DE102006020902A1

DE102006020902A1 - Verfahren zur Herstellung eines Getriebebauteils

Info

Publication number: DE102006020902A1
Application number: DE200610020902
Authority: DE
Inventors: Cornelius Dr.-Ing. Hentrich; Volker Dipl.-Ing. Keck
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2007-11-08
Also published as: WO2007128359A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Getriebebauteils mit wenigstens einer Verzahnung an einem Innendurchmesser und/oder einem Außendurchmesser aus einer Blechronde. Um auch bei in axialer Richtung relativ dicken Bauteilen eine qualitativ hochwertige Verzahnung erzeugen zu können, umfasst das Verfahren erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte: Feinschneiden der Blechronde, Vorformen eines Bundes am äußeren Rand der Blechronde sowie Herstellung der wenigstens einen Verzahnung durch ein Kaltwalzverfahren mit Fertigstellen des Bundes. Weiterhin wird ein derart hergestelltes Getriebebauteil vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Getriebebauteils mit wenigstens einer Verzahnung an einem Innen- und/oder einem Außendurchmesser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Getriebebauteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Rotationssymmetrische Getriebebauteile werden insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik zur Kraftübertragung eingesetzt und sind häufig mit angeformten Verzahnungen versehen, die als Innen- oder Außenverzahnung ausgebildet sein können.
Diese Verzahnungen werden, neben den hinlänglich bekannten spanenden Verfahren, beispielsweise wie in der gattungsbildenden DE 43 15 503 A1 durch Kaltumformen, insbesondere Schlagwalzen hergestellt.
Überschreitet jedoch die Dicke der Bauteile in axialer Richtung einen bestimmten Wert, so ist die Verzahnung auf diese Weise nicht mehr in hoher Qualität oder mit einer ausreichend hohen Zähnezahl herstellbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit welchem Verzahnungen mit vielen Zähnen in hoher Qualität auch bei relativ dicken Getriebebauteilen angeformt werden können. Weiterhin soll ein derart hergestelltes Getriebebauteil vorgeschlagen werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Getriebebauteil mit Verzahnung durch die folgenden Verfahrensschritte hergestellt wird: Zunächst wird eine Blechronde feingeschnitten, dann wird ein Bund am äußeren Rand der Blechronde vorgeformt. Im letzten Schritt wird die Verzahnung durch ein Kaltwalzverfahren hergestellt, wobei gleichzeitig der Bund fertig gestellt wird.
Mit Hilfe dieses Verfahrens können Bauteile mit einer sehr hohen Bauteil- und Verzahnungsqualität hergestellt werden. Weiterhin kann auf diese Weise eine große Zähnezahl erzeugt werden, wodurch die Verzahnung beispielsweise für eine sehr feinfühlige Sensierung der Drehzahl des Bauteils verwendet werden kann.
Weiterhin kann auf diese Weise am Bund ein sehr kleiner Bodenradius erzeugt werden, was wichtig ist, wenn die Getriebebauteile im Zentriersitz mit anderen Bauteilen verbunden sind.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Anwendbarkeit des Verfahrens auf dicke Bauteile eine größere Länge für ein eventuelles axiales Verschieben des Bauteils erzeugt werden kann. Weiterhin können Verzahnungen mit hoher Überdeckung erzeugt werden, über die ein hohes Drehmoment übertragen werden kann.
Ferner wird durch die kaltgewalzte Verzahnung und deren dadurch verursachte große Härte durch Kaltverfestigung des Werkstoffs ein geringerer Verzahnungsverschleiß sowie eine längere Lebensdauer der Bauteile erreicht.
Vorteilhafterweise wird gleichzeitig eine Innenverzahnung sowie eine Außenverzahnung vorgesehen. So kann das Verfahren optimal genutzt werden, denn es können zwei Verzahnungen in einem Verfahrensschritt erzeugt werden. (Anspruch 2).
Vorteilhafterweise wird zwischen dem Vorformen des Bundes der Blechronde und dem Kaltwalzen die Blechdicke durch ein Drückwalzverfahren reduziert. Auf diese Weise wird das Material besser über die Breite der Blechronde verteilt (Anspruch 3).
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden das Drückwalzen und das Kaltwalzen der Verzahnung in Verfahrenskombination auf einer Kaltwalzmaschine durchgeführt. So können die Anzahl der verwendeten Fertigungsschritte reduziert und die Fertigungskosten gesenkt werden (Anspruch 4).
Weiterhin können das Feinschneiden und das Vorformen des Bundes der Blechronde in einem Stufenwerkzeug auf einer Feinschneidpresse durchgeführt werden. Auch dies dient einer Reduzierung der Verfahrensschritte und einer Vereinfachung des Verfahrens (Anspruch 5).
