DE102012206137B4

DE102012206137B4 - Verfahren zur Herstellung eines verzahnten Bauteils sowie derartiges Bauteil

Info

Publication number: DE102012206137B4
Application number: DE201210206137
Authority: DE
Inventors: Uwe Roessler; Ingo Drewe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2032-04-17
Also published as: DE102012206137A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines verzahnten Bauteils einer Schraubradstufe mit einer Schnecke umfassend die Schritte – Herstellen einer Verzahnung (20) an dem Bauteil, – Erzeugen von Vertiefungen (5) auf zumindest einem Teilbereich der Verzahnung (20) der Schnecke (2), – Rollen des die Vertiefungen aufweisenden Teilbereichs mittels eines Rollwerkzeugs (10) derart, dass Rauigkeitsspitzen (7) an Stegbereichen (6) zwischen den Vertiefungen (5) eliminiert werden, und – Auffüllen der Vertiefungen (5) mittels eines Schmiermittels, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der Verzahnung (20) und der Schritt des Rollens des die Vertiefungen (5) aufweisenden Bereichs mittels des gleichen Rollwerkzeugs (10) durchgeführt werden und dass der Schritt des Rollens des die Vertiefung aufweisenden Bereichs derart ausgeführt wird, dass die Stegbereiche (6) zwischen den Vertiefungen (5) eine Hüllfläche entsprechend einer geometrischen Form der Verzahnung (20) definieren und dass die Vertiefungen (5) mittels Sandstrahlen oder Kugelstrahlen oder Perlstrahlen oder Trockeneisstrahlen erzeugt werden.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verzahnten Bauteils sowie ein derartiges Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Schraubradstufe, mit einer lebenslangen Dauerschmierung.
Bei verzahnten Bauteilen, wie beispielsweise einer Schraubradstufe, wird ein Verzahnungswirkungsgrad neben geometrischen Einflüssen wie einem Eingriffswinkel etc. im Wesentlichen von der Werkstoffpaarung von Rad, Schnecke und Schmierstoff beeinflusst. Im Bereich der Fahrzeugtechnik werden beispielsweise kompakte Einheiten umfassend einen elektrischen Antrieb mit daran direkt angeordneter Schraubradstufe verwendet, beispielsweise bei Antrieben für Scheibenwischer oder Fensterheber oder anderen elektrischen Hilfsantrieben im Fahrzeug. Hierbei sollte der elektrische Antrieb mit Schraubradstufe insbesondere eine lange Lebensdauer entsprechend einer Lebensdauer des Fahrzeugs aufweisen. Daher werden üblicherweise derartige Schraubradstufen mit einer Einmal-Fett-Schmierung versehen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass im Dauerbetrieb, insbesondere bei Temperatureinflüssen das Fett der Einmal-Schmierung dazu neigt, sich außerhalb des Verzahnungseingriffs zu sammeln. Dies führt jedoch zu einer unzureichenden Schmierung der Verzahnung, sodass eine Reibung innerhalb der Baugruppe ansteigt und der Wirkungsgrad der Verzahnung sinkt. Dies kann dabei bis zu einem Totalausfall des Antriebs führen, sodass dieser unter Umständen ersetzt werden muss.
