DE3625594A1 - Verfahren zur herstellung eines elliptischen zahnrads - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines elliptischen zahnradsInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines elliptischen Zahnrades, welches hauptsächlich für ein
Fahrrad verwendet wird, und insbesondere ein Verfahren zur
Herstellung eines elliptischen Zahnrades, das aus Aluminiumblech
hergestellt ist.
Im allgemeinen wird ein Zahnrad für ein Fahrrad in runder
oder elliptischer Form gebildet und aus Eisen- oder Aluminiumblechen
hergestellt.
Ein elliptisches, aus Aluminiumblech hergestelltes Zahnrad,
das wegen seines geringen Gewichtes vorteilhaft ist, kann
durch Austanzen aus einem hauptsächlich verwendeten Aluminiumblech
als Ausgangsmaterial hergestellt werden, dessen
Dicke jener der vorzusehenden Zahnteile entspricht; nach
dem Ausstanzen des Blechs besteht kein Erfordernis, die
Dicke der Zahnabschnitte zum Erzielen der Zahnteile noch
nachzurichten, was dahingehend zu einer einfachen Arbeit
führt, so daß eine wirtschaftliche Produktion erzielt wird.
Der Grundabschnitt des Zahnrades, der die Zahnteile ausschließt,
weist jedoch eine unzulängliche Festigkeit auf.
Um die Nachteile auszuräumen, verwendet man als Ausgangsmaterial
herkömmlicherweise ein Aluminiumblech, dessen
Dicke größer ist als jene der herzustellenden Zahnteile;
das Aluminiumblech wird unter Verwendung einer Presse ausgestanzt,
um ein Zwischenelement mit einer Anzahl von Zahnabschnitten
am äußeren Umfang zu bilden. Das Zwischenelement
wird dann am Umfang an beiden Seitenflächen der Zahnabschnitte
spanend bearbeitet, und zwar durch Verwendung
einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine oder einer herkömmlichen
Drehmaschine, um die Dicke der Zahnabschnitte
zu verringern, verglichen mit der wesentlichen Dicke des
Zwischenprodukts, wobei hierdurch die Zahnteile gebildet
werden.
Die numerisch gesteuerte Fräsmaschine kann, wenn sie für
die spanende Bearbeitung der Zahnabschnitte des elliptischen
Zwischenprodukts verwendet wird, das durch Ausstanzen
des Aluminiumblechs auf die oben erwähnte Weise gebildet
wurde, einen Schnittvorgang von derselben Länge in radialer
Erstreckung einwärts von den Spitzen aller Zahnabschnitte
auf den Seiten der größeren und kleineren Hauptachse des
Zwischenprodukts durchführen, es benötigt jedoch stundenlange
spanende Bearbeitung, ist für die Massenerzeugung
ungeeignet und ist bei der Bearbeitung teuer.
Eine herkömmliche Drehmaschine könnte auch für die spanabhebende
Bearbeitung an den Zahnabschnitten verwendet werden,
um die Zahnteile zu bilden. Dieses Verfahren ist billiger
und kann die für den spanenden Vorgang erforderliche Zeit
verringern, verglichen mit der Arbeit bei einer numerisch
gesteuerten Fräsmaschine. Bei diesem Verfahren bei Anwendung
einer Drehmaschine wird jedoch, da die Zahnabschnitte
am Zwischenprodukt, das in Drehung versetzt wird, durch
ein Schneidwerkzeug abgespant werden, eine radial einwärts
gerichtete Fläche des Zwischenprodukts, an welcher der
Schnittvorgang durch das Schneidwerkzeug ausläuft bzw.
endet, kreisförmig, so daß das Maß des spanend abgetragenen
Abschnitts in radialer Richtung an der Seite der größeren
Hauptachse des Zahnrades an den Zahnabschnitten größer ist
als bei der Seite der kleineren Hauptachse, was zum Problem
der niedrigeren Festigkeit der Zahnteilabschnitte an der
Seite der Hauptachse führt.
