DE3742516A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines schraegverzahnten innenzahnrades - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines schrägverzahnten Innen­ zahnrades und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Herstellen eines solchen Innenzahnrades durch Kaltwalzen.

Es ist allgemein bekannt, schrägverzahnte Innenzahnräder durch Schneiden oder Kaltverformen mit einer Kaltmatrize herzustellen.

Die US-PS 44 52 060 beschreibt ein Verfahren zum Ausformen eines schraubenförmigen Evolutenkeilrückens auf der inne­ ren Oberfläche eines hohlen Rohlings, wonach ein Preß­ stempel, der an seiner Außenfläche mit einem schraubenför­ migen Evolutenkeil versehen ist, in eine Bohrung des hoh­ len Rohlings eingepreßt und dort weitergetrieben wird. Der hohle Rohling wird dabei an einem Ende durch ein Spannfut­ ter gehalten.

Diese Druckschrift beschreibt ferner ein Verfahren zum Formen einer schrägverzahnten Innenverzahnung aus einem Rohling, wonach ein mit einem schraubenförmigen Zahn ver­ sehener Preßstempel gedreht und unter Anwendung eines Vorwärtsfließpreßverfahrens in den Rohling getrieben wird.

Diese bekannten Verfahren sind jedoch insofern unbefriedi­ gend, als sie Schneidemaßnahmen nicht vollständig über­ flüssig machen können. Insbesondere erfordern diese Ver­ fahren Schneidemaßnahmen, um eine abgestufte Eingangsöff­ nung zu bilden, um die Einführung des Preßstempels in die Bohrung des hohlen Rohlings zu erleichtern. Dies erhöht die Anzahl der notwendigen Verfahrensschritte und schmä­ lert die Materialausnutzung, mit dem Ergebnis, daß die Produktionskosten insbesondere bei der Produktion von Mas­ senartikeln stark erhöht werden. Ein weiteres Problem be­ steht darin, daß das Zahnausformen durch ein Vorwärts­ fließpressen erfolgt, wobei der Kopfendbereich des Preß­ stempels nicht unterstützt wird, so daß es schwierig ist, Innenzahnräder mit einer hohen koaxialen Genauigkeit zu erhalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines schrägverzahnten Innenzahnrades anzugeben, die mit einer sehr hohen koaxialen Genauigkeit arbeiten und mit einer verminderten Anzahl an Bearbeitungsschritten auskommen.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt folgende Schritte: ein hohler Rohling wird auf einem Preßkopf angebracht, dessen äußere Mantelfläche mit einem schraubenförmigen Zahnprofil versehen ist. Zur Halterung des Rohlings wird dieser an seinen beiden axialen Enden eingespannt. Eine Walze wird radial auf die Mantelfläche des Rohlings in einer Richtung senkrecht zur Spindel angepreßt, während der Rohling zusammen mit der Spindel gedreht wird, wodurch die innere Oberfläche des hohlen Rohlings entlang des schraubenförmigen Zahnprofils des Preßkopfes plastisch mit dem schraubenförmigen Zahn verformt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbin­ dung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vor­ richtung zur Herstellung schrägverzahnter Innen­ zahnräder;

Fig. 2 eine perspektivische Schnittansicht eines hohlen Rohlings eines Flanschkupplungszahnrades, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist;

Fig. 3 eine geschnittene perspektivische Ansicht eines Flanschkupplungszahnrades, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walzvorrichtung zum Ausformen einer schrägen inneren Ver­ zahnung auf dem Flanschkupplungszahnrad (clutch-outer) eines Freilaufgetriebes eines Anlassers für Kraftfahr­ zeuge. Der in Fig. 2 gezeigte hohle Rohling 1 eines Flanschkupplungszahnrades ist ein rohrförmiges Element aus "Black-Skin"-Stahl, das durch Kaltfließpressen geformt ist und aus einem zylindrischen Bereich 1 a mit größerem Durch­ messer und einem zylindrischen Bereich 1 b mit kleinerem Durchmesser besteht, wobei die beiden Bereiche über einen ringförmigen Zwischenbereich miteinander verbunden sind. Mehrere Vorsprünge 1 C sind auf der inneren Umfangsfläche des Bereiches 1 A mit größerem Durchmesser ausgeformt, um so Räume 1 D für ein Rollenlager zu bilden. Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 das Verfahren zum Ausbilden eines schraubenförmigen Evolutenkeilrückens oder Zahns 1 E (Fig. 3) auf der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Bereiches 1 B mit kleinerem Durchmesser erläutert.

