DE102011100735B4 - Method for producing a toothed wheel and toothed wheel produced thereby - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades, insbesondere für ein Sitzverstellgetriebe, bei demdas Zahnrad (1) mit einem Verzahnungsbereich (2) mit mehreren Zähnen (3) aus einem Ausgangsblech mittels mindestens eines Schneid-Laserstrahls (12) geschnitten wird,wobei der Schneid-Laserstrahl (12) entlang des Verzahnungsbereichs (2) des Zahnrades (1) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (v1, v2) gefahren wird,wobei der Schneid-Laserstrahl (12) in auf Wälzkontakt belasteten oder belastbaren Bereichen (4) des Zahnrades (1) mit einer niedrigeren Geschwindigkeit (v2) gefahren wird als in anderen Bereichen des Zahnrades (1),wobei der Schneid-Laserstrahl (12) beim Schneiden mit der niedrigen Geschwindigkeit (v1) eine Härtung durch lokale Erhitzung durchführt, so dass die Zähne (3) in auf Wälzkontakt belasteten oder belastbaren Bereichen (4) eine andere Oberflächenbeschaffenheit als in anderen Bereichen (8, 10, 6) aufweisen.Method for producing a toothed wheel, in particular for a seat adjustment gear, in which the toothed wheel (1) having a toothed region (2) with a plurality of teeth (3) is cut from an output sheet by means of at least one cutting laser beam (12), the cutting laser beam ( 12) along the toothing region (2) of the toothed wheel (1) is moved at different speeds (v1, v2), wherein the cutting laser beam (12) in areas (4) of the toothed wheel (1) loaded with rolling contact or loaded with rolling contact Speed (v2) is driven than in other areas of the gear (1), wherein the cutting laser beam (12) during curing at the low speed (v1) performs a cure by local heating, so that the teeth (3) in on rolling contact loaded or loadable areas (4) have a different surface finish than in other areas (8, 10, 6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad, das insbesondere für ein Sitzverstellgetriebe einsetzbar ist.The invention relates to a gear wheel, which can be used in particular for a Sitzverstellgetriebe.

Zahnräder aus Blech, die insbesondere auch für Sitzverstellungen einsetzbar sind, können im Allgemeinen nicht durch einfache, kostengünstige Prozesse wie Stanzen ausgebildet werden, da die hierdurch erreichbaren Oberflächenqualitäten oftmals nicht ausreichend sind. Zum Erreichen höherer Oberflächenqualitäten kann zum einen ein Feinschneidprozess eingesetzt werden, bei dem das Ausgangsblech in dem Werkzeug zunächst eingespannt wird und von unten und oben Schneidmesser geführt werden. Durch derartige Feinschneidprozesse, die z. B. in der GB 2 235 888 A und GB 2 214 110 A beschrieben sind, können höhere Oberflächenqualitäten ausgebildet werden, die z.B. an der Oberflächenrauigkeit gemessen werden können. Hierdurch können bessere Betriebsbedingungen und Leistungseigenschaften des Zahnrades realisiert werden. Um die Oberflächenhärte zu erhöhen, kann das Zahnrad nachfolgend in eine weitere Maschine gebracht werden, in der es einer Hitzebehandlung ausgesetzt wird.Gears made of sheet metal, which are also used in particular for seat adjustments, generally can not be formed by simple, inexpensive processes such as punching, since the achievable thereby surface qualities are often not sufficient. To achieve higher surface qualities, on the one hand, a fine blanking process can be used in which the starting sheet is first clamped in the tool and cutting knives are guided from below and above. By such fine cutting processes, the z. B. in the GB 2 235 888 A and GB 2 214 110 A are described, higher surface qualities can be formed, which can be measured, for example, on the surface roughness. As a result, better operating conditions and performance characteristics of the gear can be realized. In order to increase the surface hardness, the gear can subsequently be placed in another machine in which it is subjected to a heat treatment.