Es ist Zweck der Erfindung, das Problem zu überwinden. Ein
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
eines elliptischen Zahnrades aus Aluminiumblech vorzusehen,
wodurch man wirksam und rasch ein elliptisches Zahnrad aus Aluminiumblech
durch einen spanlosen und einen spanenden bzw.
einen Preß- und einen Schnittvorgang mittels einer herkömmlichen
Maschinendrehbank bzw. Drehmaschine bilden kann,
und das Absinken der Festigkeit der Zahnteilabschnitte an
der Seite der Hauptachse des elliptischen Zahnrades ausräumen
kann.
Das Herstellungsverfahren für ein elliptisches Zahnrad der
vorliegenden Erfindung weist die folgenden Verfahrensschritte
auf:
- ein Formgebungsvorgang für ein Zwischenprodukt, wobei
ein Aluminiumblech einem Prägevorgang ausgesetzt wird,
um am äußeren Umfangsabschnitt überzustehen, wobei das
Zwischenprodukt eine elliptische Form aufweist und mit
Zahnabschnitten versehen ist, und wobei der Vorsprung sich
in einer Richtung, und zwar in Richtung der Dicke der
Platte, und in Bezug auf den radial einwärts gelegenen
Abschnitt erstreckt (der der Mitte näher liegt als der
äußere Umfangsabschnitt), um hierdurch einen Flansch am
äußeren Umfangsabschnitt zu bilden, an welchem eine Anzahl
von Zahnabschnitten ausgebildet ist, und
- ein Bildungsvorgang für die Zahnteile, bei welchem die äußere Oberfläche, in Richtung der Erstreckung des Vorsprungs gesehen, des Flansches am Zwischenprodukt spanend in Richtung der Dicke des Blechs bearbeitet wird, um die Dicke des die Zahnabschnitte bildenden Teils in Vergleich zur wesentlichen bzw. größeren Dicke des Zwischenprodukts zu verringern, um hierbei die Zahnteile zu bilden.
- ein Bildungsvorgang für die Zahnteile, bei welchem die äußere Oberfläche, in Richtung der Erstreckung des Vorsprungs gesehen, des Flansches am Zwischenprodukt spanend in Richtung der Dicke des Blechs bearbeitet wird, um die Dicke des die Zahnabschnitte bildenden Teils in Vergleich zur wesentlichen bzw. größeren Dicke des Zwischenprodukts zu verringern, um hierbei die Zahnteile zu bilden.
Die Erfindung ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet,
daß das verwendete Aluminiumblech ausreichende Dicke aufweist,
um die erforderliche Festigkeit zu liefern, durch
Bearbeitung in einer Presse so ausgestanzt wird, daß es
eine elliptische Form aufweist, und einer Preßbearbeitung
am äußeren Umfangsabschnitt unterzogen wird, der mit Zahnabschnitten
versehen ist, so daß er in einer Richtung, und
zwar in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs, in Bezug
auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt vorspringt, so
daß ein Zwischenprodukt erzeugt wird, welches eine elliptische
Form aufweist und die Querschnittsform eines Tellers
mit Rand bzw. einer Schüssel mit Flansch aufweist.
Das zweite Merkmal der Erfindung liegt darin, daß der die
Zahnabschnitte bildende Teil (d. h. der Flanschabschnitt,
der in einer Richtung und in Richtung der Dickenerstreckung
des Blechs in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt
vorspringt, welcher seinerseits als Grundabschnitt
des elliptischen Kettenzahnrades dient und jener Abschnitt
ist, der die Festigkeit liefert) einer spanenden Bearbeitung
unterzogen wird, um die Dicke des die Zahnabschnitte
bildenden Teils entsprechend jener Antriebskette auszubilden,
die beim Fahrrad verwendet wird. In anderen Worten,
da der die Zahnabschnitte bildende Teil, d. h. der Flansch,
der in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs in Bezug
auf den Grundabschnitt vorspringt, spanend bearbeitet werden
soll, kann die spanende Bearbeitung unter Verwendung
einer handelsüblichen Maschinendrehbank vorgenommen werden
(wie dies bei der Bildung eines runden Zahnrades auch der
Fall ist), ohne Verwendung einer numerisch gesteuerten
Fräsmaschine, und bei dem Verfahren findet keinerlei
Schnittvorgang an jenem Grundabschnitt statt, der die
Festigkeit erfordert, während gleichzeitig es das Verfahren
ermöglicht, daß nur jener die Zahnabschnitte bildende Teil
tatsächlich auch spanend bearbeitet wird, bei welchem die
spanende Bearbeitung erforderlich ist.
