DE3712123A1 - Starterkranz-zahnrad aus stahlblech und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Starterkranz-Zahnräder und auf deren Herstellung.

Um Missverständnissen vorzubeugen, sei nachstehend die Grob-Methode der Kaltumformung kurz erläutert, obschon sie in Schrift und Praxis weltweit bekannt ist:

Man erzeugt dabei durch Kaltumformung gleichzeitig ein Aussenprofil und ein Innenprofil, welche Profile verschieden sein können. Dazu wird das Werkstück, hier der rohrförmige Teil, auf einem dem Innenprofil entsprechenden Dorn aufgezogen. Das Werkstück erhält in diesem Zustand einen Werkstückvorschub, bei welchem es entlang seiner Werkstückachse verschoben und um die Werkstückachse gedreht wird. Während dessen wird das Werkstück von aussen mit ringartig profilierten Walzen bearbeitet, wobei man mit jeder Walze in auf die Profilteilung und den Werkstückvorschub abgestimmter rascher Folge schlagartige Einzelwalzvorgänge ausführt. Diese Einzelwalzvorgänge führt man im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufenden Sinne aus. Mit der gleichen Walze nacheinander geführte Einzelwalzvorgänge sind dabei auf einer schraubenlinienförmigen Zone angeordnet, wobei die Zone durch den Werkstückvorschub bestimmt wird. Die in Profillängsrichtung in der gleichen Zahnlücke aufeinanderfolgenden Einzelwalzvorgänge werden hinsichtlich ihres Angriffs am Werkstück sich teilweise überdeckend geführt. Bei jedem Einzelwalzvorgang wird Werkstoff entlang eines jeweils relativ kleinen Werkstückabschnitts in hauptsächlich radialer Richtung in die Lücken des Dorns befördert. Ein derartiges, auf relativ dickwandige Werkstücke bezogenes Verfahren ist in der CH-PS 5 79 427, FR-PS 75 38 539 und der DE-OS 25 49 230 veröffentlicht.

Bekanntlich bezeichnet man den Anlasser von Verbrennungsmotoren meist in der deutschen Sprache und in vielen anderen Sprachen als Starter.

Bei Kraftfahrzeugmotoren, beispielsweise bei Automobilen, wird vorwiegend der elektrische Zahnkranz-Durchdreh-Starter verwendet. Bei diesem Starter ist ein von der Fahrzeugbatterie gespeister Elektromotor vorgesehen, welcher zum Starten ein Ritzel antreibt. Dieses Ritzel wird während des Startvorgangs mit dem am Motor angebrachten Starter-Zahnkranz in Eingriff gebracht.

Dies bedingt auch, dass Starterkranz-Zahnräder echte Laufradverzahnungsverhältnisse aufweisen.

Im Gegensatz zu anderen im Kraftfahrzeugsektor vorkommenden Blech-Verzahnungen, wie beispielsweise Zahnriemenscheiben, Kupplungslamellenträgern und Vielkeilrohren, handelt es sich bei der Verzahnung des Starterkranz-Zahnrads um eine Verzahnung mit echter Laufradgeometrie, also um echte Zahnräder mit relativ hoher (radial gemessener) und schmaler (axial gemessener) Verzahnung, welche mit einem anderen echten Zahnrad (dem Ritzel) kämmend in Eingriff kommen.

Diese besonderen Verhältnisse führten bei der Herstellung von Blech-Starterkranz-Zahnrädern nach der bekannten Grob-Methode manchmal zu Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruch 1 genannten Art so zu vervollkommnen, dass Starterkranz-Zahnräder nach der Grob-Methode mit guter Reproduzierbarkeit bei einem Minimum an empirischer Vorarbeit wirtschaftlich vorteilhaft hergestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren und das danach hergestellte Starterkranz-Zahnrad vorgeschlagen.

Vorher waren (sogar bei Fertigung der Rohlinge aus sonst geeigneten Stahlblechen) unzählige Versuche nötig, bis man die als reproduzierbar erhofften Daten eines neuen Starterkranz-Zahnrads erarbeitet hatte. Eine Vorhersage der geeigneten Parameter schien unmöglich.