Die DE 4228740 C2 beschreibt eine Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb, wobei ein Laserstrahl von einem Laserstrahlerzeuger wahlweise einen von mehreren verschiedenen Bearbeitungsköpfen zugeführt werden kann, die zum Schneiden, Schweißen und Härten vorgesehen sind. Die Bearbeitungsköpfe sind jeweils unterschiedlich aufgebaut.The DE 4228740 C2 describes a laser processing apparatus and a method of operating the same, wherein a laser beam from a laser beam generator may optionally be supplied to one of a plurality of different processing heads intended for cutting, welding and curing. The processing heads are each structured differently.

Die US 2007/0095804 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Zahnkränzen mittels eines Laserstrahls. Hierbei wird das Zahnrad aus Stahlblech mit einem Verzahnungsbereich mit mehreren Zähnen ausgeschnitten. Es wird eine vorgehärtete Stahlplatte verwendet, die im Verzahnungsbereich unter einer Sauerstoffatmosphäre und in anderen Bereichen nachfolgend unter Stickstoff-Atmosphäre ausgeschnitten wird, so dass die Oberflächenbeschaffenheit in dem Verzahnungsbereich anders als in den anderen Bereichen ist.The US 2007/0095804 A1 describes a method for producing sprockets by means of a laser beam. Here, the gear made of sheet steel is cut out with a toothed area with several teeth. A pre-hardened steel plate is used which is cut out in the gearing area under an oxygen atmosphere and in other areas subsequently under a nitrogen atmosphere so that the surface finish in the gearing area is different than in the other areas.

Die US 4,250,372 A beschreibt die Wärmebehandlung von Oberflächen von Stahlprodukten mittels eines Laserstrahls.The US 4,250,372 A describes the heat treatment of surfaces of steel products by means of a laser beam.

Die GB 13 46 174 beschreibt eine abrasive Oberflächenbehandlung mit elektrochemischer Bearbeitung.The GB 13 46 174 describes an abrasive surface treatment with electrochemical machining.

Neben Feinschneidprozessen können auch Laserschneidprozesse eingesetzt werden. Die Oberflächenqualität der Schnittfläche hängt in großem Umfang von der Geschwindigkeit ab, mit der der Schneidlaser gefahren wird. Zum Erreichen einer hohen Oberflächenqualität wird im Allgemeinen eine niedrige Laserschneidgeschwindigkeit benötigt, so dass die Produktivität wiederum verringert wird.In addition to fineblanking processes, laser cutting processes can also be used. The surface quality of the cut surface depends to a large extent on the speed with which the cutting laser is driven. To achieve a high surface quality, a low laser cutting speed is generally needed so that the productivity is again reduced.

Die FR 2 698 302 A1 beschreibt einen Laserschneidprozess, bei dem die Verfahrgeschwindigkeit des Schneidlasers in Anhängigkeit der Dicke und des Materials variiert wird, um eine gleichmäßige Oberflächenqualität zu erreichen. Die US 2006/0207977 A1 beschreibt ein weiteres Laserschneidverfahren.The FR 2 698 302 A1 describes a laser cutting process in which the travel speed of the cutting laser is varied depending on the thickness and the material in order to achieve a uniform surface quality. The US 2006/0207977 A1 describes another laser cutting process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades zu schaffen, das insbesondere für ein Sitzverstellgetriebe einsetzbar ist, das mit relativ geringen Kosten eine hohe Qualität des Zahnrades ermöglicht.The invention has for its object to provide a method for producing a gear, which is particularly suitable for a Sitzverstellgetriebe used, which allows a relatively low cost high quality of the gear.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Zahnrad nach Anspruch 4 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Hierbei ist auch die Sitzverstellung mit mehreren derartigen Zahnrädern vorgesehen.This object is achieved by a method according to claim 1 and a gear according to claim 4. The dependent claims describe preferred developments. Here, the seat adjustment is provided with a plurality of such gears.

