DE10043518A1 - Verfahren zur Herstellung von Formteilen - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere von Zahnrädern, weist folgende Verfahrensschritte auf: DOLLAR A - Bereitstellen von lamellenartigen, dem jeweiligen Querschnitt des Formteils (1) entsprechenden Flachteilen (2), DOLLAR A - Schichten der Flachteile (2) aufeinander unter Bildung des Formteils (1), und DOLLAR A - gegenseitigem Fixieren der Flachteile (2) zur Formfixierung des Formteils (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen und insbesondere von Maschinenbauteilen, wie Gehäusen, Zahnrädern oder dergleichen. Das erfindungsgemäße Verfahren soll dabei in erster Linie für geometrisch komplexe Teile, wie Zahnräder mit Außen- und Innenverzah­ nungen, eingesetzt werden, wie sie z. B. in als Planetengetriebe ausgebil­ deten Vorgelegegetrieben von Kraftfahrzeugstartern Verwendung finden.

Herkömmlicherweise werden solche Formteile je nach Eigenschafts- und Anforderungsprofil auf der Basis von Sinter- oder Gußverfahren herge­ stellt. Dies erfordert einen hohen Verfahrensaufwand etwa im Hinblick auf komplizierte Werkzeuge, hohe Prozeßtemperaturen, die Notwendigkeit von Nachbehandlungen des Formteils, wie z. B. Entgraten, Strahlen usw. Schließlich müssen in üblicher Weise hergestellte Formteile oftmals zur Erzielung besserer Festigkeitseigenschaften nach ihrer eigentlichen Her­ stellung wärmebehandelt werden. Dies kann bekanntermaßen wiederum zu einem Wärmeverzug des Formteils mit entsprechenden Abweichungen von der Sollform fuhren, was einen weiteren Arbeitsgang in Form beispielswei­ se eines Kalibrierens oder Schleifens zum Ausgleich notwendig macht.

Neben den erwähnten Sinter- und Gußverfahren werden Formteile be­ kanntermaßen auch durch Fließpressen, Tiefziehen oder Spritzgießen her­ gestellt. Auch die letztgenannten Prozesse sind aufwendig und erfordern komplette Werkzeuge, wobei das Spritzgießen sich jedoch hauptsächlich auf Formteile aus Kunststoffmaterialien beschränkt, was für die vorliegen­ de Erfindung weniger relevant ist.

Ausgehend von den geschilderten Problemen beim Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen anzugeben, das den Herstellungsprozeß vereinfacht und Nach­ behandlungsschritte unnötig macht.

Diese Aufgabe wird durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

• - Bereitstellen von lamellenartigen, dem jeweiligen Querschnitt des Formteils entsprechenden Flachteilen,
• - Schichten der Flachteile aufeinander unter Bildung des Formteils, und
• - gegenseitigem Fixieren der Flachteile zur Formfixierung des Formteils.

Erkennbar beruht das erfindungsgemäße Verfahren auf einem modulartigen Aufbau des jeweiligen Formteils aus einzelnen lamellenartigen Flachteilen. Diese sind gegenüber dem eigentlichen Formteil durch weitaus einfachere Formgebungsverfahren herstellbar, wie beispielsweise durch Stanzung aus Metallblechen. Anschließend werden diese Flachteile zum Schichten z. B. paketiert und gemeinsam aneinander fixiert. Dies kann beispielsweise durch geeignete Klebstoffe zwischen den einzelnen Flachteilen erfolgen. Zu bevorzugen sind jedoch Verschweißtechniken, wie beispielsweise das Laserstrahlschweißen an den Umfangskanten der Flachteile.

Ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß für die Flachteile selbst bereits vergütete Materialien, wie z. B. wärmege­ härtete, vergütete Federstahlbleche verwendet werden können, so daß ent­ sprechende Nachbehandlungen am eigentlichen Formteil nach dem Schichten und Fixieren der Flachteile entfallen können. Das Formteil weist trotzdem die entsprechenden Spezifikationen, wie Härtegrade usw., auf.

Bei Verwendung von geölten Flachteilen für den Aufbau des jeweiligen Formteils kann sich Öl in den Lamellenzwischenräumen sammeln, das an den Fugenmündungen am Außenumfang des jeweiligen Formteils austreten kann. Dadurch wird das Verschleißverhalten beispielsweise eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zahnrades vorteilhaft beein­ flußt, wodurch auf eine zusätzliche Schmierung des Zahnrades verzichtet werden kann.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind der nach­ folgenden Beschreibung entnehmbar, in der das erfindungsgemäße Verfah­ ren anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung mehrerer Flachteile zur Bildung eines Zahnrad-Formteils in einem schematisch an­ gedeuteten Verfahrenszwischenschritt,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des aus den Flachteilen gemäß Fig. 1 hergestellten, fertigen Zahnrad-Formteils, und

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen analog Fig. 1 und 2 eines Zahn­ rad-Formteils in einer zweiten Ausführungsform.