Nach der Erfindung kann man nun unerwarteterweise mit jenem Minimum an Empirik auskommen, das in der Technik allgemein unverzichtbar ist.

Bei der Entwicklung des erfindungsgemässen Verfahrens wurde auch festgestellt, dass es möglich ist, die üblicherweise am Zahnungsende auftretenden Auswulstungen wenigstens teilweise oder ganz zu vermeiden. Diese Auswulstungen wurden mancherorts als störend empfunden und mussten nachträglich abgedreht werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann man diese Auswulstungen dadurch wenigstens teilweise vorkompensieren, dass man am zylindrischen Rohrteil des Rohlings die Wandstärke lokal reduziert. An eine derartige Massnahme war bei den früher auftretenden Schwierigkeiten gar nicht zu denken gewesen.

Wenn man die so erzielbare Unterdrückung der Auswulstungen immer noch als störend empfinden sollte, so kann man ein allfälliges Abdrehen doch rascher und harmonischer ablaufen lassen als bislang.

Ferner ergaben früher bei der Verwendung oberflächenhärtbarer Stahlbleche zusätzliche Probleme, die nach der Erfindung an sich gemildert sind.

Es ist deshalb numehr möglich ein ausreichend kalt umformbares und danach (z.B. durch Induktionshärtung) oberflächenhärtbares Stahlblech zu verwenden. Der optimale Bereich ist, wie in der Technik allgemein üblich, durch einfache Versuche ermittelbar.

Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes Blech-Starterkranz-Zahnrad hat nun neben den wirtschaftlichen Vorteilen seiner sicher reproduzierbaren Herstellung auch den Vorteil erhöhter Präzision und Dauerhaftigkeit.

Ein Blech-Starterkranz-Zahnrad, welches nach einer der genannten bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt wurde, vermag allerhöchsten Ansprüchen zu genügen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise besprochen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Starterkranz-Zahnrads in Achsialrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ein vergrössertes Detail aus Fig. 2 im Bereich der Zahnung 3,

Fig. 4 ein der Fig. 3 entsprechendes Detail des zugehörigen Rohlings,

Fig. 5 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung einer anderen Ausführungsform der Zahnung,

Fig. 6 ein Detail des zur Fig. 5 gehörenden Rohlings,

Fig. 7 eine Variante zur Fig. 6,

Fig. 8 ein vergrösserter Ausschnitt der Zahnung 3 entsprechend Fig. 1 gesehen, gebrochen und mit darunter gezeichnetem Zentrum Z, und

Fig. 9 eine der Fig. 8 entsprechende Ansicht des zugehörenden Rohlings.

Das fertige Starterkranz-Zahnrad 1 gemäss Fig. 1, 2, 3 und 8 ist in der eingangs für das Grob-Verfahren geschilderten Weise hergestellt worden, in dem man von einem Rohling 1′ etwas grösseren Aussendurchmessers ausging, welcher topfförmig ausgebildet war und einen Topfboden 2′ sowie eine zylindrische Topfwandung 3′ mit einer Stirnfläche 4′ aufwies.

In diesen Rohling 1′ wurde ein Dorn (nicht gezeichnet) eingeführt, welcher ein dem Innenprofil (vgl. Fig. 8) entsprechendes Aussenprofil aufwies. Mit Walzwerkzeugen, welche das der Zahnung 3 entsprechende Ringprofil aufwiesen, wurde dann wie im Grob-Verfahren üblich gewalzt.

Dabei entstand das Werkstück 1, welches mit einem glatten Topfboden 2 gezeichnet ist und um sein Zentrum Z eine runde Oeffnung aufweist. Der Topfboden 2 ist hier zwar eben gezeichnet, weil man die Zeichnung nicht unnötig belasten wollte, tatsächlich wäre er aber eher mit einer Profilprägung versehen, damit er die gewünschte Steifigkeit erlangt.

Wie man vorallem aus den Fig. 3 und 8 deutlich sieht ist die Zahnung 3 recht hoch (in radialer Richtung gemessen) aber recht schmal (in axialer Richtung gemessen) wie dies bei Starterkränzen üblich ist. Die Zeichnung gibt naturgemäss die Feinheiten der echten Laufradverzahnung nicht wieder.

