DE102020104122A1

DE102020104122A1 - Verfahren zur Herstellung eines Getriebes

Info

Publication number: DE102020104122A1
Application number: DE102020104122.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Kopton; Markus Heilmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2021-08-19
Also published as: CN113333871A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebes (1) mit einer Zahnradanordnung mit zumindest einem ersten Zahnrad (3) und einem zweiten Zahnrad (5), die im Getriebe (1) in einer Zusammenbaulage (ZSB) miteinander in Zahneingriff (ZE) sind, wobei das Verfahren eine Verzahnungsbearbeitung (V) zur Vorbearbeitung der Zahnräder (3, 5), eine Finishbearbeitung (F) und eine Endmontage (EM) aufweist, in der die beiden Zahnräder (3, 5) in Zusammenbaulage (ZSB) im Getriebe (1) verbaut werden. Erfindungsgemäß sind die Zahnräder (3, 5) sowohl in der Endmontage (EM) als auch in der Finishbearbeitung (F) jeweils mit identischem Zahneingriff (ZE) und/oder identischer Zusammenbaulage (ZSB; ZSB_P) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebes mit einer Zahnradanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 3.
Eine gattungsgemäße Zahnrad-Herstellung kann in einer automatisierten Prozesskette erfolgen, bei der zunächst ein Zahnrad-Halbzeug aus härtbarem Stahl im Weichzustand bereitgestellt wird. In das Zahnrad-Halbzeug wird bei einer Fräsbearbeitung eine Verzahnung eingefräst, und zwar unter Bildung des Zahnrads. Anschließend erfolgt ein Härten. Das gehärtete Zahnrad wird einer Hartbearbeitung unterworfen, bei der unter anderem ein Flankenaufmaß von der Verzahnung abgetragen wird. Dies erfolgt zum Beispiel durch Wälzschleifen, bei dem der Materialabtrag in einem Bereich von 50 bis 100 µm liegen kann, oder durch Verzahnungshonen, bei dem der Materialabtrag in einem Bereich von bis zu 60 µm liegen kann. Die Verzahnungsqualität kann durch eine nachgeschaltete Finishbearbeitung verbessert werden.
In der Finishbearbeitung wird die Oberflächengüte der Zahnflanken durch ein mechanisches Abtragen von Rauheitsspitzen in der Oberflächenmikrostruktur der Zahnflanken gesteigert. Die Finishbearbeitung kann als ein Feinschleifprozess realisiert sein, bei dem der Materialabtrag kleiner als 5 µm sein kann. Mit der Finishbearbeitung werden kleinste Geometrieabweichungen und/oder Welligkeiten in den Zahnflanken reduziert, die im Getriebe-Betrieb Geräusche verursachen können, was mit Komforteinbußen für die Fahrzeuginsassen verbunden ist.
Aus der DE 481 762 A ist ein Verfahren zum Einschleifen von Zahnradflanken an Zahnrädern bekannt. Aus der DE 10 2016 009 469 A1 ist ein Verfahren zum HartFinishbearbeitung innenverzahnter Zahnräder bekannt. Aus der DE 2 162 294 A ist eine Zahnradläpp- oder Prüfmaschine bekannt. Aus der DE 42 11 515 A1 ist ein Verfahren zum Läppen von Zahnrädern bekannt. Aus der EP 3 139 228 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes mit Verzahnung bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebes bereitzustellen, bei dem in fertigungstechnisch einfacher Weise im Fahrbetrieb eine Geräuschentwicklung bei miteinander kämmenden Zahnrädern reduziert ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 3 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung geht von einer Prozessabfolge aus, mittels der ein Getriebe herstellbar ist, in dem ein Zahnradpaar aus einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad in einer Zusammenbaulage miteinander in Zahneingriff sind. Die beiden Zahnräder werden in einer Verzahnungsbearbeitung vorbearbeitet und anschließend in einem Finishprozess feinbearbeitet. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 oder 3 sind die Zahnräder als ein identisches Zahnradpaar sowohl in der Endmontage als auch in der Finishbearbeitung mit zueinander identischem Zahneingriff und/oder zueinander identischer Zusammenbaulage angeordnet.
