DE3712123C2 - Verfahren zur Herstellung eines Starterkranz-Zahnrads - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Starterkranz-Zahnrades.

Als Stand der Technik wird von einem Kalt-Schlag-Walzverfahren (Grob-Methode) ausgegangen, welches wie folgt abläuft:

Man erzeugt 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 zählt zum Stand der Technik (CH-PS 579 427, FR-PS 75 38 539, DE 25 49 230 A1).

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 müssen.

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 dem vorgenannten Verfahren (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 dem bekannten Verfahren (Grob-Methode) mit guter Reproduzierbarkeit bei einem Minimum an empirischer Vorarbeit wirtschaftlich vorteilhaft hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

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. Durch die Erfindungg wird das Problem auf einfache Weise gelöst.

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

Es ist deshalb nunmehr 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 neben den wirtschaftlichen Vorteilen seiner sicher reproduzierbaren Herstellung auch den Vorteil erhöhter Präzision und Dauerhaftigkeit.

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.

Ein Starterkranz-Zahnrad 1 gemäß Fig. 1, 2, 3 und 8 ist in der eingangs geschilderten Weise (Grob-Verfahren) 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 üblich gewalzt (Grob-Verfahren).

Dabei entstand das Werkstück 1, welches mit einem glatten Topfboden 2 gezeichnet ist und um sein Zentrum Z eine runde Öffnung aufweist.

Wie man vor allem 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 1 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′ mindestens 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′ höchstens 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.

Claims (2)

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 durch in Walzenköpfen in einer planetenartigen Umlaufbahnbewegung frei drehbare, mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit laufende Walzen zu einer Verzahnung mit Laufradgeometrie kalt umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Rohrteil (3′) des Rohlings (1′) dabei unter Verringerung seines Außendurchmessers derart 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 die aus einem der Oberflächenhärtung zugänglichen Stahlblech hergestellte Verzahnung oberflächengehärtet wird.