Erfindungsgemäß wird somit das Zahnrad in seinen auf Wälzkontakt belasteten oder belastbaren Bereichen mit einer anderen Oberflächenbeschaffenheit als in anderen Bereichen ausgebildet.According to the invention thus the gear is formed in its rolling contact loaded or loadable areas with a different surface finish than in other areas.

Erfindungsgemäß werden die Zähne in diesen belasteten Bereichen durch einen Erhitzvorgang gehärtet. Bei einem derartigen Erhitzvorgang kann insbesondere lokal eine Martensitausscheidung entstehen, die zu einer deutlichen Härtung der Oberfläche führt. Die auf Wälzkontakt belasteten Bereiche können insbesondere Zahnflankenbereiche sein, in denen die Verzahnungen, insbesondere Evolventenverzahnungen zweier kämmender Zahnräder, in Wälzkontakt gelangen.According to the invention, the teeth are hardened in these loaded areas by a heating process. With such a heating process, in particular locally a martensite precipitate can form, which leads to a significant hardening of the surface. The areas subjected to rolling contact can, in particular, be tooth flank areas in which the toothings, in particular involute toothings of two intermeshing toothed wheels, come into rolling contact.

Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass eine deutliche Verbesserung der Qualität in überraschend einfacher Weise erreicht werden kann, in dem lokal in den auf Wälzkontakt belasteten oder belastbaren Bereichen die Oberflächenbeschaffenheit verbessert wird. In weiteren Bereichen, d.h. insbesondere in dem Zahngrund zwischen den Zähnen sowie in Zahnspitzen-Bereichen, wird erfindungsgemäß bewusst eine andere Oberflächenbeschaffenheit, d.h. insbesondere eine geringere Qualität bzw. eine höhere Oberflächenrauigkeit und/oder geringere Härte zugelassen.The invention is thus based on the finding that a significant improvement in the quality can be achieved in a surprisingly simple manner in which the surface texture is improved locally in the areas loaded or loadable on rolling contact. In other areas, i. In particular, in the tooth base between the teeth and in tooth tip areas, according to the invention, a different surface texture, i. in particular a lower quality or a higher surface roughness and / or lower hardness allowed.

Die erfindungsgemäßen Zahnräder werden mit Laserschneidprozessen hergestellt. Hierzu wird der Schneidlaserstrahl entlang der Verzahnung des Zahnrades mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gefahren. In den auf Wälzkontakt belasteten oder belastbaren Bereichen wird der Laserstrahl mit einer niedrigeren Geschwindigkeit gefahren, und in den weiteren Bereichen mit einer höheren Geschwindigkeit.The gears according to the invention are produced by laser cutting processes. For this purpose, the cutting laser beam is driven along the toothing of the gear at different speeds. In the loaded or loadable on Wälzkontakt areas of the laser beam is driven at a lower speed, and in the other areas at a higher speed.

Somit kann wieder auf überraschend einfache Weise eine relativ hohe Produktivität erreicht werden und dennoch die Qualität hoch gehalten werden, da die für den Wälzkontakt relevanten Bereiche durch niedrigere Prozessgeschwindigkeit mit einer besseren Qualität, insbesondere geringerer Rauigkeit, ausgebildet werden können.Thus, a relatively high productivity can again be achieved in a surprisingly simple manner and still the quality can be kept high, since the areas relevant for the rolling contact can be formed by a lower process speed with a better quality, in particular less roughness.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausbildung werden die auf Wälzkontakt belasteten Bereiche wiederum durch einen Erhitzvorgang gehärtet. Dies erfolgt durch den Schneidlaserstrahl selbst, der bei der geringen Prozessgeschwindigkeit bereits eine Aushärtung bewirkt.According to a particularly preferred embodiment, the areas subjected to rolling contact are again hardened by a heating process. This is done by the cutting laser beam itself, which already causes a hardening at the low process speed.

