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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines scheibenförmigen Kupplungskörpers mit
einer Außenverzahnung.
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Derartige
Kupplungskörper
werden beispielsweise in Kupplungseinheiten von Schaltgetrieben
in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Sie arbeiten dort hauptsächlich als
Element für
die Übertragung
von Drehmomenten von einer Schaltmuffe zu einem Gangrad des Schaltgetriebes.
Der Begriff „Kupplungskörper" soll im Sinne der
Erfindung auch Synchronringe in derartigen Kupplungseinheiten erfassen.
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Beispielsweise
offenbart die
DE 39
01 501 A1 einen Kupplungskörper, der in einem Wechselgetriebe
an einem Zahnrad befestigt ist. Für den Eingriff einer Schaltmuffe
weist der Kupplungskörper
eine Außenverzahnung
auf. Die einzelnen Zähne
der Außenverzahnung
sind an einem ersten axialen Ende dachartig ausgebildet bzw. weisen
an diesem ersten axialen Ende eine Anspitzung auf. Des weiteren
weisen die Zähne,
gesehen von dem ersten axialen Ende aus in Richtung eines zweiten
axialen Endes des Zahnes, einen Abschnitt auf, in dem sich die Querschnitte
der Zähne
verjüngen.
Derartige Hinterlegungen stellen sicher, dass ein Eingriff zwischen diesem
Kupplungskörper
und einer Schiebemuffe, die eine Innenverzahnung aufweist und in
axialer Richtung auf den Kupplungskörper geschoben werden kann,
sich unter Last im Schaltgetriebe nicht unbeabsichtigt löst.
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Wie
bekannt, können
im Vergleich zur spanabhebenden Bearbeitung die Herstellungskosten
des Kupplungskörpers
durch eine spanlose Fertigung gesenkt werden. Üblicherweise werden die scheibenförmigen Kupplungskörper aus
einer Platine geprägt oder
gestanzt, wobei beispielsweise ein Ziehstempel einer entsprechenden
Präge-
oder Stanzvorrichtung in axialer Richtung des zu fertigenden Kupplungskörpers wirkt.
Die beschriebenen Profile, nämlich
Anspitzungen, Hinterlegungen oder auch andere Profilierungen der
Zähne können in
spanloser Fertigung nur aufwendig eingebracht werden. Beim Stanzen der
scheibenförmigen
Kupplungskörper
aus einer Platine ist zudem der Materialeinsatz sehr hoch. Auch
kann der Übergang
von Anspitzung und Hinterlegung nur mit großem Aufwand scharfkantig gestaltet
werden, wobei ein scharfkantiger Übergang kurze Schaltwege im
Schaltgetriebe begünstigt.
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Um
die Herstellung eines Kupplungskörpers mit
hinterschnittenen Zahnprofilen zu vereinfachen, schlägt die
DE 100 36 088 A1 vor,
für die
Herstellung des Kupplungskörpers
zwei Scheiben zu verwenden, die zumindest abschnittsweise stirnseitig
aneinander liegen und entsprechend aneinander befestigt sind. Der
Kupplungskörper
wird dabei zwischen dem ersten axialen Ende und dem zweiten axialen
Ende so geteilt, dass die Verjüngungen
an den einzelnen Ringen bzw. Scheiben problemlos eingeformt werden können. So
wird in der
DE 100
36 088 A1 vorgesehen, dass jede der Scheiben außen an der
Umfangsfläche
mit jeweils einem Anteil eines jeden Zahnes der Außenverzahnung
versehen ist, wobei der Zahn quer zur Mittelachse des Kupplungskörpers geteilt ist.
Die oben beschriebene Zweiteilung des Kupplungskörpers vereinfacht zwar die
Einbringung des Zahnprofils, jedoch erhöht sich dadurch die Anzahl der
Einzelteile und auch die Anzahl der einzelnen Montageschritte.
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Der
DE 100 18 039 C2 ist
ein Verfahren zur Herstellung eines scheibenförmigen Kupplungskörpers mit
einer Außenverzahnung
zu entnehmen, wobei zunächst
ein sich in einer Ebene erstreckender Blechstreifen mit zwei Stirnenden
bereitgestellt wird. Auf einer Oberseite des Blechstreifens wird
eine Verzahnung durch spanlose Formgebung aufgebracht. Danach wird
der Blechstreifen zu einem Ring gebogen, wobei die einzelnen Zähne der
Außenverzahnung
in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Letztlich werden
die zwei zueinander gebogenen Stirnenden miteinander verbunden.