Anhand der Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Herstellung eines innen­ verzahnten Hohlrades 1 zu erörtern, wie es typischerweise in Vorgelegege­ trieben von Kraftfahrzeug-Startern zum Einsatz kommt. Wie in Fig. 1 dar­ gestellt ist, geht die Herstellung von lamellenartigen, dem jeweiligen Quer­ schnitt des Hohlrades 1 (s. Fig. 2) entsprechenden Flachteilen 2 aus, die aus einem nicht dargestellten, vergüteten Federstahlblech einzeln ausge­ stanzt wurden. Da das Hohlrad 1 (s. Fig. 2) entlang seiner Rotationsachse einen konstanten Querschnitt aufweist, zeigen alle Flachteile 2 eine identi­ sche Form. Insoweit besitzen die Flachteile radial nach innen weisende, nasenartige Vorsprünge 3 an ihrem Ringteil 4 sowie über dessen Außenum­ fang gleichmäßig verteilte Fahnen 5. Im Ausführungsbeispiel sind drei sol­ cher Fahnen 5 gezeigt.

Die so bereitgestellten Flachteile 2 werden durch Paketieren aufeinander geschichtet, wie dies in Fig. 2 erkennbar ist. Die Flachteile 2 werden dabei so aufeinander gelegt, daß die Vorsprünge 3 bzw. Fahnen 5 in rotations­ axialer Richtung miteinander fluchten und so die Innenzähne 6 bzw. Au­ ßenstege 7 des fertigen Hohlrades 1 bilden. Nach dem so vorgenommenen Paketieren der Flachteile 2 werden, über den Außenumfang verteilt, mittels einer nicht näher dargestellten Laserschweißvorrichtung Schweißnähte 8 aufgebracht, die über die einzelnen Flachteile 2 hinweg quer zu deren Hauptebene verlaufen und damit die Flachteile 2 aneinander fixieren. Sol­ che Schweißnähte 8 können zusätzlich oder anstatt auch an der Innenver­ zahnung im Zahngrund 14 zwischen zwei Innenzähnen 6 oder an deren Zahnkopf 15 angebracht sein. Insgesamt wird die Form des Hohlrades 1 durch die Schweißnähte 8 festgelegt.

Mit dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Herstellungsverfahren wird ein au­ ßenverzahntes Zahnrad 9 erzeugt, bei dem die einzelnen Flachteile 2' je­ weils mit radial nach außen weisenden Vorsprüngen 3' versehen sind. An der inneren Öffnung des Ringteils 4' ist jeweils eine flache Aussparung 10 vorgesehen.

Nach dem in Fig. 4 dargestellten Paketieren der Flachteile 2' bilden die äu­ ßeren Vorsprünge 3' gemeinsam in ihrer miteinander fluchtenden Stellung die Außenzähne 11 des Zahnrades 9. Die Aussparungen 10 ergänzen sich zu einer Nut 12, die parallel zur Rotationsachse der Zahnradöffnung 13 verläuft und beispielsweise zur Aufnahme eines nicht näher dargestellten Nutsteines dienen kann.

In Fig. 4 sind Schweißnähte 8' entlang der Innen- und Außenkontur und der Zahnradöffnung 13 des Zahnrades 9 angedeutet, die zur Fixierung der Flachteile 2' aneinander dienen. Diese Schweißnähte 8' körnen wiederum im Zahngrund 14' des Zahnrades 9 zwischen zwei Außenzähnen 11 auf dessen Zahnkopf 15' auf der radial nach außen gerichteten Fläche jeweils in axialer Richtung angebracht sein. Auch eine Verschweißung am inneren Umfang der Zahnradöffnung 13 in axialer Richtung, d. h. am Sitz des Zahnrades auf der Welle, die mit dem Zahnrad 9 verbunden ist, ist möglich.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere von Zahnrädern zum Einsatz in Vorlegegetrieben von Kraftfahrzeugstartern, gekennzeich­ net durch folgende Verfahrensschritte:

• - Bereitstellen von lamellenartigen, dem jeweiligen Querschnitt des Formteils (1, 9) entsprechenden Flachteilen (2, 2'),
• - Schichten der Flachteile (2, 2') aufeinander unter Bildung des Formteils (1, 9), und
• - gegenseitigem Fixieren der Flachteile (2, 2') zur Formfixierung des Formteils (1, 9).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flach­ teile (2, 2') aus einem Metallblech gestanzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß fertig ver­ gütetes Metallblech als Stanz-Rohmaterial verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Fe­ derstahlblech als Stanz-Rohmaterial verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lamellenartigen Flachteile (2, 2') zum Schichten paketiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung der Flachteile (2, 2') jeweils gemeinsam nach Aufbau des kompletten Formkörpers (1, 9) vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung der Flachteile (2, 2') jeweils einzeln nach dem Schichten jedes Flachteils (1, 9) vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung der Flachteile (2, 2') durch Verschweißen, insbesondere durch Laserstrahlschweißen an den Umfangskanten der Flachteile (2, 2'), vorgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung von innen- oder außenver­ zahnten Zahnrädern (1, 9), dadurch gekennzeichnet, daß Schweißnähte (8, 8') zur Fixierung der Flachteile (2, 2') aneinander in axialparalleler Richtung im Zahngrund (14, 14') zwischen zwei Zähnen (6, 11) und/oder an deren Zahnkopf (15, 15') angebracht sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß geölte Flachteile (2, 2') verwendet werden.

11. Formkörper, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekenn­ zeichnet durch einen Aufbau aus einzelnen, lamellenartigen, aufeinander­ geschichteten und aneinander fixierten Flachteilen (2, 2') mit jeweils dem Querschnitt des Formteils (1, 9) entsprechender Kontur.