DE102007036708A1 - Production of a toothed arrangement for planetary wheels in automatic transmissions of vehicles comprises preparing a profiled sturdy metallic workpiece, positioning the workpiece within a tool and adiabatically deforming - Google Patents

Production of a toothed arrangement for planetary wheels in automatic transmissions of vehicles comprises preparing a profiled sturdy metallic workpiece, positioning the workpiece within a tool and adiabatically deforming Download PDF

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Abstract

Production of a toothed arrangement comprises preparing a profiled sturdy metallic workpiece, positioning the workpiece within a tool containing a negative mold of the toothed arrangement and adiabatically deforming the workpiece to produce a toothed arrangement using very high impact speeds of the tool onto the workpiece. Independent claims are also included for the following: (1) Toothed wheel with the above toothed arrangement; and (2) Device for the production of the toothed arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen zur formschlüssigen Kraft- und Bewegungsübertragung, insbesondere zur Herstellung einer Laufverzahnung von Planetenrädern. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung von Verzahnungen zur formschlüssigen Kraft- und Bewegungsübertragung, insbesondere zur Herstellung einer Laufverzahnung von Planetenrädern und ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Zahnrad.The The invention relates to a method for producing toothings for positive force and motion transmission, in particular for producing a running gear of planetary gears. The The invention further relates to a device for the production of Gears for positive locking Force and motion transmission, in particular for producing a running gear of planetary gears and a with the inventive method manufactured gear.

Planetenräder werden in großer Anzahl in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Auf dem Außendurchmesser der Planentenräder befindet sich die so genannte Laufverzahnung, in der Mitte der Planetenräder eine entsprechende Bohrung. Die Fertigung der Laufverzahnung, insbesondere bei Schrägverzahnungen ist sehr aufwändig und wird in der industriellen Praxis vornehmlich durch Zerspanen hergestellt. Übliche Verfahren sind zum Beispiel Fräsen und ein anschließendes Nachwalzen oder Fräsen und ein anschließendes Schleifen des Bauteils. So beschreibt zum Beispiel die DE 36 32 260 C2 ein Verfahren zur Herstellung von schrägen Verzahnungen, bei dem ein Kaltumformen und ein Walzen zur Anwendung kommt. Des Weiteren sind umfangreiche Untersuchungen zur umformenden Verzahnungsherstellung bekannt, die aber bisher nicht zur Serienumsetzung geführt haben. Insbesondere scheiterten derartige Verfahren bisher an den hohen Qualitätsanforderungen der herzustellenden Verzahnungen, insbesondere betreffend Schrägverzahnungen von Planetenrädern. Ein weiterer Nachteil der zuletzt genannten Verfahren besteht darin, dass die Ausformung der Verzahnung nicht ausreichend zur zeichnungsgerechten Planetenraddarstellung ist.Planetary gears are used in large numbers in automatic transmissions of motor vehicles. On the outer diameter of the planetary gears is the so-called running gear, in the middle of the planetary gears a corresponding hole. The production of the running gear, especially in helical gears is very complex and is produced in industrial practice primarily by machining. Typical methods include, for example, milling and subsequent rolling or milling and subsequent grinding of the component. For example, this describes the DE 36 32 260 C2 a method for producing helical gears using cold forming and rolling. Furthermore, extensive studies on the forming of gear teeth are known, but have not yet led to the series implementation. In particular, such methods have hitherto failed because of the high quality requirements of the toothings to be produced, in particular with respect to helical gears of planetary gears. Another disadvantage of the last-mentioned method is that the formation of the toothing is not sufficient for drawing planetary gear representation.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches einerseits den Fertigungsaufwand für die Verzahnungsherstellung erheblich reduziert und andererseits eine anforderungsgerechte Ausformung der Verzahnungen gewährleistet.It Therefore, an object of the present invention is a process for the preparation To provide toothing of the type mentioned, which on the one hand, the production costs for the production of gears significantly reduced and on the other hand a requirement-oriented shape Ensures the teeth.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Verzahnungen bereitzustellen, welche einerseits den Fertigungsaufwand für die Verzahnungsherstellung erheblich reduziert und andererseits eine anforderungsgerechte Ausformung der Verzahnungen gewährleistet.It is still the object of the present invention, a generic device to provide for the production of gears, which on the one hand the production costs for considerably reduces gear production and, on the other hand ensures a requirement-oriented shaping of the teeth.

Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Zahnrad bereitzustellen, welches kostengünstig hergestellt werden kann und dessen Verzahnung eine anforderungsgerechte Ausformung aufweist.Of Another object of the present invention is a generic gear to provide, which is inexpensive can be produced and its teeth a requirement-appropriate Has molding.

Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 sowie ein Zahnrad mit den Merkmalen des Anspruchs 12.Be solved these objects by a method having the features of the claim 1, a device with the features of claim 15 and a Gear with the features of claim 12.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.advantageous Embodiments of the invention are described in the respective subclaims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Verzahnung zur formflüssigen Kraft- und Bewegungsübertragung, insbesondere zur Herstellung einer Laufverzahnung von Planetenrädern umfasst erfindungsgemäß folgende Schritte: a) Bereitstellung eines profiliert und massiv ausgebildeten Werkstücks aus einem metallischen Werkstoff; b) Positionierung des Werkstoffs innerhalb eines eine Negativform der Verzahnung enthaltenen Werkzeugs; und c) adiabatisches Umformen des Werkstücks zur Herstellung der Verzahnung, wobei das Umformen durch eine sehr hohe Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs auf dem Werkstück erfolgt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine anforderungsgerechte Ausformung der Verzahnung, insbesondere einer Planetenradverzahnung durch ein adiabatisches Umformen erreicht (High Speed Impact Forming – HSIF). Durch diese hohe Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs wird der Werkstoff in einen adiabatischen Zustand versetzt, in dem die Verzahnungsausformung bzw. -herstellung stattfindet. Dabei werden die atomaren Bindekräfte des metallischen Werkstoffs reduziert, so dass dieser beim Umformen leichter fließen kann. Durch die spanlose Herstellung der Verzahnung kann der Fertigungsaufwand deutlich reduziert werden. Dabei hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr gute Verzahnungsqualität erzielt wird. Zudem ergibt sich eine sehr hohe Effizienz gegenüber dem bekannten Verzahnungsfräsen. Auch ist die Werkzeugbelastung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren relativ gering gegenüber Fließpressen oder Schmieden, so dass sich deutlich höhere Standzeiten ergeben. Da das erfindungsgemäße Verfahren spanlos ist, ergibt sich zudem eine bessere Materialausnutzung, da keine Späne bei der Verzahnungsherstellung anfallen. Der verwendete Werkstoff ist üblicherweise Stahl. Auch andere Materialien, insbesondere andere Metalllegierungen sind denkbar. Zudem kann das Werkstück ein Rund-, Vierkant- oder Mehrkantprofil aufweisen und/oder rohrförmig und/oder stangenförmig ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Werkzeug aus einer Formauflage und einem Formstempel bestehen, wobei das Umformen durch eine sehr hohe Auftreffgeschwindigkeit des Formstempels auf dem Werkstück erfolgt. Die Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs trägt dabei 5 bis 40 m/s, insbesondere 10 bis 20 m/s. Zur Erzeugung derartiger Geschwindigkeiten wird das Werkzeug mittels einer Hochgeschwindigkeitspresse angetrieben.A method according to the invention for the production of toothing for the form-transmitting transmission of force