Bei der erfindungsgemäßen Finishbearbeitung werden somit Bauteil- und Fertigungstoleranzen ausgeglichen, die sich erst in der Zusammenbaulage bzw. im Zahneingriff der beiden Zahnräder ergeben. Die Finishbearbeitung erfolgt unter Berücksichtigung der sich in der Zusammenbaulage ergebenden Wechselwirkung mit dem anderen Zahnrad. Bei der Finishbearbeitung werden die geometrischen Gegebenheiten in dem Zahnradpaar im Zahneingriff und/oder in der Zusammenbaulage berücksichtigt. Zudem kann die Finishbearbeitung ohne externes Finish-Werkzeug durchgeführt werden und daher in einfacher Weise in einer automatischen Prozesskette zur Herstellung des Getriebes integriert werden.
In einer technischen Umsetzung erfolgt die prozesstechnisch nach der Verzahnungsbearbeitung durchgeführte Finishbearbeitung nicht mehr separat für jedes der beiden Zahnräder. Vielmehr wird für beide Zahnräder eine gemeinsame Finishbearbeitung durchgeführt. Bei der gemeinsamen Finishbearbeitung werden die ersten und zweiten Zahnräder in der Zusammenbaulage angeordnet und mit einem abrasiven Medium, das Abrasivpartikel aufweist, benetzt. Anschließend startet ein Einlauf-Prozess, bei dem die in Zusammenbaulage befindlichen Zahnräder drehen und aufeinander abwälzen. Auf diese Weise erzeugt das abrasive Medium an den Zahnflanken einen Abrieb, wodurch die Zahnflanken-Oberflächengüte gesteigert wird.
Das abrasive Medium kann einem Getriebeöl als Additiv beigefügt sein. In diesem Fall kann das Getriebeöl mit zugesetztem abrasiven Medium bei Durchführung der Finishbearbeitung die Zahnräder benetzen. Alternativ dazu kann das abrasive Medium Bestandteil einer Zahnrad-Beschichtung sein. In diesem Fall ist der Finishbearbeitung ein Beschichtungs-Prozessschritt vorgeschaltet, bei dem das erste und/oder das zweite Zahnrad mit der Zahnrad-Beschichtung beschichtet werden. Nach erfolgtem Beschichtungs-Prozessschritt werden die beiden Zahnräder in Zusammenbaulage positioniert und/oder in Zahneingriff gebracht. Anschließend startet der Einlauf-Prozess.
Die Finishbearbeitung kann bei einer Großserienfertigung in einer Finishbearbeitungs-Station einer Getriebe-Montagelinie durchgeführt werden, während die Endmontage der Zahnräder im Getriebe in einer Endmontage-Station erfolgt.
In einer ersten Ausführungsvariante weist die Finishbearbeitungs-Station einen Prüfstand auf, in dem die beiden Zahnräder in Zusammenbaulage montiert werden. Anschließend startet der Einlauf-Prozess, bei dem die in Zusammenbaulage montierten Zahnräder drehen und aufeinander abwälzen, und zwar unter Steigerung der Zahnflanken-Oberflächengüte sowie unter Erzeugung eines Zahnflanken-Abriebs. Nach Abschluss der Finishbearbeitung werden die Zahnräder in die Endmontage-Station transferiert, in der die beiden finishbearbeiteten Zahnräder in der Zusammenbaulage im Getriebe endmontiert werden.
In einer alternativen Prozessvariante kann die Endmontage-Station in der Getriebe-Montagelinie der Finishbearbeitungs-Station prozesstechnisch vorgeschaltet sein. In diesem Fall erfolgt somit die Endmontage der Zahnräder im Getriebe bereits vor der Finishbearbeitung. Nach Durchführung der Endmontage wird das Getriebe mit darin verbauten Zahnrädern in die Finishbearbeitungs-Station transferiert. In der Finishbearbeitungs-Station werden die im Getriebe verbauten Zahnräder mit einem Getriebeöl geschmiert, dem das abrasives Medium (das heißt Abrasivpartikel) zugesetzt ist. Anschließend startet der Einlauf-Prozess, bei dem die ersten und zweiten Zahnräder im Getriebe drehen und aufeinander abwälzen. Der dadurch erzeugte Zahnflanken-Abrieb wird über das Getriebeöl von der Zahneingriffstelle abgeführt.
