke der Wandstärke der Nabenfläche entspricht.
Aus der FR-A-24 95 508 ist ein Verfahren zur Herstellung von Riemenscheiben oder Poly-V-Scheiben bekanntgeworden, bei welchem eine Metallronde in einem ersten Verfahrensschritt tiefgepreßt wird, so daß ein topfartiges Preßteil erzielt wird. Dieses Preßteil weist im Bereich der Nabenfläche und im Bereich der sich koaxial, d. h. im wesentlichen senkrecht zur Nabenfläche erstreckenden zylindrischen Fläche die gleiche Wandstärke auf. Anschließend ist es erforderlich, den Randbereich der gebildeten zylindrischen Flächen fein zu bearbeiten. Als nächster Verfahrensschritt schließt sich ein sogenanntes "Kollapsen" der zylindrischen Randfläche an. Durch dieses "Kollapsen" wird die zylindrische Randfläche durch Verformung in ihrer Höhe reduziert, wobei gleichzeitig der Randbereich zwischen der Nabenfläche und der zylindrischen Fläche eingefaltet wird. Der so kollapste Randbereich wird dann über eine Zudrückrolle umgeformt und zusammengedrückt.
Dieses bekannte Verfahren benötigt also im wesentlichen fünf aufeinanderfolgende, unbedingt erforderliche wesentliche Bearbeitungsschritte, wobei die für das Kollapsen aufzuwendenden Kräfte erheblich sind, so daß große maschinelle Aufwendungen erforderlich sind.
In der gattungsbildenden EP-A-343 314 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Riemenscheibe beschrieben, bei der eine Metallronde in ihrem Umfangsbereich bordiert und anschließend die Bordierung zur Bildung einer Auflagefläche flachgedrückt wird, wobei dann in die so gebildete Auflagefläche in Umfangsrichtung verlaufende Nuten eingearbeitet werden oder es ist auch möglich, Querverzahnungen in diese Auflagefläche einzubringen, so daß eine querverzahnte Riemenscheibe erstellt wird. Da der Werkstoff der Bordierung aber zur Bildung der Auflagefläche bereits verdichtet ist, sind besondere Anforderungen an die Herstellung der Verzahnung gestellt, d. h. die Verzahnung wird in ein verdichtetes Metallteil eingebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem ausgehend von einer Ronde ohne Materialverhärtung eine Verdickung des Randbereiches der Ronde beim Herstellen der Zähne erzielt wird.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des unabhängigen Anspruches 1 gelöst.
Mit anderen Worten ausgedrückt wird bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Arbeitsverfahren im Randbereich der Ronde eine Bordierung vorgesehen, d. h. ein einfaches Umbiegen des hierzu bestimmten Rondenbereiches, so daß keine Gefügeveränderungen eintreten. Anschließend werden über eine als Zahnrolle ausgebildete Formrolle in diesen bordierten Bereich des Ausgangsbauteiles die Zähne eingedrückt, wobei erst zu diesem Zeitpunkt eine Gefügeveränderung im Material des Ausgangsbauteiles eintritt.
Praktische Versuche haben gezeigt, daß es ohne weiteres möglich ist, durch diese beiden Arbeitsverfahren ein außen verzahntes Getriebeteil zu schaffen, dessen Nabenfläche relativ dünnwandig ist und dessen sich senkrecht zur Nabenfläche erstreckender Randbereich, der den Zahnkranz aufnimmt, eine solche Stärke aufweist, daß die Zähne die ausreichende Höhe und der Fußkranz des Zahnkranzes die ausreichende Festigkeit aufweist.
Zur Herstellung eines solchen Getriebeteiles wird dann gemäß der Erfindung eine Vorrichtung vorgeschlagen, die sich im wesentlichen dadurch kennzeichnet, daß zwei synchron angetriebene Wellen vorgesehen sind, wobei die eine Welle die Aufnahmespindel für das Werkzeug und den Vorsetzer trägt und die andere Welle die Formrolle, wobei die Synchronisierung dieser beiden Wellen durch einen Kettentrieb erfolgt. Hierdurch ist der Einsatz nur eines Antriebsmotors möglich, und die bisherigen Versuche, einen Synchronlauf zwischen einem Werkzeug und einer Formrolle durch elektronische Schaltung zu erreichen, hat sich bei den hohen, hier auftretenden Kräften nicht bewährt.