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Durch
das Verfahren gemäß der
DE 100 18 039 C2 kann
ein scheibenförmiger
Kupplungskörper kostengünstig hergestellt
werden. An die ausgeformten Zähne
können
wahlweise Dachverzahnungen, Hinterschnitte oder sonstige Konturen
während
des Formungsprozesses oder nachträglich eingebracht werden. Jedoch
lassen sich insbesondere bei der Einbringung während des Formungsprozesses
keine scharfkantigen Übergänge von
Anspitzung und Hinterlegung erzeugen, was bei Kupplungskörpern in Kupplungseinheiten
von Kfz-Schaltgetrieben für
den Schaltkomfort von Vorteil ist. Eine nachträgliche Einbringung von Konturen
ist immer mit zusätzlichen Herstellungskosten
verbunden, die möglichst
gering zu halten sind.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Kupplungskörpers
bereitzustellen, das kostengünstig
ist und eine Anordnung von Anspitzungen und Hinterlegungen im Zahnprofil
der Zähne
der Außenverzahnung
gestattet, die beim Einsatz des Kupplungskörpers in Kupplungseinheiten
von Kfz-Schaltgetrieben einen
höheren
Schaltkomfort ermöglicht.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch das Verfahren
gemäß Anspruch
1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
können
den Unteransprüchen
entnommen werden.
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Gemäß dem Verfahren
nach Anspruch 1 ist zunächst
ein Blechstreifen bereitzustellen, der sich in einer Ebene erstreckt
und zwei Stirnenden aufweist. Vorzugsweise weist dieser Blechstreifen
eine rechteckige Grundform auf, wobei eine Länge des Blechstreifens ein
Vielfaches einer Breite des Blechstreifens beträgt. In den flach ausgerichteten
Blechstreifen wird nun durch z. B. Prägen, Rollieren und/oder Walzen
die Außenverzahnung
eingebracht. Dabei können
Anspitzungen, Hinterlegungen oder dergleichen in kostengünstiger
Weise eingeformt werden. Da Verzahnung, An spitzung und Hinterlegung
im gestreckten Zustand des Blechstreifens eingebracht werden, ist
das erfindungsgemäße Verfahren
mit einem vergleichsweise geringen Werkzeugaufwand möglich. So
kann eine aufwendige Bewegung der Werkzeuge, wie dies bei einem
bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik zur Anbringung der
hinterlegten Verzahnung beim scheibenförmigen Kupplungskörper notwendig
ist, durch das erfindungsgemäße Verfahren
umgangen werden.
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Da
die oben erwähnten
Profilelemente der Zähne
(zum Beispiel Hinterlegung, Anschnitt) frei von Hinterschnitten
und in nahezu beliebiger Anordnung eingebracht werden können, ist
eine einstückige
Fertigung des Kupplungskörpers
möglich.
Im Vergleich zum Verfahren gemäß der
DE 100 36 088 A1 entfallen
somit die Fertigungs- und Handhabungskosten für das Fügen von zwei oder mehreren
Teilen eines Kupplungskörpers.
Die Ausbildung der Profilelemente erfolgt in hoher Genauigkeit,
so dass nachträgliche spanabhebende
Bearbeitungsgänge
bei der Fertigung der Außenverzahnung
grundsätzlich
entfallen können.
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Ein
Vorteil bei der Fertigung von Teilen aus Blech besteht darin, dass
die einzelnen Verfahren, wie Zuschneiden, Profilieren, Umformen
auf einer Fertigungsanlage- oder Linie zusammengefasst werden können, was
die Kosten der Fertigung des Kupplungskörpers insbesondere in der Großserie reduziert.
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Der
Blechstreifen kann z. B. von einem endlosen Bandmaterial mit einer
Länge,
die dem Umfang des Kupplungskörpers
entspricht oder in etwa entspricht, abgetrennt werden. Die endgültige scheibenförmige Form
des Kupplungskörpers
wird aus diesem Blechstreifen gebildet, der entsprechend kreisförmig gebogen
wird und an seinen Stirnenden miteinander verbunden wird, so dass
ein geschlossener und in sich stabiler Ring entsteht. Vorteilhaft
ist dabei ein trapezförmiger
Querschnitt des Blechstreifens, um im kreisförmig gebogenen Zustand einen
Rechteckquerschnitt zu erhalten.