Es ist vorteilhaft, wenn nach dem Kaltwalzen der Verzahnung Fenster in die Verzahnung gestanzt werden. Dies dient einer Erhöhung der Feinfühligkeit der oben beschriebenen Sensierung bei gleich bleibender Zähnezahl (Anspruch 7).
Weiterhin werden ein rotationssymmetrisches Getriebebauteil, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist, sowie ein stufenloses Getriebe (CVT) mit wenigstens einem solchen Bauteil vorgeschlagen.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
1 eine Blechronde nach dem Feinschneideverfahren,
2 die Blechronde nach dem Vorformen des Bundes,
3 das fertige Getriebebauteil nach der Durchführung des Verfahrens,
4 eine weitere Ausführungsform eines Getriebebauteils sowie
5 eine Detailansicht des Getriebebauteils aus 4.
In den 1 bis 3 wird ein Verfahren zur Herstellung einer ersten Ausführungsform eines rotationssymmetrischen Getriebebauteils 1 aus einer Blechronde 11 anhand der verschiedenen Zwischenstufen des Bauteils 1 nach den einzelnen Verfahrensschritten dargestellt.
Bei diesem Getriebebauteil 1 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Mitnehmerscheibe 21, wie sie in einem Getriebe eingesetzt wird. Diese weist nach der Durchführung des Verfahrens im fertigen Zustand, der in 3 dargestellt ist, an ihrem Innendurchmesser 7 eine Innenverzahnung 3 auf, die auch als Mitnahmeverzahnung 23 bezeichnet wird. Diese Verzahnung 23 kämmt mit einer entsprechenden Gegenverzahnung, beispielsweise auf einer Variatorscheibe eines CVT-Getriebes. Die Mitnahmeverzahnung 23 ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer Lamellenverzahnung, wie sie beispielsweise bei Automatikgetrieben häufig eingesetzt wird, ausgeführt. Bei CVT-Getrieben handelt es sich um stufenlose Getriebe für Kraftfahrzeuge. Es kann sowohl als Umschlingungs-CVT-Getriebe als auch als CVT-Wälzgetriebe (Toroid) ausgeführt sein, wie es beispielsweise in der DE 102 06 202 A1 detailliert beschrieben ist. Im Unterschied zu bisherigen CVT-Getrieben können mit der Mitnehmerscheibe zum einen höhere Drehmomente übertragen und zum anderen eine bessere Abstützung höherer Lasten in axialer Richtung realisiert werden.
Weiterhin weist die Mitnehmerscheibe 21 eine zweite Verzahnung 5, die der Sensierung der Drehzahl der Mitnehmerscheibe 21 dient, an ihrem Außendurchmesser 9 auf.
Als Ausgangspunkt des Verfahrens dient eine in 1 dargestellte Blechronde 11, welche hier relativ dickwandig ist, in axialer Richtung also eine Blechdicke 17 von über 10 mm aufweist. Die Blechronde 11 weist dabei eine Innenbohrung 12 auf. Im ersten Verfahrensschritt wird die Blechronde 11 auf einer Feinschneidpresse feingestanzt bzw. feingeschnitten. Auf diese Weise werden genaue Schnittkanten mit einem hohen Glattschnittanteil erzeugt. Im gleichen Verfahrensschritt wird auf derselben Maschine die Blechronde 11 in die in 2 dargestellte Vorform 25 gebracht, indem, üblicherweise mit Hilfe eines Stufenwerkzeugs auf der Feinschneidpresse, der äußere Rand 13 zu einer Art Absatz 26 vorgeformt bzw. durchgesetzt wird, so dass dieser Absatz 26 in axialer Richtung 29 über die Querschnittsfläche 27 der Blechronde 11 hinausragt. Das Ziel dieses Verfahrensschritts ist neben dem Schaffen des Absatzes 26 eine bessere Materialverteilung über den Querschnitt der Blechronde 11. Der Absatz 26 ist dabei eine Vorstufe eines Bundes 15, der im nächsten Verfahrensschritt fertig gestellt wird.
Anschließend folgt ein fakultativer Zwischenschritt, das Drückwalzen der Verzahnungen 3 und 5. Dabei wird die Wand des Absatzes mit Drückrollen gegen ein profiliertes Werkzeug in radialer Richtung drückgewalzt. Dieser Zwischenschritt dient zur Reduzierung der Ausgangswanddicke und damit zur Vorbereitung auf die folgende Verzahnungsherstellung und ist nur bei komplizierten Verzahnungsgeometrien erforderlich. Sind die Geometrien hingegen einfacher, so kann das Drückwalzen auch entfallen oder durch ein spanendes Bearbeitungsverfahren ersetzt werden.