Wenn man die in Fig. 3 dargestellte Auswulstung 4 nicht haben will, muss man sie nach der Herstellung des Zahnrads abdrehen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann man aber gemäss Fig. 5 zu einer Zahnung 103 des Werkstückes 101 mit nur geringer Auswulstung 104 gelangen (der Topfbodenteil ist mit 102 bezeichnet), wenn man von einem vorkorrigierten Rohling 101′ mit Topfbodenteil 102′ und zylindrischem Topfwandungsteil 103′ mit innen gefaster Kompensationsstelle 104′ ausgeht. Alternativ könnte man auch von einem Rohling 201′ mit Topfbodenteil 202′ und Topfwandungsteil 203′ ausgehen, dessen Stirnfläche 204′ auf der gesamten Breite gefast ist. Die Reduktion kann auch eine andere Form (z.B. eine Hohlkehle) haben.

In Fig. 8 und 9 erkennt man je den halben Durchmesser Da/2 und da/2 zwischen dem Kopfkreis der Aussenzahnung 3 und den Kopfkreis der Innenzahnung 5 einerseits und dem Zentrum Z andererseits, sowie die Dicke f des Topfwandungsteils 3′ des Rohlings 1′. Beim genannten Walzen nach der Erfindung wird nun der Rohling 1′ auf dem bereits genannten Dorn so in seinem Aussendurchmesser verringert gewalzt, dass der Quotient aus der Division der Differenz des Durchmessers Da und des Durchmessers da dividiert durch die Dicke f des Rohlings 1′ höchstens 1,6 (sechszehn Zehntel) ergibt, während der Quotient der Divison der dünnsten Stelle b der Zahnflanke zwischen der äusseren und der inneren Verzahnung dividiert durch die besagte Dicke f des Topfwandungsteils 3′ des Rohlings 1′ mindestens 0,4 (vier Zehntel) ergibt. Dadurch ist sichergestellt, dass man bei rationeller Arbeitsweise reproduzierbare Ergebnisse erhält, und zwar weitgehend unabhängig davon, ob man die in Fig. 3 ersichtliche Auswulstung 4 vermeidet oder nicht.

Ausserdem ermöglicht es diese Arbeitsweise, dass man Stahlbleche verwendet, welche der Oberflächenhärtung, beispielsweise durch Induktionshärtung, zugänglich sind, ohne dass bei der Kaltumformung Nachteile entstehen. Der ideale Grenzbereich lässt sich durch einfachste Versuche ermitteln.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines Starterkranz-Zahnrads aus Stahlblech, bei welchem ein radial zuäusserst von einem topfartigen Rohling topfwandungsartig nach einer Seite hin achsparallel verlaufender zylindrischer Rohrteil nach der Grob-Methode zu einer Zahnung mit echter Laufradgeometrie kalt umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Rohrteil (3′) des Rohlings (1′) dabei unter Verringerung seines Aussendurchmessers so kalt umgeformt wird, dass

• A) der Quotient der Division der Differenz des Aussen-Kopfkreisdurchmessers (Da) der Aussenverzahnung (3) des hergestellten Zahnrads (1) und des Innen-Kopfkreisdurchmessers (da) der Innenverzahnung (5) des hergestellten Zahnrads (1) durch die Wandstärke (f) des zylindrischen Rohrteils (3′) des Rohlings (1′) mindestens 1,6 (sechszehn Zehntel) beträgt, während
• B) der Quotient der Division der dünnsten Stelle der Zahnflankenwandstärke (b) des hergestellten Zahnrads durch die genannte Wandstärke (f) des zylindrischen Rohrteils des Rohlings höchstens 0,4 (vier Zehntel) beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zum Verringern oder zum Vermeiden unerwünschter axialer Auswulstungen am Ende der Verzahnung eine Vorkompensation durch lokale Reduktion (104′ bzw. 204′) der Wandstärke (f) des zylindrischen Rohrteils (103′ bzw. 203′) des Rohlings (101′ bzw. 201′) vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einem der Oberflächenhärtung zugänglichen Stahlblech hergestellte Verzahnung oberflächengehärtet wird.

4. Starterkranz-Zahnrad aus Stahlblech, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3.