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Die
Aufbringung der Verzahnung auf der Oberseite kann in einer ersten
Stufe durch spanloses Formen der Anspitzungen erfolgen, beispielsweise durch
Prägen.
In einer zweiten Stufe können
die Hinterlegungen ausgebildet werden. Das Ausbilden der Hinterlegungen
erfolgt vorzugsweise durch Schneiden oder Stoßen. Ein im Querschnitt trapezförmiges Schneidwerkzeug
wird dabei entlang einer Stoßrichtung
bewegt, die einen Winkel zur Ebene der Oberseite des Blechstreifens
aufweist. Dadurch wird zum einen ein Hinterschnitt der Hinterlegungen
in der Ebene der Oberseite erreicht. Zum anderen ergibt sich ein
scharfkantiger Übergang
von Anspitzung und Hinterlegung. Letztlich können durch das Schneiden oder
Stoßen
die Durchstellungen vom Blechstreifen entfernt werden, die beim
Prägen
der Anspitzungen entstehen.
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Die
zueinander gebogenen Stirnenden können stoffschlüssig, vorzugsweise
durch Schweißen miteinander
verbunden werden.
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An
den Stirnenden des Blechstreifens können Aussparungen vorgesehen
werden, die in Umfangsrichtung des zu bildenden Ringes ein formschlüssiges Ineinandergreifen
der beiden Stirnenden erlauben. Vorzugsweise sind diese Aussparungen zueinander
komplementär
ausgebildet. Zweckmäßig sind
die Aussparungen so auszulegen, dass an der Stoßstelle der zu verbindenden
Stirnenden keine Unstetigkeit in der radialen Dicke des Kupplungskörpers entsteht.
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Der
Kupplungskörper
kann nach dem Verbinden der zwei zueinander gebogenen Stirnenden nachbearbeitet
werden. Diese Nachbearbeitung kann spanabhebende Verfahren oder
auch ein Kalibrieren umfassen. Insbesondere kann eine radial nach innen
gerichtete Innenseite des zu einem Ring gebogenen Blechstreifens
vorzugsweise mittels Feinschneidtechnik nachgearbeitet werden. Dabei
können
an der Innenseite Mitnahmetaschen oder Verzahnungen vorgesehen werden,
die eine formschlüssige
Drehmomentübertragung
des Kupplungskörpers
auf beispielsweise einen Synchronkonus oder auf ein Gangrad ermöglichen.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
an der Innenseite Ansenkungen für
die Verschweißung
mit dem Gangrad oder dergleichen angebracht werden.
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Beim
Umformen kann beim Blechstreifen ein Bereich als Rampe ausgebildet
werden, der sich nach dem Biegen des Blechstreifens zu einem Ring zu
einem konischen Abschnitt des Kupplungskörpers formt. Dieser konische
Abschnitt des Kupplungskörpers
kann als Teil einer Reibkupplung verwendet werden, durch die Drehzahlunterschiede
zwischen verschiedenen Kupplungselementen ausgeglichen werden kann.
Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Kupplungskörper auch
ein Synchronring sein. Bei der Herstellung dieses konischen Abschnitts
sind jedoch Schwierigkeiten an der Stoßstelle des Konus zu erwarten,
an denen die beiden Stirnenden des Blechstreifens aneinander stoßen.
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Die
Verschleißfestigkeit
des Kupplungskörpers
kann durch Härten
erhöht
werden. Dabei sind sowohl Verfahren zum Durchhärten als auch zum Einsatzhärten verwendbar.
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Der
Kupplungskörper
ist durch Zusammenfügen
der Stirnenden des Blechstreifens und gegebenenfalls dem anschließenden Härten im
wesentlichen fertig gestellt. Alternativ dazu ist vorgesehen, dass
die Zähne
der Verzahnung an dem Kupplungskörper
vor oder unter Umständen
auch nach dem Härten
durch Kalibrieren maßgenau
zueinander ausgerichtet werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 einen
Blechstreifen mit Verzahnung;
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2 im
Ausschnitt den Blechstreifen der 1, der zu
einem geschlossenen Ring gebogen worden ist;
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3 einen
Teil des Blechstreifens der 1 von oben.