Nach Abschluss der Finishbearbeitung erfolgt in der Finishbearbeitungs-Station ein Waschvorgang mit zum Beispiel einem Getriebeölwechsel, um das mit abrasivem Medium sowie mit Zahnflanken-Abrieb versetzte Getriebeöl vom Getriebe zu entfernen.
Zur Durchführung des Einlauf-Prozess kann eines der Zahnräder als Antriebszahnrad von einer Antriebsquelle angetrieben werden. Das andere Zahnrad kann als Abtriebszahnrad mit einem Bremsmoment beaufschlagt werden. Zur Steuerung der Finishbearbeitung kann das Bremsmoment über die Einlauf-Zeitdauer variieren.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 ein grob schematisches Blockschaltdiagramm, das eine erste Prozesskette zur Herstellung eines Getriebes veranschaulicht;
2 in einer Ansicht entsprechend der 1 eine zweite Prozesskette zur Herstellung eines Getriebes; und
3 eine Ansicht entsprechend der 1, eine aus dem Stand der Technik bekannte Prozesskette zur Herstellung eines Getriebes.

Im Hinblick auf ein einfacheres Verständnis der Erfindung wird zunächst Bezug auf die 3 genommen, in der eine aus dem Stand der Technik bekannte Prozesskette zur Herstellung eines Getriebes 1 veranschaulicht ist. Das in der 3 gezeigte Getriebe 1 weist ein Zahnradpaar aus einem ersten Zahnrad 3 und einem zweiten Zahnrad 5 auf, die in einer Zusammenbaulage ZSB miteinander in Zahneingriff ZE sind.
Die beiden Zahnräder 3, 5 werden in einer Verzahnungsbearbeitung V aus Zahnrad-Halbzeugen 7, 9 aus härtbarem Stahl hergestellt. Die beiden Zahnrad-Halbzeuge 7, 9 werden in einer Fräsbearbeitung mit einer Verzahnung ausgebildet. Anschließend erfolgt ein Härten. Die gehärteten Zahnräder 3, 5 werden einer Hartbearbeitung unterworfen, bei der unter anderem ein Flankenaufmaß von der jeweiligen Verzahnung abgetragen wird, zum Beispiel durch Wälzschleifen oder durch Verzahnungshonen.
Die so vorbearbeiteten Zahnräder 3, 5 werden im weiteren Prozessverlauf zu einer Finishbearbeitungs-Station F transferiert. In der Finishbearbeitungs-Station F werden Rauheitsspitzen in der Oberflächenmikrostruktur der Zahnflanken mechanisch abgetragen, wodurch die Oberflächengüte Rz der Zahnflanken der beiden Zahnräder 3, 5 gesteigert wird. Nach Abschluss der Finishbearbeitung F werden die Zahnräder 3, 5 zu einer Endmontage-Station EM transferiert, in der die Zahnräder 3, 5 in der Zusammenbaulage ZSB in das Getriebe 1 verbaut werden.
In der 3 werden die beiden Zahnräder 3, 5 in der Feinbearbeitungs-Station F separat voneinander bearbeitet. Im Gegensatz wird in der, in der 1 gezeigten Prozesskette für die beide Zahnräder 3, 5 gemeinsam eine Finishbearbeitung F durchgeführt. In der 1 kann die Verzahnungsbearbeitung V der Zahnräder 3, 5 identisch wie in der aus dem Stand der Technik bekannten Prozesskette (3) durchgeführt werden. Für die gemeinsame Finishbearbeitung weist die Finishbearbeitungs-Station F einen Prüfstand 11 auf, in dem die ersten und zweiten Zahnräder 3, 5 in einer Prüf-Zusammenbaulage ZSB_P montiert werden, die identisch mit der Zusammenbaustand ZSB im Getriebe 1 ist.