and movement, in particular for the production of a running gear of planet wheels, comprises according to the invention the following steps: a) provision of a profiled and solid workpiece made of a metallic material; b) positioning of the material within a tool containing a negative form of the gearing; and c) adiabatic forming of the workpiece to produce the toothing, wherein the forming takes place by a very high impact speed of the tool on the workpiece. By the method according to the invention, a requirement-oriented shaping of the toothing, in particular of a planetary gear toothing, is achieved by adiabatic forming (High Speed Impact Forming - HSIF). Due to this high impact velocity of the tool, the material is placed in an adiabatic state, in which the Verzahnungsausformung or production takes place. The atomic binding forces of the metallic material are reduced so that it can flow more easily during forming. Due to the non-cutting production of the teeth production costs can be significantly reduced. It has been shown that a very good gear quality is achieved by the method according to the invention. In addition, there is a very high efficiency compared to the known gear cutting. Also, the tool load in the inventive method is relatively low compared to extrusion or forging, resulting in significantly longer service life. Since the method according to the invention is non-cutting, there is also a better utilization of material, since no chips are produced during tooth production. The material used is usually steel. Other materials, in particular other metal alloys are conceivable. In addition, the workpiece may have a round, square or polygonal profile and / or be tubular and / or rod-shaped. According to one embodiment of the method according to the invention, the tool can consist of a mold support and a forming punch, wherein the forming takes place by a very high impact speed of the forming punch on the workpiece. The impact speed of the tool carries 5 to 40 m / s, in particular 10 to 20 m / s. To produce the At similar speeds, the tool is driven by a high-speed press.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das adiabatische Umformen gemäß Verfahrensschritt c) mit einer Taktfrequenz zwischen 20 und 200 Werkstücken pro Minute. Aufgrund der so entstehenden kurzen Taktzeiten kann die Hochgeschwindigkeitspresse mit einer so genannten HSIC-Schneidpresse (High Speed Impact Cutting) kombiniert werden, wobei vor dem Verfahrensschritt a) ein adiabatisches Trennen der zu verarbeitenden Werkstücke zur Erzielung einer vordefinierten Größe der zu positionierten Werkstücke erfolgt. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch kein Materialverschnitt, so dass auch hierdurch eine erhebliche Kostenreduzierung erfolgt.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention the adiabatic forming takes place according to method step c) with a Clock speed between 20 and 200 workpieces per minute. Due to the thus resulting short cycle times, the high-speed press with a so-called HSIC cutting press (High Speed Impact Cutting) are combined, wherein before the process step a) an adiabatic separation the workpieces to be processed to achieve a predefined size of the workpieces to be positioned. Advantageously, this results in no material waste, so that this also results in a significant cost reduction.

Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nach dem adiabatischen Umformen gemäß Verfahrensschritt c) ein Drehen und/oder ein Entgraten und/oder Härten und/oder Schleifen und/oder Reinigen der Verzahnung zur weiteren Erhöhung der Verzahnungsqualität.According to others advantageous embodiments of the method according to the invention is carried out according to the Adiabatic forming according to process step c) turning and / or deburring and / or hardening and / or grinding and / or Cleaning the teeth to further increase the quality of teeth.

Ein erfindungsgemäßes Zahnrad mit einer Verzahnung wird hergestellt nach einem vorhergehenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Das Zahnrad kann dabei ein Planetenrad eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs sein, wobei die Verzahnung insbesondere eine Schrägverzahnung ist. Ein erfindungsgemäßes Zahnrad kann kostengünstig hergestellt werden und gewährleistet eine anforderungsgerechte Ausformung der Verzahnung, insbesondere der Planetenradverzahnung.One Gear according to the invention with a gearing is made after a previous one described inventive method. The gear can be a planetary gear of an automatic transmission a motor vehicle, the toothing in particular a helical teeth is. An inventive gear can be inexpensive be produced and guaranteed a requirement-based shaping of the toothing, in particular the planetary gear teeth.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Verzahnungen zur formschlüssigen Kraft- und Bewegungsübertragung, insbesondere zur Herstellung einer Laufverzahnung von Planetenrädern umfasst eine Hochgeschwindigkeitspresse zum Antrieb mindestens eines eine Negativform der herzustellenden Verzahnungen aufweisenden Werkzeugs für ein adiabatisches Umformen eines profiliert und massiv ausgebildeten Werkstücks zur Herstellung der Verzahnung auf, wobei das Umformen durch eine sehr hohe Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs auf dem Werkstück erfolgt. Eine derartige Vorrichtung gewährleistet eine erhebliche Kostenreduzierung bei der Herstellung von Verzahnungen gegenüber bekannten Verfahren. Zudem ergeben sich gute Verzahnungsqualitäten bei einer sehr geringen Werkzeugbelastung gegenüber bekannten Vorrichtungen. Das Werkstück besteht dabei aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl und ist als Rund-, Vierkant- oder Mehrkantprofil und/oder rohrförmig und/oder stangenförmig ausgebildet. Das Werkzeug besteht üblicherweise aus einer Formauflage und einem Formstempel. Dabei beträgt die Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs 5 bis 40 m/s, insbesondere 10 bis 20 m/s. Durch die sehr hohe Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs wird der Werkstoff in einen adiabatischen Zustand versetzt, in dem die Verzahnungsausformung stattfindet. Dabei werden die atomaren Bindekräfte reduziert, so dass der Werkstoff beim Umformen leichter fließt. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Qualitätsverbesserung der herzustellenden Verzahnungen.A inventive device for the production of gears for positive force and motion transmission, in particular for producing a running toothing of planetary gears a high-speed press for driving at least one Negative form of the toothed tools to be produced for a Adiabatic reshaping of a profiled and massively trained workpiece for producing the toothing, wherein the forming by a very high impact speed of the tool on the workpiece. Such a device ensures a significant cost reduction in the production of gears across from known methods. In addition, good gearing qualities are achieved a very low tool load compared to known devices. The workpiece consists of a metallic material, in particular of Steel and is as a round, square or polygonal profile and / or tubular and / or rod-shaped educated. The tool usually consists of a mold support and a shape stamp. The impact velocity is of the tool 5 to 40 m / s, in particular 10 to 20 m / s. By the Very high impact velocity of the tool becomes the material placed in an adiabatic state in which the Verzahnungsausformung takes place. The atomic binding forces are reduced, so that the Material flows easier during forming. This results in a significant quality improvement of To be produced toothings.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese zudem eine HSIC-Schneidpresse (High Speed Impact Cutting) zum adiabatischen Trennen der zu verarbeitenden Werkstücke zur Erzielung einer vordefinierten Größe der Werkstücke. Dadurch ist gewährleistet, dass es zu keinem Materialverschnitt bei der Herstellung der Verzahnungen kommt.In a further advantageous embodiment of the device according to the invention This also includes a HSIC cutting press (High Speed Impact Cutting) for adiabatic separation of the processed workpieces to achieve a predefined size of the workpieces. Thereby is guaranteed that there is no material waste in the production of the gears comes.

Claims (20)

