DE102016002538B4

DE102016002538B4 - Verfahren und Werkzeug zur Herstellung von Blechteilen für Getriebesynchronisation

Info

Publication number: DE102016002538B4
Application number: DE102016002538.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Tautenhahn; Stephan Leonhardt
Original assignee: WVL Werkzeug und Vorrichtungsbau Lichtenstein GmbH
Current assignee: WVL Werkzeug und Vorrichtungsbau Lichtenstein GmbH
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: DE102016002538A1

Abstract

Die fertige Herstellung von großdimensionierten Blechteilen dieser Art, mit außenzähnen und stirnseitigen Zahn-Dachformen an diesen ausgebildet, in den Qualitätsstufen mittel und mittelgrob erfordert eine qualitätssichernde kompakte und kostengünstige Verfahrensdurchführung und Werkzeugausbildung.Das Herstellungsverfahren besteht aus den drei Verfahrensschritten Fließvorprägen von napfförmigen Vertiefungen (3) als zahndachartige Vorformen, Feinschneiden und Fließpressen flutiger Zahn-Dachformen (12) auf derselben Blechteilseite, welche auf drei aneinander gereihten Werkzeugstufen (16, 17, 18) eines kompakten Mehrstufen-Werkzeuges (4) mittels Fließ-Vorprägestempel (5a), Schneidstempel (5b) und Prägestempel (5c) realisiert werden.Ein spezielles Anwendungsgebiet dieser so hergestellten Funktionsteile sind die Fahrzeuggetriebe von Nutzfahrzeugen in der Land- und Forstwirtschaft.

Description

Die Erfindung geht von dem im Oberbegriff des Patenantspruches 1 definierten Herstellungsverfahren und dem im Oberbegriff des Patentanspruches 6 definierten Werkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens zur Herstellung dieser funktionsbezogenen ausgebildeten Blechteile aus.
Blechteile für die Getriebesynchronisation sind Synchronringe, Kupplungskörper und Kupplungsscheiben die mit radial gerichteten evolventenförmigen Außenzähnen und mit axial gerichtet sowie stirnseitig an diesen Außenzähnen angeordneten Zahn-Dachformen ausgestattet sind.
Dabei soll das Herstellungsverfahren in wenigen Verfahrensschritten durchführbar sein. Das benötigte Werkzeug soll für das Verfahren mit wenig Werkzeugstufen ausgestattet sein.
Synchronringe, Kupplungskörper und Kupplungsschreiben haben in den Synchronisationssystemen der Fahrzeuggetriebe die Aufgabe, die unterschiedlichen Drehzahlen des zu schaltenden Gangrades und der Welle aneinander anzugleichen.
Dies bedingt eine bestimmte Maßgenauigkeit, sowie eine Gratfreiheit und eine gleichbleibend gute Ausformung und Materialfestigkeit der evolventenförmigen Außenzähne und der Ausbildung der Zahn-Dachformen sowie der Hinterlegung an diesen. Neben höchsten Anforderungen an die Ausführungsqualität dieser Funktionsteile in Fahrzeuggetrieben von PKWs werden auch mittlere Ausführungsqualitäten bei bestimmten Nutzfahrzeugenarten, die beispielsweise in der Land- und Forstwirtschaft zum Einsatz kommen, ausreichen sein.
Beispiele für den Stand der Technik von Verfahrens- und Werkzeugausbildungen zur Herstellung der Zahn-Dachformen und der Hinterlegungen sind nachfolgend benannte Erfindungsanmeldungen.
In

- DE 10 2005 054 237 A1 und
- DE 42 00 418 C1

Weiterhin werden in

- DE 10 2005 053 989 B4

Die Herstellung von Teilen die für eine Getriebesynchronisation anwendbar sind, sind in

- DE 35 19811 A1
- US 2006/02 66 094 A1 und in
- EP 0131 770 A1

Eine zweistufige Verfahrens- und Werkzeugausbildung für Zahn-Dachformen ist Gegenstand in

- DE 10 2009 029 756 A1 .