Ferner ist aus der DE 41 32 115 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Schneckengetriebes bekannt, bei dem nach Herstellen der Verzahnung ein Schritt des Sandstrahlens und anschließend ein Schritt des Härtens ausgeführt wird, um eine raue, gehärtete Oberfläche des Zahnradbauteiles zu erhalten. Hierdurch kann ein stabiler Drehmomentwiderstand für Vorlauf und Rücklauf des Motors erhalten werden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 weißt demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Herstellung eines verzahnten Bauteils möglich ist, welches ein integriertes Schmiermitteldepot aufweist, sodass über eine Lebensdauer des verzahnten Bauteils immer eine ausreichende Schmierung sichergestellt ist. Hierzu wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst eine Verzahnung an einem Bauteil hergestellt und anschließend werden gezielt Vertiefungen auf zumindest einem Teilbereich der Verzahnung erzeugt. Danach wird der die Vertiefungen aufweisende Teilbereich des Bauteils mittels eines Rollwerkzeugs gerollt, derart, dass Rauigkeitsspitzen, welche an Stegbereichen zwischen den einzelnen Vertiefungen vorhanden sind, eliminiert werden. Anschließend erfolgt ein Auffüllen der Vertiefungen mittels eines Schmiermittels. Somit ist in den Vertiefungen jeweils Schmiermittel enthalten, sodass über die Lebensdauer des Bauteils eine ausreichende Schmierung möglich ist. Dabei werden durch den Schritt des Rollens die Rauigkeitsspitzen zwischen den einzelnen Vertiefungen entfernt, sodass das hergestellte Bauteil eine möglichst geringe Rauigkeit aufweist. Hierdurch kann insbesondere die Reibung im Betrieb zwischen den verzahnten Bauteilen deutlich reduziert werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise wird der Schritt des Rollens zur Eliminierung der Rauigkeitsspitzen zwischen den Vertiefungen derart ausgeführt, dass die Stegbereiche zwischen den einzelnen Vertiefungen eine Hüllfläche entsprechend der geometrischen Form der Verzahnung definieren. Hierdurch kann ein verzahntes Bauteil mit einem besonders guten Wirkungsgrad hergestellt werden.
Besonders bevorzugt wird die Verzahnung am Bauteil mittels eines Rollverfahrens ausgeführt. Weiter bevorzugt wird dann der Schritt des Rollens des die Vertiefungen aufweisenden Teilbereichs des Bauteils mit dem gleichen Werkzeug wie der erste Rollschritt zur Herstellung der Verzahnung ausgeführt. Hierdurch können Werkzeugkosten reduziert werden und es wird eine sehr gute Maßgenauigkeit des Bauteils sichergestellt.
Weiter bevorzugt weist jede der Vertiefungen nach dem Schritt des Rollens zur Eliminierung der Rauigkeitsspitzen eine maximale Tiefe von kleiner oder gleich 50 μm auf.
Vorzugsweise werden die Vertiefungen mittels Sandstrahlen oder Kugelstrahlen oder Perlstrahlen oder Trockeneisstrahlen erzeugt.
Weiter bevorzugt ist das Schmiermittel ein Feststoffschmiermittel, insbesondere Fett oder Graphit.
Besonders bevorzugt ist das verzahnte Bauteil eine Schnecke einer Schraubradstufe.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein verzahntes Bauteil, insbesondere ein Bauteil einer Schraubradstufe, wobei das verzahnte Bauteil eine Verzahnung aufweist, welche eine Vielzahl von Vertiefungen an der Oberfläche hat. Hierbei sind Stegbereiche zwischen den einzelnen Vertiefungen flach ausgebildet, d. h. an den Stegbereichen sind keine Rauigkeitsspitzen vorhanden, und die Vertiefungen sind mit einem Schmiermittel, insbesondere einem Feststoff-Schmiermittel aufgefüllt. Somit dienen die in ihrer Tiefe reduzierten Vertiefungen als Schmiermitteldepot und stellen eine Schmierung des verzahnten Bauteils über dessen gesamte Lebensdauer sicher. Besonders bevorzugt bilden die Stegbereiche zwischen den Vertiefungen dabei eine Hüllfläche entsprechend einer geometrischen Form einer Schnecke. Besonders bevorzugt haben die Vertiefungen und die Stegbereiche an einem dreidimensionalen Hüllkörper jeweils ein Anteil von ungefähr 50%. D. h. die Stegbereiche bilden ca. 50% der dreidimensionalen Hüllformen, wobei der Rest durch die Vertiefungen gebildet wird.
Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Antrieb mit integriertem verzahnten Bauteil, insbesondere einen elektrischen Hilfsantrieb für Fahrzeuge, insbesondere Wischerantriebe oder elektrische Antriebe für Fensterheber oder elektrische Antriebe für Komfortantriebe in Fahrzeugen, z. B. zur Sitzverstellung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Ansicht eines verzahnten Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
2 eine schematische, vergrößerte Schnittansicht des verzahnten Bauteils während des Schritts des Eliminierens von Rauigkeitsspitzen, und
3 eine schematische Schnittansicht des verzahnten Bauteils, wobei zur besseren Verdeutlichung der Erfindung in der die Vertiefungen überdimensioniert dargestellt sind.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung:
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie ein erfindungsgemäßes verzahntes Bauteil 2 im Detail beschrieben.
1 zeigt schematisch einen kombinierten elektrischen Antrieb 1 zur Verwendung in einem Fahrzeug umfassend eine Schraubradstufe mit einer Schnecke 2 und einem Zahnrad 3 sowie einen die Schnecke 2 antreibenden elektrischen Motor 4.
Die Schnecke 2 weist ein integriertes Schmierstoffdepot auf, was aus 3 ersichtlich ist.
Hierbei umfasst die Schnecke 2 eine Vielzahl von Vertiefungen 5, wobei die einzelnen Vertiefungen 5 jeweils durch Stegbereiche 6 voneinander getrennt sind. Die Vertiefungen 5 können beispielsweise mittels Sandstrahlen hergestellt werden, wobei sich, wie aus 2 linker Teil ersichtlich ist, üblicherweise neben den Vertiefungen 5 auch Rauigkeitsspitzen 7 an Stegbereichen 6 zwischen den einzelnen Vertiefungen 5 bilden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt. In einem ersten Schritt wird vorzugsweise mittels eines Rollverfahrens unter Verwendung eines Rollwerkzeugs die Verzahnung 20 hergestellt. Anschließend werden die Vertiefungen 5 mittels Sandstrahlen oder dergleichen erzeugt. Hierdurch erhöht sich die Rauigkeit der Oberfläche des verzahnten Bauteils. In einem nächsten Schritt wird der sandgestrahlte Bereich mittels Rollen bearbeitet, um die Rauigkeitsspitzen 7 zu eliminieren. Dies ist in 2 durch Verwendung eines Rollwerkzeugs 10 dargestellt, welches in Pfeilrichtung A gezeigt bewegt wird. Wie aus 2 ersichtlich ist, werden durch das Rollen der aufgerauten Bereiche des verzahnten Bauteils die Stegbereiche 6 zu geglätteten Stegbereichen 8. Hierdurch bilden die geglätteten Stegbereiche 8 eine dreidimensionale Hüllfläche entsprechend der geometrischen Form der Verzahnung. Insbesondere wird eine Rauheit der Oberfläche des verzahnten Bauteils reduziert. In einem letzten Schritt werden dann die verbliebenen Vertiefungen, welche eine deutlich geringere maximale Tiefe T aufweisen als vor dem zweiten Rollschritt, mittels eines Feststoff-Schmiermittels 9 aufgefüllt. Somit bilden dann die geglätteten Stegbereiche 8 und die Oberfläche des Schmiermittels 9 in den Vertiefungen 5, welches die Vertiefungen 5 vollständig ausfüllt, die dreidimensionale Hüllfläche des verzahnten Bauteils.
Es sei angemerkt, dass die Herstellung der Vertiefungen 5 mittels Sandstrahlen oder dergleichen derart vorgenommen wird, dass nach dem zweiten Rollvorgang zur Erzeugung der geglätteten Stegbereiche 8 die Vertiefungen 5 eine maximale Tiefe T aufweisen, welche kleiner oder gleich 50 μm ist.
