DE19911296A1

DE19911296A1 - Non-cutting manufacturing method for V-belt pulley uses pressure roller for cold-forming of aluminum/alloy round blank with integral hub section

Info

Publication number: DE19911296A1
Application number: DE1999111296
Authority: DE
Inventors: Roger Schneider; Werner Wiesner
Original assignee: Winkelmann and Pannhoff GmbH
Current assignee: Winkelmann and Pannhoff GmbH
Priority date: 1999-03-13
Filing date: 1999-03-13
Publication date: 2000-09-21

Abstract

The belt pulley (1) is manufactured from a round blank of aluminum or aluminum alloy, by cold-forming only. The inner hub section is created by material-compacting and thickening formed from the blank, and the outer part of the blank is formed dependent upon the desired profiling of the pulley, after the hub section has been formed. The process is carried out by a pressure roller. The round blank may have an integrally formed hub section (2) with hub profiling.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanlosen Herstellung eines eine Nabe aufweisenden Getriebeteiles, insbesondere ei ner Poly-V-Riemenscheibe, aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, sowie ein Getriebeteil aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit Nabe.The invention relates to a method for non-cutting production a gear part having a hub, in particular egg ner poly-V pulley, from a round plate made of aluminum or an aluminum alloy, and a gear part from one Round disc made of aluminum or an aluminum alloy with a hub.

Es ist beispielsweise im Automobilbau insbesondere aus Gründen der Gewichtsreduzierung seit langem bekannt, Bauelemente zur Drehmomentübertragung, wie Poly-V-Riemenscheiben, aus Alumini um durch Kaltumformung herzustellen. Für solche kaltumformen den Herstellverfahren werden relativ weiche Aluminiumlegierun gen mit guten Tiefzieheigenschaften eingesetzt. Diese Alumini umlegierungen weisen als typische Materialeigenschaften eine Zugfestigkeit von 160 bis 200 N/mm² und eine Oberflächenhärte von ca. 50 HB auf.For example, it has long been known in automobile construction, in particular for reasons of weight reduction, to produce components for torque transmission, such as poly-V pulleys, from aluminum by cold forming. For such cold forming the manufacturing process, relatively soft aluminum alloys with good deep-drawing properties are used. As typical material properties, these aluminum alloys have a tensile strength of 160 to 200 N / mm ² and a surface hardness of approx. 50 HB.

Diese Festigkeitswerte der Aluminiumlegierungen reichen für eine direkte Verbindung der Nabe der Riemenscheibe mit der Welle des Aggregats durch reibschlüssige Verbindungen nicht aus. Daher muß die Verbindung von z. B. Riemenscheiben aus Alu minium auf andere Weise, nämlich mit einem zusätzlichen Naben bauteil erfolgen. Dazu wird an die radial ausgerichtete Naben fläche der Riemenscheibe aus Aluminium eine getrennte Nabe aus einem ausreichend festen metallischen Werkstoff angeschraubt oder in sonstiger geeigneter Weise befestigt. Solche Naben werden als Sinter- oder Schmiedeteile gefertigt. Da der metal lische Werkstoff der Nabe eine ausreichende Festigkeit auf weist, kann eine derartige Nabe mit der Welle des Aggregats durch eine reibschlüssige Verbindung, wie beispielsweise durch einen Preß- oder Schrumpfsitz, verbunden werden. Ersichtlich sind solche zweiteiligen Getriebeteile mit separater Nabe sehr aufwendig herzustellen und kostenintensiv.These strength values of the aluminum alloys are sufficient for a direct connection of the hub of the pulley with the The shaft of the unit is not due to frictional connections out. Therefore, the connection of z. B. aluminum pulleys minium in a different way, namely with an additional hub component. This is done on the radially aligned hubs a separate hub from the surface of the aluminum pulley screwed on a sufficiently strong metallic material or attached in any other suitable manner. Such hubs are manufactured as sintered or forged parts. Since the metal material of the hub has sufficient strength points, such a hub with the shaft of the unit through a frictional connection, such as through a press fit or shrink fit. Obviously are such two-part gear parts with separate hub very much complex to manufacture and expensive.