Hierbei wird einem Verfahrensschritt Fließvorprägen der später auszuschneidenden Außenzähne ein anschließender Verfahrensschritt Feinschneiden in Verbindung mit Fließpressen nachgeordnet. Da die fließvorgeprägten napfförmigen Vertiefungen auf der anderen Blechseite zur Lage der fertig fließzupressende Zahndächer angeordnet sind, sind durch das aufwölbende Durchsetzen Rissbildungen, oder Ausbrüche an den Verformungsstellen der Zahn-Dachformen an den Teilen zu erwarten.
Nachteilig ist an den genannten Herstellungsverfahren und der dazu benötigten Werkzeuge

- der hohe Zeit- und Kostenaufwand für die Verfahrensdurchführung sowie für die benötigten Herstellungswerkzeuge, insbesondere bei großdimensionierten Blechteilen und
- die teilweise oder vollständige Nichteinbeziehung oder Nichtrealisierbarkeit des Fertigprägens von Zahn-Dachformen und Hinterlegungen in eine komplexe spanfreie Fertigung dieser Blechteile für die Getriebesynchronisation und
- die zu erwartenden Qualitätsmängel bei Fertigformung der Zahn-Dachformen auf der Grundlage des Aufwölbens der rückseitigen napfförmigen Vertiefungen.

Die Problemstellung zur Überwindung dieser Nachteile ist, eine kompaktere Verfahrensstruktur und Werkzeugstruktur zu finden, mit denen diese Funktionsteile spanlos und durchgängig auf einem Werkzeug qualitätsgerecht und kostengünstig herstellbar sind.
Diese das Verfahren zur Herstellung der Blechteile für Getriebesynchronisation betreffende Problemstellung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Das Verfahren besteht aus drei Verfahrensschritten, die gleichzeitig und nacheinander stattfinden. In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Fließvorprägen von napfförmigen Vertiefungen im Bandmaterial für die später einseitig an den Außenzähnen auszubildenden Zahn-Dachformen, wobei in dem konkaven Teil der napfförmigen Vertiefungen die zahndachartigen Vorformen ausgebildet werden.
Nach dem zweiten an sich bekannten Verfahrensschritt des Feinschneidens der Blechteile, wobei ein Ausschneiden und Lochen erfolgt, ist ein Fließpressen als Fertigprägen der erhabenen Zahn-Dachformen und der konischen Zahnflanken ein selbstständiger dritter Verfahrensschritt.
Ergänzende Verfahrensmerkmale sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 benannt.
Sie betreffen

- den Ablauf der Verfahrensschritte in den jeweils benachbarten Werkzeugstufen
- die Zuordnung der Verfahrensschritte Fließvorprägen und Fließpressen der Zahn-Dachformen zueinander
- die koordinierten Bewegungen von Stempel und Ausheber.

Die das Werkzeug zur Herstellung von Blechteilen für Getriebesynchronisation betreffende Problemstellung ist in Patentanspruch 6 gelöst.
In drei Werkzeugstufen eines Mehrstufen-Werkzeuges finden die Verfahrensschritte Fließvorprägen, Feinschneiden und Fließpressen separiert statt.
Mit einem Fließ-Vorprägestempel erfolgt das Prägen von napfförmigen Vertiefungen in das Bandmaterial in der ersten Werkzeugstufe. Im konkaven Teil der napfförmigen Vertiefungen sind zahndachartige Vorformen ausgebildet, die in ihrer Ausbildung und Dimensionierung den später in der dritten Werkzeugstufe auf der gleichen Seite des Bandmateriales fertig geprägten erhabenen Zahn-Dachformen mit einer einheitlichen Ausbildung der Dachspitzen mit definierten Firstabrundungen entsprechen.
Mit einem Prägestempel erfolgt das Fließpressen als Fertigprägen der Zahn-Dachformen und das Prägen der konischen Zahnflanken an den evolventenförmigen Außenzähnen in der dritten Werkzeugstufe. Der Prägestempel wirkt ebenso wie der Schneidstempel in der zweiten Werkzeugstufe in einer Arbeitsrichtung.
Ergänzende Ausbildungsmerkmale des Werkzeuges sind in den Patentansprüchen 7 und 8 benannt. Sie betreffen die konische Ausbildung der Dachflächen an den Zahn-Dachformen und die Anordnung einer Trennschneideinrichtung für die verbliebenen Ränder und Zwischenstege des Bandmaterials.
Die Erfindung ist beispielhaft in den Figuren vereinfacht dargestellt und im Folgenden Teil der Beschreibung näher erläutert.
Gezeigt wird in

1: eine Prinzipdarstellung des gerichteten Verfahrensablaufes in einem Mehrstufen-Werkzeug als Draufsicht auf das Unterwerkzeug
2: eine Schnitt-Darstellung A-A nach 1 der dritten Werkzeugstufe