Somit ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ausbildung des Zahnrades in einem einzigen Werkzeug möglich. Es ist nicht mehr erforderlich, das Zahnrad nach einem Feinschneidprozess oder Laserschneidprozess zum Aushärten in eine weitere Maschine zu verfahren. Es zeigt sich, dass durch diese überraschend einfache Lösung eine hohe Oberflächenhärte erreicht werden kann. Insbesondere kann durch die lokale Erhitzung in diesen auf Wälzkontakt belasteten Bereichen eine höhere Martensitausscheidung angestrebt werden, als wenn das Zahnrad als ganzes in einem Ofen nachträglich erhitzt wird, da bei einem derartigen Erhitzvorgang in einem Ofen auch weitere Bereiche des Zahnrades mit verändert werden, die nicht eine allzu hohe Sprödigkeit aufweisen sollten.Thus, according to the inventive method, the formation of the gear in a single tool possible. It is no longer necessary to move the gear after a fine blanking process or laser cutting process for curing in another machine. It turns out that a high surface hardness can be achieved by this surprisingly simple solution. In particular, can be sought by the local heating in these areas on Wälzkontakt charged areas a higher Martensitausscheidung than when the gear is heated as a whole in an oven later, as in such a heating process in a furnace and other areas of the gear are changed with, not should have too high a brittleness.

Die Erfindung wird im Folgenden an einer Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 einen Verzahnungsbereich eines erfindungsgemäßen Zahnrades;
  • 2 den Wälzkontakt des Zahnrades beim Kämmen mit einer weiteren Verzahnung;
  • 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a toothed portion of a gear according to the invention;
  • 2 the rolling contact of the gear when combing with a further toothing;
  • 3 a flow chart of a manufacturing method according to the invention.

Ein erfindungsgemäßes Zahnrad 1 ist als Außenzahnrad mit einer Außenverzahnung 2 ausgebildet, die somit durch einzelne Zähne 3 gebildet wird. In 1, 2 ist eine Evolventenverzahnung 2 gezeigt. Die Zähne 3 weisen Zahnflankenbereiche 4 auf, die gemäß 2 mit Zähnen eines im Eingriff befindlichen weiteren Zahnrades oder einer Zahnstange in Eingriff gelangen. Gemäß 2 ist der Zahnflankenbereich 4 jeweils zwischen einem Anfangspunkt 4a und einem Endpunkt 4b des Wälzkontaktes bzw. des Abwälzvorganges definiert; in 1 ist ein Zahnflankenbereich 4 durch eine strichpunktierte Linie verdeutlicht.An inventive gear 1 is as external gear with an external toothing 2 thus formed by individual teeth 3 is formed. In 1 . 2 is an involute gearing 2 shown. The teeth 3 have tooth flank areas 4 on, according to 2 with teeth of an engaged further gear or a rack engage. According to 2 is the tooth flank area 4 each between a starting point 4a and an endpoint 4b the Wälzkontaktes or the rolling process defined; in 1 is a tooth flank area 4 illustrated by a dash-dotted line.

Somit liegt ein Wälzkontakt mit dem weiteren Zahnrad nur in den Zahnflankenbereichen 4 vor; alternativ hierzu kann aber z. B. bei entsprechenden Zahngeometrien auch ein Kontakt in weiteren Bereichen außerhalb der Zahnflankenbereiche 4 vorliegen, wobei dann diese weiteren Bereiche gegebenenfalls nicht belastet werden.Thus, a rolling contact with the other gear is only in the tooth flank areas 4 in front; Alternatively, but z. B. with corresponding tooth geometries and a contact in other areas outside the tooth flank areas 4 be present, in which case these other areas may not be charged.

Das Zahnrad 1 ist aus Stahlblech gefertigt und wird durch Laserschneiden aus einer Ausgangsplatte ausgebildet.The gear 1 is made of sheet steel and is formed by laser cutting from an output plate.