Grundsätzlich sind für Riemenscheiben aus Blech Fertigungsver fahren bekannt, bei denen die Nabe einstückig durch einen Kaltumformprozeß angeformt wird (z. B. DE 44 00 257 C1). In dieser Druckschrift ist ein Verfahren beschrieben, das eine kostengünstige Herstellung eines Getriebeteils mit Nabe aus einer Ronde ermöglichen, die Materialgefügeveränderungen der Ronde möglichst gering halten und die Wanddicke des Getriebe teils ausgehend von gleicher Rondenstärke beliebig wählbar machen soll. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vor geschlagen, bei dem eine rotierende Blechplatine durch Drücken mittels Drückrollen in ihrer Dicke verringert und zu einem von der Blechplatine vorstehenden zylindrischen Vorsprung verformt wird, der den Nabenbereich bildet.Basically, for pulleys made of sheet metal, manufacturing drive known in which the hub integrally by one Cold forming process is molded on (e.g. DE 44 00 257 C1). In this document describes a method that a inexpensive manufacture of a gear part with a hub a round blank, the material structure changes of the Keep the circular blank as small as possible and the wall thickness of the gear unit partly selectable based on the same blank thickness should do. A method is proposed to solve this problem struck, in which a rotating sheet metal plate by pressing reduced in thickness by pressure rollers and to one of deformed the cylindrical projection protruding cylindrical plate that forms the hub area.

Dieses Verfahren stellt eine kostengünstige Lösung zur Her stellung eines Getriebeteils aus einer Blechronde mit inte grierter Nabe dar. Für das Anformen einer Nabe an ein Getrie bebauteil aus einer Ronde aus Aluminium ist es jedoch ungeeig net, weil die Festigkeitseigenschaften der für die Kaltumfor mung einsetzbaren Aluminiumlegierungen für eine Drehmoment übertragung, insbesondere für eine reibschlüssige Drehmoment übertragung, mittels einer angeformten Nabe völlig unzurei chend sind.This process creates an inexpensive solution position of a gear part from a sheet metal blank with inte grated hub. For forming a hub on a gearbox Component made of a round blank made of aluminum, however, it is unsuitable net because the strength properties of the for cold forming aluminum alloys for a torque transmission, especially for a frictional torque transmission, by means of a molded hub completely inadequate are correct.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mit der gleichwohl Getriebeteile mit angeformter Nabe aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geschaffen werden können, wobei diese Getriebeteile geeignet sein sollen, das erforderliche Drehmoment durch Reibschluß übertragen zu kön nen.The object of the invention is to provide a solution with which nevertheless, gear parts with a molded hub from a round blank be created from aluminum or an aluminum alloy can, these gear parts should be suitable that required torque to be transmitted by friction nen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs bezeichne ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ronde aus schließlich durch Kaltumformung zum Getriebeteil umgeformt wird, wobei der innere Nabenbereich des Getriebeteils durch materialverfestigende und verdickende Umformung aus der Ronde geformt und der äußere Bereich der Ronde entsprechend der ge wünschten Profilierung des Getriebeteils umgeformt wird.This task is described with a method of the beginning ten Art solved according to the invention in that the round blank finally formed into a gear part by cold forming is, the inner hub area of the transmission part through material-strengthening and thickening forming from the round blank shaped and the outer region of the round blank according to the ge desired profile of the gear part is formed.