Verfahren zur Herstellung von Verzahnungen zur formschlüssigen Kraft- und Bewegungsübertragung, insbesondere zur Herstellung einer Laufverzahnung von Planetenrädern, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellung eines profiliert und massiv ausgebildeten Werkstücks aus einem metallischen Werkstoff; b) Positionierung des Werkstoffs innerhalb eines eine Negativform der Verzahnung enthaltenen Werkzeugs; und c) adiabatisches Umformen des Werkstücks zur Herstellung der Verzahnung, wobei das Umformen durch eine sehr hohe Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs auf dem Werkstück erfolgt.Method for producing toothings for the positive force and motion transmission, in particular for producing a running gear of planetary gears, characterized in that the method comprises the following steps: a) providing a profiled and solid workpiece made of a metallic material; b) positioning of the material within a tool containing a negative form of the gearing; and c) adiabatic forming of the workpiece to produce the toothing, wherein the forming takes place by a very high impact speed of the tool on the workpiece. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Stahl ist.Method according to claim 1, characterized in that that the material is steel. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein Rund-, Vierkant- oder Mehrkantprofil aufweist und/oder rohrförmig und/oder stangenförmig ausgebildet ist.Method according to claim 1 or 2, characterized that the workpiece has a round, square or polygonal profile and / or tubular and / or rod-shaped is trained. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug aus einer Formauflage und einem Formstempel besteht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tool consists of a mold support and a Mold stamp exists. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen durch eine sehr hohe Auftreffgeschwindigkeit des Formstempels auf dem Werkstück erfolgt.Method according to claim 5, characterized in that that the forming by a very high impact velocity of Forming punch on the workpiece he follows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs 5 bis 40 m/s, insbesondere 10 bis 20 m/s beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the impact velocity of the tool 5 to 40 m / s, in particular 10 to 20 m / s. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mittels einer Hochgeschwindigkeitspresse angetrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tool is driven by means of a high-speed press becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das adiabatische Umformen gemäß Verfahrensschritt c) mit einer Taktfrequenz zwischen 20 und 200 Werkstücken pro Minute erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the adiabatic forming according to method step c) with a clock frequency between 20 and 200 workpieces per Minute takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt a) ein adiabatisches Trennen der zu verarbeitenden Werkstücke zur Erzielung einer vordefinierten Größe der zu positionierenden Werkstücke erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that before the process step a) an adiabatic Separating the workpieces to be processed to achieve a predefined Size of too positioning workpieces he follows. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das adiabatische Trennen mittels einer HSIC-Schneideresse (High Speed Impact Cutting) durchgeführt wird.Method according to claim 9, characterized in that that the adiabatic separation by means of a HSIC cutting fair (High Speed Impact Cutting) becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem adiabatischen Umformen gemäß Verfahrensschritt c) ein Drehen und/oder Entgraten und/oder Härten und/oder Schleifen und/oder Reinigen der Verzahnung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, after the adiabatic shaping according to the method step c) turning and / or deburring and / or hardening and / or grinding and / or Cleaning the toothing takes place. Zahnrad mit einer Verzahnung hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.Gear with a toothing made after one Method according to one of claims 1 until 11. Zahnrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad ein Planetenrad eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs ist.Gearwheel according to claim 12, characterized in that that the gear wheel is a planetary gear of an automatic transmission Motor vehicle is. Zahnrad nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung eine Schrägverzahnung ist.Gearwheel according to claim 13, characterized that the gearing is a helical gearing is. Vorrichtung zur Herstellung von Verzahnungen zur formschlüssigen Kraft- und Bewegungsübertragung, insbesondere zur Herstellung einer Laufverzahnung von Planetenrädern, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Hochgeschwindigkeitspresse zum Antrieb mindestens eines eine Negativform der herzustellenden Verzahnung aufweisenden Werkzeugs für ein adiabatisches Umformen eines profiliert und massiv ausgebildeten Werkstücks zur Herstellung der Verzahnung aufweist, wobei das Umformen durch eine sehr hohe Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs auf dem Werkstück erfolgt.Device for producing toothings for positive Force and motion transmission, in particular for producing a running gear of planet gears, characterized in that the device is a high-speed press for driving at least one negative mold of the produced Toothed tool for adiabatic forming a profiled and solid trained workpiece for the production of the teeth wherein the forming by a very high impact velocity of the tool on the workpiece he follows. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl besteht.Device according to claim 15, characterized in that that the workpiece made of a metallic material, in particular steel. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück ein Rund-, Vierkant- oder Mehrkantprofil aufweist und/oder rohrförmig und/oder stangenförmig ausgebildet ist.Apparatus according to claim 15 or 16, characterized that the workpiece has a round, square or polygonal profile and / or tubular and / or rod-shaped is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug aus einer Formauflage und einem Formstempel besteht.Device according to one of claims 15 to 17, characterized that the tool consists of a mold support and a forming punch. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftreffgeschwindigkeit des Werkzeugs 5 bis 40 m/s, insbesondere 10 bis 20 m/s beträgt.Device according to one of claims 15 to 18, characterized that the impact speed of the tool 5 to 40 m / s, in particular 10 to 20 m / s. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine HSIC-Schneideresse (High Speed Impact Cutting) zum adiabatischen Trennen der zu verarbeitenden Werkstücke zur Erzielung einer vordefinierten Größe der Werkstücke aufweist.Device according to one of claims 15 to 19, characterized that the device has a HSIC cutting fair (High Speed Impact Cutting) for adiabatic separation of the workpieces to be processed Achieving a predefined size of the workpieces.
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