Erfindungsgemäß sind die Zahnflankenbereiche 4 mit einer anderen Oberflächenbeschaffenheit ausgebildet als weitere Bereiche der Außenverzahnung 2 des Zahnrades 1, z.B. die Zahnspitzen 6 und der Zahngrund 8, vorzugsweise aber auch als weitere Zahnflankenbereiche 10, die z.B. näher am Zahngrund liegen. Vorzugsweise ist der Zahnflankenbereich 4 härter ausgebildet als die Bereiche 6, 8, 10, z.B. mit einer höheren Martensitausscheidung des Stahlmaterials.According to the invention, the tooth flank areas 4 formed with a different surface finish than other areas of the external teeth 2 of the gear 1 , eg the tooth tips 6 and the tooth base 8th , but preferably also as further tooth flank areas 10 , which are closer to the base of the tooth, for example. Preferably, the tooth flank area 4 harder than the areas 6 . 8th . 10 , eg with a higher martensite precipitation of the steel material.

Hierzu kann insbesondere der Laserstrahl beim Schneidvorgang mit unterschiedlicher Geschwindigkeit entlang der Kontur der Außenverzahnung 2 geführt werden. In Bereichen 8, 10 und 6, die nicht auf Wälzkontakt belastet sind, wird der in 1 angedeutete und von einem Laserkopf 14 ausgegebene Laserstrahl 12 mit einer höheren ersten Geschwindigkeit v1 gefahren. In den auf Wälzkontakt belasteten Zahnflankenbereich 4 hingegen wird der Laserstrahl 12 mit einer geringeren Geschwindigkeit v2 < v1 gefahren. Hierdurch steigt zunächst die Qualität der Oberfläche und sinkt die Rauigkeit, da bei langsamer Prozessführung ein genauerer Ausschnittvorgang ermöglicht ist.For this purpose, in particular the laser beam during the cutting process at different speeds along the contour of the external toothing 2 be guided. In areas 8th . 10 and 6 , which are not loaded on rolling contact, the in 1 indicated and by a laser head 14 output laser beam 12 driven at a higher first speed v1. In the tooth flank area loaded on rolling contact 4 however, the laser beam becomes 12 driven at a lower speed v2 <v1. This initially increases the quality of the surface and reduces the roughness, since a more accurate cutting process is made possible with slow process control.

Hierbei können in der Maschine bzw. dem Werkzeug auch mehrere Laserköpfe 14 eingesetzt werden, die somit gleichzeitig schneiden.In this case, in the machine or the tool also several laser heads 14 are used, which thus cut simultaneously.

Erfindungsgemäß kann der Laserstrahl 12 in den Zahnflankenbereichen 4 auch derartig langsam geführt werden, dass durch die lokale Erhitzung bereits eine erhebliche Martensitausscheidung und somit Verhärtung des Oberflächenbereichs 4a des Zahnrades 1 erfolgt, der die mechanische Härte und Abriebsfestigkeit somit verbessert, jedoch das Grundmaterial des Zahnrades 1 ansonsten nicht wesentlich beeinträchtigt.According to the invention, the laser beam 12 in the tooth flank areas 4 be performed so slowly, that by the local heating already a significant Martensitausscheidung and thus hardening of the surface area 4a of the gear 1 takes place, which thus improves the mechanical hardness and abrasion resistance, but the base material of the gear 1 otherwise not significantly affected.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit die Schritte gemäß 3: Start in St0, nachfolgend Laserschneiden des Zahnrades 1 in Schritt St1 mittels eines Lasers 12, bereits unter Härtung des Zahnflankenbereichs 4, bis das Verfahren in Schritt St3 beendet wird und das Zahnrad 1 ausgegeben wird.The inventive method thus comprises the steps according to 3 : Start in st0 , below laser cutting of the gear 1 in step St1 by means of a laser 12 , already with hardening of the tooth flank area 4 until the procedure in step St3 is finished and the gear 1 is issued.