Die Umlenk- und Spannrollen sind außerdem zusätzlich auf dem Schlitten durch Stellschrauben in ihrer Lage einstellbar, so daß dadurch ein Verstellen der einzelnen Umlenk- und Spannrollen durch die Stellschrauben möglich wird, woraus sich die Möglichkeit ergibt, die Zahnrolle zum Werkzeug exakt auszurichten. Mit anderen Worten ausgedrückt wird dadurch erreicht, daß man die Zahnrolle unabhängig vom Schlitten und unabhängig vom Werkzeug in ihrer Drehstellung einstellen kann und damit auf das Werkzeug ausrichten kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
Die Zeichnungen zeigen dabei in den

Fig. 1 bis 4: die Herstellung eines außen verzahnten Getriebeteiles aus einer Metallronde,
Fig. 5: das erzielte Getriebeteil,
Fig. 6: eine abgeänderte Möglichkeit zur Erzielung der Bordierung,
Fig. 7: den Einsatz einer Zahnrolle in Verbindung mit einem eine Bordierung aufweisenden Vorzug und in
Fig. 8: schematisch die Anordnung der Synchronisation des Werkzeuges und der Formrolle.

In Fig. 1 ist bei 1 eine Metallronde dargestellt, die zwischen einem Werkzeug 2 und einem Vorsetzer 3 festgelegt ist. Das Werkzeug weist einen Aufnahmeraum 7 auf.
Oberhalb der Metallronde 1 ist eine Bordierrolle 4 dargestellt, die einen mittleren abgerundeten Bereich und zwei an diesem befestigte Gegenhalterscheiben 4a und 4b aufweist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung hat sich die Bordierrolle 4 auf das Werkzeugteil zubewegt und dabei die Metallronde 1 bordiert, so daß die Bordierung 6 entstanden ist.
Bei der Darstellung in Fig. 3 ist die Bordierrolle 4 durch eine Zahnrolle 5 ersetzt, die als Formrolle arbeitet und einen mittleren Bereich aufweist, der an seinem Außenumfang Zähne aufweist, wobei zusätzlich durch die Gegenhalterscheiben 5a und 5b ein Aufnahmeraum 8 geschaffen wird. In Fig. 3 ist ein Zahn 9 der Zahnrolle 5 erkennbar.
Durch weiteres Zustellen der Zahnrolle 5, so wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, wird nunmehr die Bordierung 6 in dem durch den Aufnahmeraum 7, den Aufnahmeraum 8 und den Zwischenraum zwischen den Zähnen 9 gebildeten Raum hineingepreßt, so daß dadurch der umlaufende Zahnkranz gebildet wird, so wie dies Fig. 5 der Zeichnungen zeigt.
In Fig. 5 ist mit 12 die Nabenfläche eines Anlasserzahnrades bezeichnet, wobei diese Nabenfläche eine Dicke a aufweist. Der Zahnkranz in diesem Bauteil wird durch die Zähne 10 und den durchgehenden Fußkranz 11 gebildet, wobei die Stärke des Fußkranzes 11 mindestens der Stärke der Nabenfläche 12 entspricht.
Fig. 6 zeigt Fig. 3 entsprechend ein Ausgangsteil, beispielsweise eine Metallronde, deren Bordierung nicht halbkreisförmig wie in Fig. 3 dargestellt ausgebildet ist, sondern die lediglich etwas angebogen ist, so dann bei Tätigwerden der in Fig. 4 dargestellten Zahnrolle dasselbe Ergebnis erzielt wird wie in Fig. 4 dargestellt.
In Fig. 7 ist das zur Herstellung des Getriebeteiles gemäß Fig. 5 erforderliche Ausgangsprodukt ein Vorzug 16, wobei dieser Vorzug 16 neben einer Bordierung 17 einen sich in axialer Richtung der Nabenfläche erstreckenden Flansch 18 aufweist, der später mit sogenannten Geberlöchern versehen werden kann, wenn dieses Getriebeteil im Kraftfahrzeugbau im Bereich des Anlassers eingesetzt wird. Obgleich bei dem in Fig. 7 dargestellten Bauteil die Notwendigkeit eines zweistufigen Verfahrens besteht, nämlich in einem ersten Arbeitsverfahren muß der Vorzug 16 gedrückt werden und dann muß dieses Bauteil umgespannt werden und auf eine Formmaschine aufgespannt werden, wird trotzdem der große Vorteil erreicht, daß der für die Aufnahme der Geberlöcher erforderliche Flansch 18 einteilig mit der Nabenfläche des Getriebeteiles hergestellt werden kann. Auch in diesem Fall wird nach Aufspannen des Vorzuges 16, so wie in Fig. 7 dargestellt, der Zahnkranz durch Zustellen einer Zahnrolle 20 gebildet, wobei sich die Bordierung 17 dann in den Aufnahmeraum 1a des Werkzeuges und 8a der Zahnrolle 20 einpreßt.