Anders als beim Verfahren nach DE 44 00 257 C1, gemäß welchem ausdrücklich Materialgefügeveränderungen der Blechronde ver mieden werden sollen, ist es überraschend gelungen, Ronden aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung allein durch einen Kaltumformprozeß im zu bildenden Nabenbereich materialverfe stigend umzuformen, und zwar derart, daß eine Steigerung der Ausgangshärte der Ronde von mehr als 50% erzielt werden kann, ohne daß es zu einer Kaltversprödung des Aluminiumwerkstückes kommt. Damit ist es möglich, einteilige Getriebeteile aus Alu minium aus einer Ronde mit angeformter Nabe zu schaffen, die zur Drehmomentübertragung, insbesondere mittels Reibschluß ge eignet sind.Unlike the process according to DE 44 00 257 C1, according to which explicit changes in the structure of the sheet metal ver to be avoided, rounds have surprisingly succeeded Aluminum or an aluminum alloy alone by one Cold forming process in the hub area to be formed to transform increasingly, in such a way that an increase in Initial hardness of the blank of more than 50% can be achieved without causing cold embrittlement of the aluminum workpiece is coming. This makes it possible to have one-piece gear parts made of aluminum minium to create from a blank with a molded hub, the for torque transmission, in particular by means of frictional engagement are suitable.

Um die gewünschte Materialverfestigung auf den Nabenbereich zu begrenzen und eine problemlose Umformung des äußeren Bereiches der Ronde zur Herstellung der gewünschten Profilierung sicher zustellen, ist vorteilhaft vorgesehen, daß der äußere Bereich der Ronde erst nach der Bildung des Nabenbereiches umgeformt wird. Während der Umformung des Nabenbereiches werden die äu ßeren Bereiche der Ronde nicht von den Umformwerkzeugen be rührt, wodurch sichergestellt ist, daß die Aluminiumlegierung in diesem Bereich ihre ursprüngliche Kaltumformbarkeit behält, so daß es in diesem Bereich zu keiner Materialgefügeverände rung kommt, die sich negativ auf das Profilieren auswirken könnte. Erst im Zuge der Kaltumformung zur Profilierung ergibt sich für diese Bereiche ebenfalls eine Steigerung der Festig keitswerte, die dem Endprodukt zugute kommen.To the desired material hardening towards the hub area limit and a problem-free reshaping of the outer area the round blank for producing the desired profiling to deliver, it is advantageously provided that the outer area the blank is only formed after the hub area has been formed becomes. During the forming of the hub area, the outer Outer areas of the circular blank are not affected by the forming tools stirs, ensuring that the aluminum alloy retains its original cold formability in this area, so that there are no material structure changes in this area comes that have a negative impact on profiling could. Only results in the course of cold forming for profiling there is also an increase in Festig for these areas values that benefit the end product.

Ganz besonders vorteilhaft ist vorgesehen, daß in den Nabenbe reich durch Kaltumformung eine Nabenprofilierung eingeformt wird. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung ergibt sich die besonders vorteilhafte und kostengünstige Möglichkeit, Wellen-Naben-Verbindungen zu realisieren, die auf Reibschluß beruhen. Beispielhaft kann es sich dabei um eine sogenannte 3- K-Profilierung handeln, wie diese in DE 42 09 153 C2 beschrie ben ist. Bei einem solchen 3-K-Profil sind am Umfang der Welle und der Nabe angeordnete Kreiskeile vorgesehen, deren Form eine logarithmische Spirale bilden. Die Drehmomentübertragung erfolgt durch Reibschluß. Die ideale Kraftübertragung erfolgt bei reibschlüssigen Verbindungen durch Flächenberührung zwi schen Welle und Nabe. Beim Verdrehen der Nabe gegen die Welle kommt es zur Flächenberührung. Da diese Flächenberührung beim Fügen der Welle-Naben-Verbindung noch nicht vorliegt, erlaubt diese Verbindungstechnik eine kostengünstige Montage und eine Übertragung von großen Kräften und Momenten. Als Nachteil wur de bisher die aufwendige Herstellung einer solchen profilier ten Welle und Nabe angesehen, da man die logarithmische Spira le der Kreiskeile nur durch aufwendige und numerisch gesteuer te Werkzeugmaschinen herstellen konnte. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch hier eine Möglichkeit, kostengünstig geometrisch schwierig gestaltete Formen von Verbindungselemen ten unter gleichzeitiger Erzielung verbesserter Festigkeits eigenschaften für Aluminiumlegierungen zu realisieren.It is particularly advantageously provided that in the Nabenbe A hub profile is richly molded by cold forming becomes. The procedure according to the invention results the particularly advantageous and inexpensive way Realize shaft-hub connections based on friction are based. For example, it can be a so-called 3- Act K-profiling, as described in DE 42 09 153 C2 ben is. With such a 3-K profile are on the circumference of the shaft and the hub arranged circular wedges provided, their shape form a logarithmic spiral. The torque transmission done by friction. The ideal power transmission takes place in the case of frictional connections through surface contact between shaft and hub. When turning the hub against the shaft it comes into contact with the surface. Since this surface contact when Joining the shaft-hub connection is not yet allowed this connection technology an inexpensive assembly and a Transfer of great forces and moments. As a disadvantage de so far the complex production of such a profiling shaft and hub, since the logarithmic spira le of the circular wedges only through complex and numerical control machine tools. The invention Here, too, the method offers a possibility, inexpensively geometrically difficult shapes of connecting elements ten while achieving improved strength realizing properties for aluminum alloys.