Im Prüfstand 11 der Finishbearbeitungs-Station F sind die Zahnräder 3, 5 an Drehlagerstellen 13, 15 in Zahneingriff ZE gebracht sowie in der Zusammenbaulage ZSB_P montiert. Die beiden Zahnräder 3, 5 werden zur Vorbereitung der Finishbearbeitung mit einem, mit abrasivem Medium versetzten Getriebeöl G benetzt. Anschließend startet ein Einlauf-Prozess, bei dem das Zahnrad 3 von einem Prüfstand-Elektromotor 17 angetrieben wird, so dass die beiden Zahnräder 3, 5 drehen und aufeinander abwälzen. Im Einlauf-Prozess erzeugt das abrasive Medium im Getriebeöl G unter Steigerung der Zahnflanken-Oberflächengüte Rz einen Zahnflanken-Abrieb.
Die beiden finishbearbeiteten Zahnräder 3, 5 werden in der 1 im weiteren Prozessverlauf zur Endmontage-Station EM transferiert, in der sie im Getriebe 1 verbaut werden.
In der 2 ist eine alternative Prozesskette zur Herstellung des Getriebes 1 gezeigt, in der die Endmontage-Station EM der Finishbearbeitungs-Station F prozesstechnisch vorgeschaltet ist. Demzufolge werden unmittelbar nach erfolgter Verzahnungsbearbeitung V die beiden Zahnräder 3, 5 in der Endmontage-Station EM im Getriebe 1 in ihrer Zusammenbaulage ZSB verbaut. Das Getriebe 1 mit darin verbauten Zahnrädern 3, 5 wird weiter zur Finishbearbeitung s-Station F transferiert. In der Finishbearbeitung s-Station F wird dem Getriebe 1 Getriebeöl G mit zugesetztem abrasiven Medium zugeführt. Anschließend startet der Einlauf-Prozess, bei dem das Zahnrad 1 vom Elektromotor 17 angetrieben wird, so dass die beiden Zahnräder 3, 5 aufeinander abwälzen. Der dadurch erzeugte Zahnflanken-Abrieb wird über das Getriebeöl G von der Zahneingriffsstelle ZE abtransportiert.
Zum Abschluss des Einlauf-Prozesses wird in der Finishbearbeitungs-Station F ein Getriebeölwechsel durchgeführt, um das mit abrasivem Medium sowie mit Zahnflanken-Abrieb versetzte Getriebeöl G aus dem Getriebe 1 zu entfernen.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
3, 5: Zahnräder
7, 9: Drehteile
11: Prüfstand
13, 15: Drehlagerstellen
17: Antriebsquelle
ZSB: Zusammenbaulage
ZSBP: Prüfstand-Zusammenbaulage
ZE: Zahneingriffsstelle
V: Verzahnungsbearbeitung
F: Finishbearbeitungs-Station
EM: Endmontage-Station
G: Getriebeöl mit abrasivem Medium
ZE: Zahneingriff
ZEP: Prüfstand-Zahneingriff
Rz: Oberflächengüte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 481762 A [0004]
DE 102016009469 A1 [0004]
DE 2162294 A [0004]
DE 4211515 A1 [0004]
EP 3139228 A2 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Getriebes (1) mit einer Zahnradanordnung mit zumindest einem ersten Zahnrad (3) und einem zweiten Zahnrad (5), die im Getriebe (1) in einer Zusammenbaulage (ZSB) miteinander in Zahneingriff (ZE) sind, wobei das Verfahren eine Verzahnungsbearbeitung (V) zur Vorbearbeitung der Zahnräder (3, 5), eine Finishbearbeitung (F) und eine Endmontage (EM) aufweist, in der die beiden Zahnräder (3, 5) in Zusammenbaulage (ZSB) im Getriebe (1) verbaut werden, wobei die Finishbearbeitung (F) prozesstechnisch vor der Endmontage (EM) stattfinden (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (3, 5) als identisches Zahnradpaar sowohl in der Endmontage (EM) als auch in der Finishbearbeitung (F) jeweils mit identischem Zahneingriff (ZE_P, ZE) und/oder identischer Zusammenbaulage (ZSB_P, ZSB) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Finishbearbeitung in einer Finishbearbeitungs-Station (F) einer Getriebe-Montagelinie durchgeführt wird, und dass in der Finishbearbeitungs-Station (F) die beiden Zahnräder (3, 5) in einer Prüf-Zusammenbaulage (ZSB_P) sowie im Prüf-Zahneingriff (ZE_P) montiert werden und anschließend ein Einlauf-Prozess startet, und dass nach Abschluss der Finishbearbeitung die Endmontage (EM) erfolgt, bei der die beiden Zahnräder (3, 5) mit Zahneingriff (ZE) sowie in der Zusammenbaulage (ZSB) im Getriebe (1) verbaut werden.