Im Ergebnis kann ein elliptisches Zahnrad wirksam und rasch
durch Ausstanzen in einer spanlosen Bearbeitung durch eine
Presse und durch spanende Bearbeitung mittels einer Maschinendrehbank
hergestellt werden, ohne daß man eine Absenkung
der Festigkeit des Zahnrades verursacht.
Die obigen und weiteren Ziele und neuartige Merkmale der
Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung
noch deutlicher ersichtlich, wenn diese in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.
In der Zeichnung ist:
In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Zwischenprodukts,
das durch das Herstellungsverfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt ist,
Fig. 2 die teilweise vergrößerte Ansicht eines
Längsschnitts durch das Zwischenprodukt,
Fig. 3 eine erläuternde Ansicht, die die spanlosen
Bearbeitungen des Zwischenprodukts zeigen,
Fig. 4 eine Frontansicht eines elliptischen Zahnrades,
welches durch das Herstellungsverfahren
der vorliegenden Erfindung hergestellt
wurde,
Fig. 5 die Ansicht eines Schnitts, der längs
Linie V-V in Fig. 4 vorgenommen wurde, und
Fig. 6 die Ansicht eines Schnitts, der längs
Linie VI-VI in Fig. 4 vorgenommen wurde.
Das Ausgangsmaterial bei dem Herstellungsverfahren eines
elliptischen Zahnrads der vorliegenden Erfindung verwendet
ein Aluminiumblech mit einer Dicke (T), beispielsweise
2,8 mm, und einer durch Wärmebehandlung in einer Lösung
bzw. Vergütungsglühen erhöhten Härte.
Als erstes wird das Aluminiumblech durch eine Preß- bzw.
Prägemaschine spanlos bearbeitet, um ein Zwischenprodukt 1
auf eine solche Weise auszubilden, daß dessen äußerer Umfangsabschnitt
eine elliptische Form aufweist, mit Zahnabschnitten
versehen ist und in einer Richtung, und zwar in
Richtung der Breitenerstreckung des Blechs, in Bezug auf
den radial einwärts gelegenen Abschnitt 10 (der näher der
Mitte des Teils 1 als der äußere Umfangsabschnitt liegt)
vorspringt, um hierdurch einen Flansch 11 am äußeren Umfangsabschnitt
zu bilden, und der Flansch 11 wird mit einer Anzahl
von Zahnabschnitten 12 ausgebildet.
Das Zwischenprodukt 1 ragt, wie in Fig. 2 gezeigt, am
äußeren Umfangsabschnitt (d. h. dem Flansch 11, der mit den
Zahnabschnitten 12 ausgebildet ist) in einer Richtung und in
Richtung der Dickenerstreckung des Blechs (d. h. in Fig. 2
zur linken Seite hin) in Bezug auf den radial einwärts gelegenen
Abschnitt (10) vor und weist die Querschnittsform
eines Tellers mit Rand bzw. einer Schüssel mit Flansch auf.
Als nächstes wird der Flansch 11 des Zwischenprodukts 1 spanend
an einer Außenoberfläche 11 a, in Richtung des Überstands
gesehen, um 0,8 mm in Richtung der Dickenerstreckung
des Blechs spanend bearbeitet, so daß die Dicke (H) der
Zahnabschnitte 12 um 0,8 mm kleiner ist als die Dicke (T)
(2,8 mm) des Zwischenprodukts 1, wodurch Zahnteile 2 mit
einer Dicke von 2,0 mm geschaffen werden.