Der dreistufige Verfahrensablauf wird in 1 an einem vereinfacht dargestellten Mehrstufen-Werkzeug 4 abgebildet. In das zugeführte Bandmaterial 1 werden in der ersten Werkzeugstufe 16 mittels des Fließ-Vorprägestempels 5a die napfförmigen Vertiefungen 3 voreingeprägt. Die Anordnung, die Ausbildung und die Dimensionierung dieser Vertiefungen sind durch die evolventenförmigen Außenzähne 10 und die Zahn-Dachform 12 bestimmt.
Aus dem Bandmaterial 1 wird in der zweiten Werkzeugstufe 17 das Feinschneiden des Blechteiles 2 in der Kontur der evolventenförmigen Außenzähne 10 mittels des Schneidstempels 5b in Arbeitsrichtung 14 durchgeführt und das ausgeschnittene Blechteil 2 wird mittels der Ausheber 8 in Ausheberichtung 15 bewegt, in der Arbeitsposition gehalten und mittels einer Backen-Transporteinrichtung zur dritten Werkzeugstufe 18 bewegt.
In dieser Werkzeugstufe wird, wie auch in 2 gezeigt, das Blechteil 2 mittels eines Prägestempels 5c in Arbeitsrichtung 14 fertig bearbeitet, in dem die Zahn-Dachformen 12 mit den Dachspitzen mit definierten Firstabrundungen und die konischen Zahnflanken 11 an den evolventenförmigen Außenzähnen 10 fertig geprägt werden.
In der 2 sind auch die Niederhalter 6, die Matrizen 7 sowie die Ausheber 8 im Ober-und im Unterwerkzeug beispielhaft an der Werkzeugstufe 18 gezeigt.
Herstellbar sind insbesondere großdimensionierte Blechteile 2 in den Qualitätsstufen mittel und mittelgrob.
Bezugszeichenliste

1: Bandmaterial
2: Blechteile
3: napfförmige Vertiefungen
4: Mehrstufen-Werkzeug
5a: Fließ-Vorprägestempel
5b: Schneidstempel
5c: Prägestempel
6: Niederhalter
7: Matrizen
8: Ausheber
9: Trennschneideinrichtung
10: evolventenförmige Außenzähne
11: konische Zahnflanken an 10
12: Zahn-Dachform(en)
13: Dachspitze mit definierten Firstabrundungen an 12
14: Arbeitsrichtung von 5 und 6
15: Ausheberichtung von 8
16: Werkzeugstufe von 4
17: Werkzeugstufe von 4
18: Werkzeugstufe von 4