In Fig. 8 ist eine Vorrichtung schematisch dargestellt, bei der eine Welle 22 erkennbar ist, die an ihrem oberen Bereich die Aufnahmespindel für das Werkzeug trägt. Im unteren Bereich trägt die Welle 22 ein Kettenrad 23.
Weiterhin ist ein Schlitten 21 erkennbar, der eine Welle 24 trägt, die in ihrem oberen Bereich die Zahnrolle trägt, während im unteren Bereich ein Kettenrad 25 erkennbar ist. Die beiden Kettenräder 23 und 25 werden über eine Kette 26 miteinander verbunden, die u. a. über Umlenk- und Spannrollen 27 und 28 geführt ist, die auf einem Schlitten 29 drehbar gelagert sind. Dieser Schlitten 29 kann über eine hydraulische Kolben-Zylinderanordnung vor- und und zurückbewegt werden, wobei bei entsprechender Bewegung des Schlittens 21, der über eine nicht dargestellte mechanische Einrichtung verstellt werden kann, ein entsprechendes Nachspannen der Kette 26 durch die hydraulische Kolben-Zylinderanordnung 30 erfolgt. Hierdurch ist der Antrieb der beiden Wellen 22 und 24 über einen Motor möglich und es wird ein absoluter Synchronlauf trotz der hohen auftretenden Drücke erreicht.
Mit 31 und 32 sind in Fig. 8 zwei Stellschrauben angedeutet, mit denen es möglich ist, unabhängig von der Verstellung des Schlittens 29, die Umlenk- und Spannrollen 27 und 28 in ihrer Dreheinstellung zu regulieren, so daß dadurch exakte Ausrichtungen der Zahnrolle zum Werkzeug möglich sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines außen verzahnten Präzisionsgetriebeteiles aus einer Metallronde (1) mit einer Nabenfläche (12) und einem umlaufenden, aus einem Fußkranz (11) und daran nach außen vorstehenden Zähnen (10) gebildeten Zahnkranz, der sich im wesentlichen senkrecht zur Nabenfläche (12) erstreckt, wobei die Metallronde (1) in ihrem Umfangsbereich bordiert und anschließend die Bordierung (6, 17) in einem Aufnahmeraum (7) eines Werkzeuges (2) flachgedrückt und mit Zähnen (10) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bordierung (6, 17) unter gleichzeitiger Bildung der Zähne (10) in einem Aufnahmeraum (8) einer Zahnrolle (5) flachgedrückt, d. h. spanlos geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Metallronde ein Vorzug (16) mit einer Bordierung (17) und einem sich daran anschließenden, im wesentlichen senkrecht zur Nabenfläche (12) erstreckenden Flansch (18) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bordierung (6, 17) mittels einer als Zahnrolle (5, 20) ausgebildeten Formrolle erfolgt.
Vorrichtung zur Herstellung eines außen verzahnten Getriebeteiles, wobei die Profilierung nach Zustellen wenigstens einer Zahnrolle mittels dieser unter gleichzeitigem Flachdrücken einer Bordierung durch Drücken erfolgt, wobei ein Werkzeug (2, 2a) stationär auf einer Aufnahmespindel angeordnet ist, die Zahnrolle (5, 20) auf einem Schlitten (21) angeordnet ist, der auf das Werkzeug (2) zu bewegbar ist, wobei die das Werkzeug tragende Aufnahmespindel ein Kettenrad (23) trägt und die die Zahnrolle (5, 20) unter Zwischenschaltung eines Getriebes in gleicher Drehrichtung wie das Werkzeug antreibende Welle (24) ein Kettenrad (25) trägt, die miteinander über eine Kette (26) verbunden sind, wobei in diese Kette (26) zwei auf einem Schlitten (29) gelagerte Umlenk- und Spannrollen (27, 28) eingeschaltet sind und über eine hydraulische Kolben-Zylinderanordnung (30) gegenüber dem die Welle (24) tragenden Schlitten (21) verstellbar sind und als Kettenspanner wirken.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Verstellung der Spannrollen (27, 28) ermöglichende Stellschrauben (31 32).