Die Ausbildung des Zwischenprodukts 1 kann durch Verwendung
einer Presse durch gleichzeitige Bearbeitung beim Ausstanzen
und beim Herstellen des Vorsprungs hergestellt werden.
Es ist bevorzugt, ein Zwischenprodukt hauptsächlich durch
die nachfolgenden vier Vorgänge einer Prägebearbeitung zu
bilden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist:
(1) Ein erster Vorgang (I) zum Ausstanzen des Aluminiumblechs
(1 A) mit 2,8 mm Dicke, so daß es elliptisch ist.
(2) Ein zweiter Vorgang (II), bei welchem das elliptische
Element (1 B) an dem äußeren Umfangsabschnitt in einer
Richtung, in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs
gesehen, in Bezug auf den mittleren Abschnitt nach
vorne versetzt wird, um einen Flansch 11 zu bilden.
(3) Ein dritter Vorgang (III), bei welchem das elliptische
Element (1 B) am Flansch 11 gestanzt wird, um die Zahnabschnitte
12 zu bilden, und auch am mittleren Teil,
um den radial nach innen weisenden Abschnitt (d. h. den
Grundabschnitt) 10 zu bilden, und um auch mehrere Montageschenkel
13 zu bilden, welche sich von dem radial
einwärts gelegenen Abschnitt (dem Grundabschnitt) 10
radial nach innen erstrecken.
(4) Ein vierter Vorgang (IV) zur Bildung abgeschrägter
Flächen (12 a, 12 b) durch Prägen der Oberflächen an beiden
Seiten der Spitzen der Zahnabschnitte 12.
Das Zwischenprodukt 1 kann auch nur durch den ersten und
zweiten Vorgang der Prägebearbeitung und nicht durch alle
die oben erwähnten vier Vorgänge gebildet werden.
Das durch die Prägebearbeitung bzw. spanlose Bearbeitung
auf die oben erwähnte Weise gebildete Zwischenprodukt 1 wird
dann bei normaler Temperatur ausgehärtet, so daß es eine
Härte (gerade HRB 80 oder mehr) aufweist, um eine ausreichende
Widerstandsfähigkeit (oder Streckgrenze, Streckfestigkeit)
gegenüber der Kette für Fahrräder zu erhalten.
Diese Kaltaushärtung wird vor der spanenden Bearbeitung des
Flansches 11 am Zwischenprodukt 1 vorgenommen; dann wird
die Bildung der Zahnteile 2 vorgenommen. Die Kaltaushärtung
kann aber auch nach der spanenden Bearbeitung des Flansches
vorgenommen werden. Ferner kann in Abhängigkeit von
der Auswahl des Ausgangsmaterials auch kein Erfordernis für
die Kaltaushärtung vorliegen.
Die spanende Bearbeitung des Flansches wird hauptsächlich
durch eine herkömmliche Maschinendrehbank vorgenommen, wobei
das Zwischenprodukt 1 durch ein Spannfutter in der Drehbankeinrichtung
der Maschine getragen und gedreht wird, und
ein Schneidwerkzeug radial von einem Punkt im Drehweg der
äußeren Umfangskante 1 a des Flansches an der Seite der
größeren Hauptachse des Zwischenprodukts 1 bis zu einem
Punkt im Drehweg der ersten inneren Umfangskante 1 b des
Flansches an der Seite der kleineren Hauptachse bewegt wird.
Was vom Schneidwerkzeug spanend abgetragen wird, ist lediglich
die Außenoberfläche auf der vorspringenden Seite des
Flansches 11, welcher in Bezug auf die Hauptebene des
Zwischenprodukts 1 übersteht. Somit ist die Breite des
Flansches 11 in radialer Richtung so eingestellt, daß sie
über den gesamten Umfang des Flansches hinweg gleich bleibt,
so daß das Maß des Schnittvorganges (W 1) in radialer Richtung
auf der Seite der größeren Hauptachse gleich ist dem
Schnittmaß (W 2 in radialer Richtung an der Seite der kleineren
Hauptachse.