Ist das Drückwalzen jedoch erforderlich, so kann es in Verfahrenskombination mit dem anschließenden Verfahrensschritt, dem Kaltwalzen der Verzahnungen 3 und 5 auf einer Kaltwalzmaschine durchgeführt werden. Das Kaltwalzen, das auch als Schlagwalzen oder als Grob-Walzen bezeichnet wird, erfolgt durch ein Einstechen in das Bauteil 1 in axialer Richtung 29. Die Kaltwalzmaschine weist dabei eine drehbare Werkstückaufnahme mit einem profilierten Dorn auf sowie einen in einem Walzkopfträger drehbaren Walzkopf, in dem eine drehbare Schlagwalze gelagert ist, mit der bei jeder Walzkopfumdrehung ein Teilwalzvorgang an dem Getriebebauteil 1 durchgeführt wird, welches koaxial zum Dorn angeordnet ist.
Durch das Kaltwalzen wird der Bund 15 fertig geformt. Gleichzeitig werden die Verzahnungen 3 bzw. 5 am Innendurchmesser 7 bzw. Außendurchmesser 9 des Bunds 15 angeformt.
Nach dem Kaltwalzen wird der Verzahnungsrand noch stirnseitig segmentweise beschnitten. Dies geschieht üblicherweise auf einer Stanzmaschine.
Alternativ handelt es sich bei dem Getriebebauteil 1 um eine beispielhaft in 4 dargestellte, axial bewegbare Variatorscheibe 31, wie sie in einem stufenlosen Getriebe eingesetzt wird. In diesem Fall ist eine Mitnahmeverzahnung 23 in Form einer Lamellenverzahnung am Außendurchmesser 9 vorgesehen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird abschließend an der Außenverzahnung 5 noch ein weiterer zusätzlicher Verfahrensschritt durchgeführt. Dazu werden in die Außenverzahnung 5, wie in 5 in einer Detaildarstellung gezeigt, in radialer Richtung noch Fenster 19 zwischen die Zahnlücken 27 der Verzahnung 5 eingestanzt, um durch die Kombination von Fenstern 19 und Verzahnung 5 eine beispielsweise für die Drehzahlsensierung benötigte höhere Auflösung über den Umfang des Getriebebauteils 1 zu erreichen.
Das Verfahren und das Bauteil sind nicht beschränkt auf die dargestellten Ausführungsbeispiele.
Beispielsweise sind die jeweiligen Zwischenschritte optional und hängen von der Blechdicke und der zu erzielenden Bauteilgüte ab.
Weiterhin sind neben den beiden dargestellten Beispielen noch weitere Getriebebauteile mit diesem Verfahren herstellbar.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Getriebebauteils (1) mit wenigstens einer Verzahnung (3, 5) an einem Innendurchmesser (7) und/oder einem Außendurchmesser (9) aus einer Blechronde (11), gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Feinschneiden der Blechronde (11), – Vorformen eines Bundes (15) am äußeren Rand (13) der Blechronde (11) sowie – Herstellung der wenigstens einen Verzahnung (3, 5) durch ein Kaltwalzverfahren mit Fertigstellen des Bundes (15).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig eine Innenverzahnung (3) sowie eine Außenverzahnung (5) vorgesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Vorformen des Bundes (15) der Blechronde (11) und dem Kaltwalzen die Blechdicke (17) durch ein Drückwalzverfahren reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drückwalzen und das Kaltwalzen der Verzahnung (3, 5) in Verfahrenskombination auf einer Kaltwalzmaschine durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinschneiden und das Vorformen des Bundes (15) der Blechronde (11) in einem Stufenwerkzeug auf einer Feinschneidpresse durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (3, 5) nach ihrer Herstellung durch Kaltwalzen stirnseitig beschnitten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kaltwalzen der Verzahnung (3, 5) Fenster (19) in die Verzahnung (3, 5) gestanzt werden.
Rotationssymmetrisches Getriebebauteil (1), welches wenigstens an einem Innendurchmesser (7) und/oder einem Außendurchmesser (9) eine Verzahnung (3, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebebauteil (1) durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
Getriebebauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) in axialer Richtung eine Dicke (17) von mehr als 10 mm aufweist.
Getriebebauteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei wenigstens einer der Verzahnungen (3, 5) um eine Lamellenverzahnung handelt.
Getriebebauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebebauteil (1) als eine Variatorscheibe (31) mit einer Außenverzahnung (5) als Lamellenverzahnung ausgeführt ist.
Getriebebauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebebauteil (1) als eine Mitnehmerscheibe (21) mit einer Innenverzahnung (3) als Lamellenverzahnung ausgeführt ist.
Getriebebauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebebauteil (1) eine Außenverzahnung (5) zur Sensierung seiner Drehzahl aufweist.
CVT-Getriebe für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das CVT-Getriebe wenigstens ein Getriebebauteil (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13 umfasst.