Somit stellen die Vertiefungen 5 Schmiermitteldepots bereit, welche über die gesamte Lebensdauer des verzahnten Bauteils eine Schmierung sicherstellen. Trotzdem weist die erfindungsgemäße Oberfläche des verzahnten Bauteils nur eine geringe Rauheit auf. Während des Betriebes kann hierbei das Schmiermittel 9 nicht vollständig aus den Vertiefungen 5 verdrängt werden, sodass die Reibwerte im Betrieb im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich reduziert werden können und somit ein Verzahnungswirkungsgrad signifikant erhöht wird. Dies kann dazu führen, dass der elektrische Motor 4 mit einer kleineren Leistung ausgewählt werden kann und somit der komplette kombinierte elektrische Antrieb 1 kleiner, leichter und kostengünstiger gestaltet werden kann. Insbesondere können hierbei auch die Forderungen der Fahrzeugindustrie erfüllt werden, welche nach immer kleineren und gewichtsreduzierten Lösungen verlangt.
Besonders bevorzugt wird erfindungsgemäß sowohl die eigentliche Verzahnung 20 als auch nach dem Erzeugen der Vertiefungen 5 das Glätten der Stegbereiche 8 mittels des gleichen Rollwerkzeugs 10 durchgeführt. Hierdurch sind keine weiteren zusätzlichen Werkzeuge notwendig und das verzahnte Bauteil kann mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden. Besonders bevorzugt ist dabei das verzahnte Bauteil eine Schnecke und die Schnecke wird mittels eines Schneckenrollierverfahrens mittels eines Rollwerkzeugs 10 hergestellt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines verzahnten Bauteils einer Schraubradstufe mit einer Schnecke umfassend die Schritte – Herstellen einer Verzahnung (20) an dem Bauteil, – Erzeugen von Vertiefungen (5) auf zumindest einem Teilbereich der Verzahnung (20) der Schnecke (2), – Rollen des die Vertiefungen aufweisenden Teilbereichs mittels eines Rollwerkzeugs (10) derart, dass Rauigkeitsspitzen (7) an Stegbereichen (6) zwischen den Vertiefungen (5) eliminiert werden, und – Auffüllen der Vertiefungen (5) mittels eines Schmiermittels, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der Verzahnung (20) und der Schritt des Rollens des die Vertiefungen (5) aufweisenden Bereichs mittels des gleichen Rollwerkzeugs (10) durchgeführt werden und dass der Schritt des Rollens des die Vertiefung aufweisenden Bereichs derart ausgeführt wird, dass die Stegbereiche (6) zwischen den Vertiefungen (5) eine Hüllfläche entsprechend einer geometrischen Form der Verzahnung (20) definieren und dass die Vertiefungen (5) mittels Sandstrahlen oder Kugelstrahlen oder Perlstrahlen oder Trockeneisstrahlen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Herstellens der Verzahnung (20) mittels eines Rollverfahrens ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen von Vertiefungen und das Rollen des die Vertiefungen aufweisenden Bereichs auf der kompletten Verzahnung ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Vertiefungen (5) nach dem Schritt des Rollen des die Vertiefungen aufweisenden Bereichs eine maximale Tiefe (C) von kleiner oder gleich 50 μm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel (9) ein Feststoff-Schmiermittel ist.
Verzahntes Bauteileiner Schraubradstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfassend eine Verzahnung (20), welche eine Vielzahl von Vertiefungen (5) an einer Oberfläche aufweist, wobei Stegbereiche (6) zwischen den Vertiefungen (5) flach ausgebildet sind und die Vertiefungen (5) mit einem Schmiermittel, insbesondere einem Feststoff-Schmiermittel, aufgefüllt sind.
Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegbereiche (6) zwischen den Vertiefungen (5) eine Hüllfläche entsprechend der geometrischen Form der Verzahnung bilden.
Elektrischer Antrieb, insbesondere Scheibenwischerantrieb, umfassend ein verzahntes Bauteil (2) nach Anspruch 6 oder 7.