In ganz besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Umformung der Ronde zur Erzeugung des Nabenbereiches mit wenigstens einer Drückrolle ausgeführt wird, deren Rollen geometrie, Vorschubgeschwindigkeit und Eindringtiefe in die Ronde derart gewählt werden, daß die jeweils erforderliche Ma terialverfestigung im Nabenbereich erreicht wird. Durch Steue rung dieser Verfahrensparameter ist es möglich, die jeweils gewünschte Materialverfestigung zu erreichen, ohne daß es zu einer Versprödung kommt, die eine Verwendung des Bauteiles insbesondere als sicherheitsrelevantes Bauteil, wie beispiels weise bei der Verwendung als Antriebselement für eine Lenk hilfepumpe, verhindern würde. Die Festlegung dieser Verfah rensparamater hängt dabei von der jeweils verwendeten Alumini umlegierung, der Rondendicke und den für das Getriebeteil not wendigen Festigkeitswerten ab.In a particularly advantageous embodiment, that the deformation of the round blank to produce the hub area is carried out with at least one spinning roller, the rollers geometry, feed rate and depth of penetration into the Ronde be chosen so that the required Ma material consolidation in the hub area is achieved. Through taxes tion of these process parameters, it is possible to each to achieve desired material solidification without it embrittlement comes, which is a use of the component in particular as a safety-relevant component, such as wise when used as a drive element for a steering aid pump, would prevent. The establishment of this procedure rensparamater depends on the particular aluminum used alloy, the blank thickness and that for the gear part not the necessary strength values.

Die Erfindung sieht auch ein Getriebeteil aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit Nabe vor, die da durch gekennzeichnet ist, daß es aus einer ausschließlich durch Kaltumformung umgeformten Ronde mit angeformten Nabenbe reich besteht. Dabei ist der Nabenbereich vorzugsweise mit ei ner eingeformten Nabenprofilierung versehen.The invention also looks like a gear part made from a round blank Aluminum or an aluminum alloy with hub in front there is characterized by the fact that it consists of an exclusively cold-formed round blank with molded boss rich exists. The hub area is preferably egg ner molded hub profile.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispiels weise näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur ein erfindungsgemäßes Getriebeteil im Schnitt. The invention is exemplary below with reference to the drawing explained in more detail. This shows in the single figure Gear part according to the invention in section.

Ein als Poly-V-Riemenscheibe ausgebildetes erfindungsgemäßes Getriebeteil ist in der Zeichnung allgemein mit 1 bezeichnet. Dieses Getriebeteil 1 ist einstückig aus einer Ronde aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, was auf unterschiedliche Weise geschehen kann, beispielsweise nach dem in DE 44 00 257 C1 be schriebenen Verfahren.A gear part according to the invention designed as a poly-V belt pulley is generally designated 1 in the drawing. This gear part 1 is made in one piece from a circular blank made of an aluminum alloy, which can be done in different ways, for example according to the method described in DE 44 00 257 C1.