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1 zeigt
einen Blechstreifen, der in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet
wird. Der Blechstreifen weist zwei Stirnenden 2, 3 auf.
An einer Oberseite 4 des Blechstreifens 1 sind
eine Vielzahl von Zähnen 5 ausgebildet,
die beispielsweise durch Kaltumformprozesse wie Prägen, Walzen,
Rollen, hergestellt werden können.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die 1 bis 3 nur
schematische Darstellungen verkörpern,
um das erfindungsgemäße Verfahren
zu verdeutlichen.
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An
den beiden Stirnenden 2, 3 sind Aussparungen 6 vorgesehen,
die vorzugsweise auch durch Kaltumformen hergestellt werden.
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Der
in der 1 gezeigte Blechstreifen 1 wird nach
erfolgter Formgebung der Zähne 5 einem Biegeprozess
unterworfen, wobei die beiden Stirnenden 2, 3 zueinander
gebogen werden, um einen geschlossenen Ring, wie er ausschnittsweise
in 2 dargestellt ist, zu bilden. 2 verdeutlicht,
wie die beiden Aussparungen 6 der jeweiligen Stirnenden 2, 3 sich
zu einer in Umfangsrichtung des Ringes formschlüssigen Verklinkung ergänzen. Die
beiden Stirnenden 2, 3 können alternativ oder zusätzlich noch miteinander
verschweißt
werden.
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Beim
Biegen des flach liegenden Blechstreifens 1 gemäß der 1 wird
die Oberseite 4 zu einer radial nach außen gerichteten Außenfläche 7,
während
eine Unterseite 8 des flach liegenden Blechstreifens (vgl. 1)
eine radial nach innen gerichtete Innenfläche 9 bildet. In diese
Innenfläche 9 können Mitnahmetaschen
(nicht dargestellt) eingebracht werden, die mit entsprechenden Vorsprüngen eines
anderen Kupplungselementes zusammenwirken und eine Drehmomentübertragung
zwischen dem Kupplungskörper
und dem anderen Kupplungselement ermöglichen.
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3 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie III-III, die in 1 dargestellt
ist. Wie zu erkennen, weisen die einzelnen Zähne eine jeweils gleiche Schnittform
auf. In 3 ist durch den Pfeil 10 die Richtung
angedeutet, aus der in einem Schaltgetriebe eine Schiebemuffe mit
einer Innenverzahnung (nicht dargestellt) auf einen durch den Blechstreifen 1 gebildeten
Kupplungskörper
geschoben wird. Zum gegenseitigen Einrasten der Außenverzahnung
des Kupplungskörpers
und der Innenverzahnung der Schiebemuffe weisen die Zähne 5 eine
Anspitzung 11 auf. Aus der Richtung 10 gesehen
schließt
sich der Anspitzung 11 eine Hinterlegung 12 an,
wobei der Übergang
zwischen der Anspitzung 11 und der Hinterlegung 12 scharfkantig
ist. Im eingerückten
Zustand der Schiebemuffe stehen die Außenverzahnung des Kupplungskörpers und
die Innenverzahnung der Schiebemuffe derart in Eingriff, dass die Zähne 5 mit der
jeweiligen Hinterlegung an entsprechend ausgeformten Zähnen der
Innenverzahnung der Schiebemuffe anliegend. Ein derartiges Zusammenspiel
der Zähne
bewirkt eine axiale Kraft auf die Schiebemuffe in Richtung des Pfeils 10,
so dass ein unbeabsichtigtes Verschieben der Schiebemuffe entgegen
der Richtung des Pfeils 10 verhindert wird.
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Eine
Breite B des gebogenen Blechstreifens 1 bzw. des Kupplungskörpers (siehe 3)
beträgt mehrere
Millimeter, beispielsweise 5 bis 7 mm. Der Abstand zwischen den
beiden Stirnenden 2, 3 des Blechstreifens misst
beispielsweise ca. 245 mm, so dass daraus ein Ring mit einem Außendurchmesser von
rund 78 mm herstellbar ist.
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- 1
- Blechstreifen
- 2
- Stirnende
- 3
- Stirnende
- 4
- Oberseite
- 5
- Zahn
- 6
- Aussparung
- 7
- Außenfläche
- 8
- Unterseite
- 9
- Innenfläche
- 10
- Pfeil
- 11
- Anspitzung
- 12
- Hinterlegung
- B
- Breite