Somit wird keine Absenkung der Festigkeit an den Zahnteilabschnitten
auf der Seite der größeren Hauptachse veranlaßt,
wodurch die gleichförmige Festigkeit eines jeden
Zahnteils 2 geliefert wird.
Das Maß des Überstands des Flansches 11 am Zwischenprodukt
1, das die Querschnittsform eines Tellers mit Rand aufweist,
kann bevorzugt eine solche Größe aufweisen, daß es
gerade der Unterschied zwischen der Dicke (T) des Zwischenprodukts
1 und der Dicke (H) der Zahnteile ist oder größer
ist.
Wie aus dem Obigen ersichtlich, wird ein Zwischenprodukt
1 zuerst auf eine solche Weise hergestellt, daß ein Aluminiumblech
mit einer Dicke, die ausreicht, um die erforderliche
Festigkeit zu liefern, spanlos bearbeitet wird bzw. gepreßt
wird, so daß der äußere Umfangsabschnitt, der mit den
Zahnabschnitten 12 versehen ist, in einer Richtung und in
Richtung der Dickenerstreckung des Blechs in Bezug auf den
radial einwärts gelegenen Abschnitt 10 übersteht, um
hierdurch einen Flansch 11 am äußeren Umfangsabschnitt zu
bilden, wobei am Flansch 11 eine Anzahl von Zahnabschnitten
12 ausgebildet sind, so daß das Zwischenprodukt 1 die Querschnittsform
eines Tellers mit Rand aufweist und in der
Frontansicht elliptisch ist. Dann wird der Flansch 11 des
Zwischenprodukts 1 in Richtung der Dickenerstreckung des
Bleches an der äußeren Umfangsfläche 11 a in Richtung des
Überstands so spanend bearbeitet, daß die Dicke des die
Zahnabschnitte 12 bildenden Teils in Bezug auf die Gesamtdicke
des Zwischenprodukts 1 verringert wird, wobei dann
Zahnteile 2 gebildet werden, die eine Dicke aufweisen, welche
mit der zu verwendenden Antriebskette übereinstimmt.
Im Ergebnis kann der Schnittvorgang durch Verwendung einer
herkömmlichen Drehmaschine vorgenommen werden, und es kann
vorgesehen werden, daß das Schnittmaß in radialer Richtung
auf der Seite der größeren Hauptachse gleich jenem auf der
Seite der kleineren Hauptachse ist, wobei die Absenkung der
Festigkeit der Zahnteilabschnitte an der Seite der größeren
Hauptachse vermieden wird und hierdurch eine gleichförmige
Festigkeit an jedem Zahnteilabschnitt geliefert wird, wobei
eine hohe Festigkeit des Zahnrads insgesamt, ein leichtes
Zahnrad und ein billig herzustellendes Zahnrad erzielt werden
kann.
Die in der Erfindung erwähnte elliptische Form sollte nicht
auf eine Ellipse begrenzt sein, welche in Bezug auf die
größere und kleinere Hauptachse symmetrisch geformt ist,
sondern kann auch eine verformte Ellipse umfassen, wie sie
in Fig. 4 gezeigt ist.