Verfahren zur Herstellung eines Getriebes (1) mit einer Zahnradanordnung mit zumindest einem ersten Zahnrad (3) und einem zweiten Zahnrad (5), die im Getriebe (1) in einer Zusammenbaulage (ZSB) miteinander in Zahneingriff (ZE) sind, wobei das Verfahren eine Verzahnungsbearbeitung (V) zur Vorbearbeitung der Zahnräder (3, 5), eine Finishbearbeitung (F) und eine Endmontage (EM) aufweist, in der die beiden Zahnräder (3, 5) in Zusammenbaulage (ZSB) im Getriebe (1) verbaut werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Endmontage (EM) der Zahnräder (3, 5) im Getriebe (1) prozesstechnisch vor der Finishbearbeitung (F) durchgeführt wird, so dass die Finishbearbeitung (F) bei bereits im Getriebe (1) in Zusammenbaulage (ZSB) verbauten Zahnrädern (3, 5) durchgeführt wird (2).
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschluss der Finishbearbeitung (F) in der Getriebe-Montagelinie ein Waschvorgang, insbesondere ein Trägerflüssigkeits-Wechsel bzw. ein Getriebeölwechsel, durchgeführt wird, um ein abrasives Medium und/oder den Abrieb zu entfernen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Finishbearbeitung (F) die Oberflächengüte (Rz) der Zahnflanken der beiden Zahnräder (3, 5) durch ein mechanisches Abtragen von Rauheitsspitzen in der Oberflächenmikrostruktur der Zahnflanken gesteigert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Finishbearbeitung (F) die beiden Zahnräder (3, 5) mit einem abrasiven Medium benetzt werden, und/oder dass in der Finishbearbeitung (F) ein Einlauf-Prozess erfolgt, bei dem die beiden Zahnräder (3, 5) drehen und aufeinander abwälzen, wodurch unter Steigerung der Zahnflanken-Oberflächengüte (Rz) ein Abrieb erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das abrasive Medium einer Trägerflüssigkeit (G), insbesondere einem Getriebeöl, als Additiv beigefügt ist, und dass in der Finishbearbeitung (F) die Trägerflüssigkeit (G) mit Additiv die Zahnräder (3, 5) benetzt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das abrasive Medium Bestandteil einer Zahnrad-Beschichtung ist, die auf das erste und/oder zweite Zahnrad (3, 5) beschichtet ist, und dass zur Vorbereitung der Finishbearbeitung (F) ein Beschichtungs-Prozessschritt erfolgt, bei dem das erste und/oder zweite Zahnrad (3, 5) mit der Zahnrad-Beschichtung beschichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlauf-Prozess eines der Zahnräder (3, 5) als Antriebszahnrad von einer Antriebsquelle (17) angetrieben wird, während insbesondere das andere Zahnrad als Abtriebszahnrad mit einem Bremsmoment beaufschlagt wird, und dass insbesondere das Bremsmoment über die Einlauf-Zeitdauer variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Zugabe weiterer Additive zur Trägerflüssigkeit (G) die Abrasivpartikel des abrasiven Mediums sich nach erfolgter Finishbearbeitung (F) chemisch zersetzen, und/oder dass in der Finishbearbeitung (F) eine gezielte Eigenschaftsbeeinflussung, etwa Druck, Temperatur oder Lösungseigenschaften, erfolgt.