Claims

Verfahren zur Herstellung von Blechteilen (2) für Getriebesynchronisation mit evolventenförmigen Außenzähnen (10), an denen stirnseitig je eine Zahn-Dachform (12) auszubilden ist und die als großdimensionierte Synchronringe, Kupplungskörper oder Kupplungsscheiben in mittlerer oder mittelgrober Qualität ihre Anwendung finden, mit nur wenigen Verfahrensschritten, wobei das zu bearbeitende Bandmaterial (1) zwischen den Niederhaltern (6) am Oberwerkzeug und am Unterwerkzeug eines Mehrstufen-Werkzeuges (4) geklemmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein Fließvorprägen von napfförmigen Vertiefungen (3) im Bandmaterial (1) für die späteren einseitig an den Außenzähnen (10) auszubildenden Zahn-Dachformen (12), wobei in dem konkaven Teil der napfförmigen Vertiefungen (3) die Zahn-Dachartigen Vorformen ausgebildet werden, dass in einem bekannten zweiten Verfahrensschritt ein Feinschneiden der Blechteile (2) als Ausschneiden der evolventenförmigen Außenzähne (10) sowie als Lochen einer Innenkontur und dass als ein selbstständiger dritter Verfahrensschritt ein Fließpressen als Fertigprägen der erhabenen Zahn-Dachformen (12) und der konischen Zahnflanken (11) gleichzeitig stattfinden.
Verfahren zur Herstellung von Blechteilen (2) für Getriebesynchronisation nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Verfahrensschritte - Fließvorprägen an einem ersten Blechteil (2), - Feinschneiden an einem zweiten Blechteil (2) und - Fertigprägen an einem dritten Blechteil (2) an dem Bandmaterial (1) gleichzeitig auf drei benachbarten Werkzeugstufen (16, 17 und 18) eines Mehrstufen-Werkzeuges (4) ablaufen.
Verfahren zur Herstellung von Blechteilen (2) für Getriebesynchronisation nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der gleichzeitigen Beendigung der drei Verfahrensschritte das mittels einer Zuführungseinrichtung bewegliche Bandmaterial (1), dessen Ränder und Zwischenstege als Haltegitter für die herzustellenden Blechteile (2) fungieren, unterstützt durch eine Blechteilejustierung zwischen den jeweils benachbarten Werkzeugstufen (16 und 17 sowie 17 und 18) getaktet bewegt, positioniert und justiert ist.
Verfahren zur Herstellung von Blechteilen (2) für Getriebesynchronisation nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem ersten Verfahrensschritt Fließvorprägen in das Blechteil (2) eingebrachten napfförmigen Vertiefungen (3), in ihrer Ausbildung und Dimensionierung den auf der gleichen Seite des Bandmaterials (1) mit dem dritten Verfahrensschritt Fließpressen zwischen den napfförmigen Vertiefungen (3) angeordneten fertig geprägten Zahn-Dachformen (12) an einem Synchronring, an einem Kupplungskörper oder an einer Kupplungsscheibe entsprechen.
Verfahren zur Herstellung von Blechteilen (2) für Getriebesynchronisation nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bandmaterial (1) hin gerichtet, die Stempel (5a, 5b, 5c) von oben nach unten in Arbeitsrichtung (14) und die Ausheber (8) von unten nach oben in Ausheberichtung (15) gleichzeitig bewegt und geführt sind und sich im Bereich der napfförmigen Vertiefungen (3) treffen.
Werkzeug zur Herstellung von Blechteilen (2) für Getriebesynchronisation mit evolventenförmigen Außenzähnen (10), an denen stirnseitig je eine Zahn-Dachform (12) auszubilden ist und die als Synchronringe, Kupplungskörper oder Kupplungsscheiben ihre Anwendung finden, wobei das in wenigen Werkzeugstufen zu bearbeitende Bandmaterial (1) zwischen den Niederhaltern am Oberwerkzeug und am Unterwerkzeug eines Mehrstufen-Werkzeuges (4) geklemmt ist, für die Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 bis 5 ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, dass in drei aneinander gereihten Werkzeugstufen (16, 17 und 18) eines kompakten Mehrstufen-Werkzeuges (4) separiert die Verfahrensschritte Fließvorprägen, Feinschneiden und Fließpressen stattfinden und dass mit einem Fließ-Vorprägestempel (5a) das Prägen von napfförmigen Vertiefungen (3) in das Bandmaterial (1) in der ersten Werkzeugstufe (16) erfolgt, wobei im konkaven Teil der vorgeprägten napfförmigen Vertiefungen (3) als Zahndachartige Vorformen und später in der Werkzeugstufe (18) auf der gleichen Seite des Bandmaterials (1) fertig geprägten erhabenen Zahn-Dachformen (12) mit einheitlichen Dachspitzen (13) und mit definierten Firstabrundungen ausgebildet sind und dass mit einem Prägestempel (5c) das Fließpressen für das Fertigprägen der Zahn-Dachformen (12) und das Prägen der konischen Zahnflanken (11) an den evolventenförmigen Außenzähnen (10) in der dritten Werkzeugstufe (18) erfolgt und dieser ebenso wie die Schneidstempel (5b) in der zweiten Werkzeugstufe (17), in einer Arbeitsrichtung (14) wirkend, angeordnet ist.
Werkzeug zur Herstellung von Blechteilen für Getriebesynchronisation nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahn-Dachform (12) der in ein Blechteil (2) geprägten evolventenförmigen Außenzähne (10) konisch ausgebildete gegenüberliegende Dachflächen hat, wobei sie in einem gleichen oder einem unterschiedlichen Konuswinkel angeordnet sind.
Werkzeug zur Herstellung von Blechteilen für Getriebesynchronisation nach Patentanspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Werkzeugstufe (17), quer gerichtet zur Bewegungsrichtung des Bandmateriales (1) eine Trennschneideinrichtung (9), beispielsweise am Unterwerkzeug des Mehrstufen-Werkzeuges (4), für das Abtrennen der nach dem Ausschneiden der Blechteile (2) aus dem Bandmaterial (1) von diesem verbliebenen Ränder und Zwischenstege, angeordnet ist.