Während ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und
beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die speziellen
Merkmale hiervon beschränkt, welche lediglich erläuternd
sind und keine Beschränkung bilden sollen.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines elliptischen Zahnrads,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
(a) ein Formgebungsvorgang eines Zwischenprodukts, wobei ein Aluminiumblech gepreßt wird, um den äußeren Umfangsabschnitt des Zwischenprodukts zu veranlassen, eine elliptische Form anzunehmen, und mit Zahnabschnitten so versehen wird, daß er in der Richtung in Richtung der Dickenerstreckung in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt des Zwischenprodukts überzusteh, um einen Flansch am äußeren Umfangsabschnitt zu bilden, wobei am Flansch eine Anzahl von Zahnabschnitten ausgebildet sind, und
(b) ein Formgebungsvorgang für die Zahnteile, bei welchem der Flansch des Zwischenerzeugnisses in Richtung der Dickenerstreckung an der äußeren Oberfläche in Projektionsrichtung des Flansches spanend abgetragen wird, um die Dicke des die Zähne bildenden Teils in Vergleich mit der Gesamtdicke des Zwischenelements zu verringern und somit die Zahnteile zu bilden.
(a) ein Formgebungsvorgang eines Zwischenprodukts, wobei ein Aluminiumblech gepreßt wird, um den äußeren Umfangsabschnitt des Zwischenprodukts zu veranlassen, eine elliptische Form anzunehmen, und mit Zahnabschnitten so versehen wird, daß er in der Richtung in Richtung der Dickenerstreckung in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt des Zwischenprodukts überzusteh, um einen Flansch am äußeren Umfangsabschnitt zu bilden, wobei am Flansch eine Anzahl von Zahnabschnitten ausgebildet sind, und
(b) ein Formgebungsvorgang für die Zahnteile, bei welchem der Flansch des Zwischenerzeugnisses in Richtung der Dickenerstreckung an der äußeren Oberfläche in Projektionsrichtung des Flansches spanend abgetragen wird, um die Dicke des die Zähne bildenden Teils in Vergleich mit der Gesamtdicke des Zwischenelements zu verringern und somit die Zahnteile zu bilden.
2. Verfahren zur Herstellung eines elliptischen Zahnrads
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Formgebungsvorgang des Zwischenproduktes die folgenden
Merkmale aufweist:
- ein erster Vorgang, bei welchem ein Aluminiumblech durch Bearbeitung in einer Presse ausgestanzt wird,
- ein zweiter Vorgang, bei welchem der äußere Umfangsabschnitt des elliptischen Elements geprägt wird, um in einer Richtung und in Richtung der Dickenerstreckung in Bezug auf einen mittleren Abschnitt des elliptischen Elements so vorzuspringen, daß ein Flansch gebildet wird,
- ein dritter Vorgang, bei welchem der Flansch des elliptischen Elements durch Bearbeitung in einer Presse ausgestanzt wird, um Zahnabschnitte zu bilden, und ein mittlerer Abschnitt des elliptischen Elements durch Arbeit in der Presse ausgestanzt wird, um mehrere Montageschenkel zu bilden, und
- ein vierter Vorgang, bei welchem die Oberflächen der Seiten der Spitzen der Zahnabschnitte durch eine Bearbeitung in der Presse geprägt werden.
- ein erster Vorgang, bei welchem ein Aluminiumblech durch Bearbeitung in einer Presse ausgestanzt wird,
- ein zweiter Vorgang, bei welchem der äußere Umfangsabschnitt des elliptischen Elements geprägt wird, um in einer Richtung und in Richtung der Dickenerstreckung in Bezug auf einen mittleren Abschnitt des elliptischen Elements so vorzuspringen, daß ein Flansch gebildet wird,
- ein dritter Vorgang, bei welchem der Flansch des elliptischen Elements durch Bearbeitung in einer Presse ausgestanzt wird, um Zahnabschnitte zu bilden, und ein mittlerer Abschnitt des elliptischen Elements durch Arbeit in der Presse ausgestanzt wird, um mehrere Montageschenkel zu bilden, und
- ein vierter Vorgang, bei welchem die Oberflächen der Seiten der Spitzen der Zahnabschnitte durch eine Bearbeitung in der Presse geprägt werden.
3. Verfahren zur Herstellung eines elliptischen Zahnrads
nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Zwischenprodukt hergestellt
wird, nachfolgend einer Kaltvergütungsbehandlung ausgesetzt
wird und dann mit den Zahnteilen ausgebildet wird.
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