Claims (9)

Verfahren zum Herstellen eines Zahnrades, insbesondere für ein Sitzverstellgetriebe, bei dem das Zahnrad (1) mit einem Verzahnungsbereich (2) mit mehreren Zähnen (3) aus einem Ausgangsblech mittels mindestens eines Schneid-Laserstrahls (12) geschnitten wird, wobei der Schneid-Laserstrahl (12) entlang des Verzahnungsbereichs (2) des Zahnrades (1) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (v1, v2) gefahren wird, wobei der Schneid-Laserstrahl (12) in auf Wälzkontakt belasteten oder belastbaren Bereichen (4) des Zahnrades (1) mit einer niedrigeren Geschwindigkeit (v2) gefahren wird als in anderen Bereichen des Zahnrades (1), wobei der Schneid-Laserstrahl (12) beim Schneiden mit der niedrigen Geschwindigkeit (v1) eine Härtung durch lokale Erhitzung durchführt, so dass die Zähne (3) in auf Wälzkontakt belasteten oder belastbaren Bereichen (4) eine andere Oberflächenbeschaffenheit als in anderen Bereichen (8, 10, 6) aufweisen.Method for producing a toothed wheel, in particular for a Sitzverstellgetriebe, in which the toothed wheel (1) having a toothed region (2) with a plurality of teeth (3) is cut from an output sheet by means of at least one cutting laser beam (12), wherein the cutting laser beam (12) is driven along the toothing region (2) of the toothed wheel (1) at different speeds (v1, v2), wherein the cutting laser beam (12) is moved at rolling-contact or loadable areas (4) of the toothed wheel (1) at a lower speed (v2) than in other areas of the toothed wheel (1), wherein the cutting laser beam (12) performs a local heating cure during low speed cutting (v1) such that the teeth (3) have a different surface finish in rolling contact loaded or loadable areas (4) than in other areas (8) , 10, 6). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die lokale Erhitzung beim Fahren des Schneid-Laserstrahls (12) mit der niedrigeren Geschwindigkeit (v2) eine Martensitausscheidung gebildet wird.Method according to Claim 1 characterized in that martensite precipitation is formed by the local heating as the cutting laser beam (12) is driven at the lower velocity (v2). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Laserschneid- und Härteprozess in einer einzigen Maschine erfolgt.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that the entire laser cutting and hardening process takes place in a single machine. Zahnrad, insbesondere für ein Sitzverstellgetriebe, das durch ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist.Gear, in particular for a Sitzverstellgetriebe, which is produced by a method according to any one of the preceding claims. Zahnrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Wälzkontakt belasteten Bereiche Zahnflankenbereiche (4) sind.Gear after Claim 4 , characterized in that the rolling contact loaded areas tooth flank regions (4). Zahnrad nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Wälzkontakt belasteten Bereiche (4) eine Martensitausscheidung aufweisen.Gear after Claim 4 or 5 , characterized in that the rolling contact loaded areas (4) have a Martensitausscheidung. Zahnrad nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Wälzkontakt belasteten Bereiche (4) eine geringere Oberflächenrauigkeit als die anderen Bereiche (8, 10, 6) aufweisen.Gear after one of the Claims 4 to 6 , characterized in that the rolling contact loaded areas (4) have a lower surface roughness than the other areas (8, 10, 6). Zahnrad nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verzahnungsbereich (2) eine Evolventenverzahnung ist oder aufweist.Gear after one of the Claims 4 to 7 , characterized in that the toothed region (2) is or has an involute toothing. Sitzverstellgetriebe mit mehreren, ineinander greifenden Zahnrädern (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8.Sitzverstellgetriebe with several, intermeshing gears (1) after one or more of the Claims 4 to 8th ,
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