Aus der nicht dargestellten Ronde ist das Getriebeteil 1 also ausschließlich durch Kaltumformung hergestellt, wobei der in nere Nabenbereich 2 des Getriebeteils 1 durch materialverfe stigende und verdickende Umformung aus der Ronde geformt wird. In diesen Nabenbereich 2 kann innenseitig eine Nabenprofilie rung eingeformt werden.From the blank, not shown, the gear part 1 is thus produced exclusively by cold forming, the nere hub area 2 of the gear part 1 being formed from the blank by stiffening and thickening forming. A hub profiling can be formed on the inside of this hub area 2 .

Der Nabenbereich 2 des Getriebeteils 1 geht in einen radialen Wandbereich 3 mit reduzierter Wandstärke über, in diesem ra dialen Wandbereich 3 können zu Gewichtseinsparungen Lochungen 4 vorgesehen sein.The hub area 2 of the gear part 1 merges into a radial wall area 3 with reduced wall thickness, in this ra dialen wall area 3 perforations 4 can be provided to save weight.

Der radiale Wandbereich 3 geht außenseitig in einen axial er streckten Bereich 5 mit Profilierung, hier einer Poly-V-Profi lierung 6, über.The radial wall area 3 merges on the outside into an axially stretched area 5 with profiling, here a poly-V profile 6 .

Wird das Getriebeteil 1 aus einer Aluminiumronde nach einem Drückverfahren hergestellt, erfolgt die Umformung der Ronde zur Erzeugung des verdickten Nabenbereiches 2 mit wenigstens einer Drückrolle, deren Rollengeometrie, Vorschubgeschwindig keit und Eindringtiefe in die Ronde derart gewählt werden, daß die jeweils erforderliche Materialverfestigung im Nabenbereich 2 erreicht wird. Die Wahl dieser Verfahrensparameter hängt da bei jeweils von der verwendeten Aluminiumlegierung, der Ron dendicke und den für das Getriebeteil notwendigen Festigkeits werten ab.If the gear part 1 is produced from an aluminum blank by a pressing process, the round blank is formed to produce the thickened hub area 2 with at least one pressing roll, the roll geometry, feed speed and depth of penetration of which are selected in such a way that the required material consolidation in the hub area 2 is achieved. The choice of these process parameters depends on the aluminum alloy used, the ring thickness and the strength values required for the gear part.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf das darstellte Ausfüh rungsbeispiel beschränkt. Anstelle einer Poly-V-Riemenscheibe eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auch für andere Getriebeteile mit Nabe, die auf einer Welle anzuordnen sind.Of course, the invention is not based on the embodiment shown Example limited. Instead of a poly V pulley the method according to the invention is of course suitable also for other gear parts with a hub on a shaft are to be arranged.

Claims

1. A method for the non-cutting production of a hub pointing to the transmission part, in particular a poly-V belt, from a round blank made of aluminum or an aluminum alloy, characterized in that the round blank is formed exclusively by cold forming to the gear part, the inner hub area the gear part is formed by material-strengthening and ver thickening deformation from the round blank and the outer region of the round blank is shaped according to the desired profile of the gear part.

2. The method according to claim 1, characterized, that the outer area of the round blank only after the formation of the Hub area is formed.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that in the hub area by cold forming a hub professional is molded.

4. The method according to claim 1 or one of the following, characterized, that the deformation of the round blank to produce the hub area is carried out with at least one spinning roller, the rollers geometry, feed rate and depth of penetration into the Ronde should be chosen so that the required Material hardening in the hub area is achieved.

5. Gear part made of a round plate made of aluminum or an aluminum alloy with a hub, characterized in that it consists of a round plate which has been formed exclusively by cold forming and has a molded-on hub area ( 2 ).

6. Gear part according to claim 5, characterized in that the hub region ( 2 ) is provided with a molded hub profiling.