Eine Spindel 2 ist auf einen Teil ihrer Mantelfläche mit einem schraubenförmigen Keilrücken (oder Schräg-Zahnprofil 2 A) versehen und ist in den zylindrischen Bereich mit kleinerem Durchmesser 1 B des hohlen Rohlings 1 eingeführt. Die Spindel 2 ist integral mit einer Spindel 3 verbunden, die durch einen nicht gezeigten Antrieb gedreht wird. Der hohle Rohling 1 auf der Spindel 2 wird an einer Endfläche seines Zwischenbereiches durch einen vorspringenden Teil 3 A der Spindel 3 gehaltert, während ein Ende des hohlen Rohlings 1 gegen eine Endfläche 4 A der Welle 4 anliegt, die eine Bohrung aufweist, die den Teil 2 B der Spindel 2 aufnimmt.

Eine Trägerwelle 5 ist parallel zur Spindel 2 angeordnet und von dieser weg und auf diese zu bewegbar. Die Träger­ welle 5 trägt über ein Nadellager 6 eine Walze 7. Die Trä­ gerwelle 5 wird über Arme 51 gehaltert und ein Stopper 52 ist an ein Ende der Trägerwelle 5 geschraubt, so daß die Walze 7 drehbar auf der Trägerwelle 5 gehaltert ist. Mit 5 A ist ein Schmierölkanal bezeichnet, durch den Schmieröl in das Lager 6 eingeführt wird, um dieses zu schmieren.

Im Betrieb wird die Spindel 3 durch den Antrieb gedreht, so daß der hohle Rohling 1 ebenfalls gedreht wird. Gleich­ zeitig wird die Walze 7 auf den zylindrischen Bereich 1 b mit kleinerem Durchmesser des hohlen Rohlings 1 radial einwärts gepreßt, d.h. in einer Richtung senkrecht zu der Achse der Spindel 2. Der Bereich des Rohlings 1 mit klei­ nerem Durchmesser, der zwischen der Spindel 3 und der An­ triebswelle 4 eingeklemmt ist, wird demzufolge entlang der schraubenförmigen Nut 2 A während dessen Drehung plastisch verformt, was eine solche plastische Verformung des Roh­ lings 1 nicht einschränkt, wodurch der in Fig. 3 gezeigte schraubenförmige Keilrücken 1 B auf der inneren Umfangsflä­ che des zylindrischen Bereichs 1 B mit kleinerem Durchmes­ ser des Rohlings 1 geformt wird. Die äußere Mantelfläche des zylindrischen Bereichs 1 B mit kleinerem Durchmesser wird ebenfalls plastisch verformt, indem sich durch die Einwirkung der Walze 7 Flankenbereiche 1 C bilden, so daß eine Ringnut 1 F zwischen diesen gebildet wird. Das so her­ gestellte Flanschkupplungszahnrad wird anschließend von der Spindel 2 abgenommen, indem es relativ zu dieser gedreht wird. Die Ringnut 1 F ist so ausgeformt, daß der Einspurhebel dort eingreift, der das Flanschkupplungs­ zahnrad in Eingriff mit einem Motorritzel bringt, wenn das äußere Getriebezahnrad in einen Startermotor inkorporiert ist.

Nach dem beschriebenen Verfahren ist die innere Mantelflä­ che 1 B mit kleinerem Durchmesser des Rohlings 1 auf dem mit einer schraubenförmigen Nut versehenen Teil 2 B der Spindel 2 so eingepaßt, da der Rohling 1 während des For­ mens des schraubenförmigen Keilrückens 1 E durch das Kalt­ walzverfahren koaxial zur Spindel 2 gehalten wird. Auf diese Weise kann ein hoher Grad an koaxialer Genauigkeit erreicht werden, um konstruktionellen Anforderungen zu ge­ nügen. Ferner kann der schraubenförmige Keilrücken mit ho­ her Genauigkeit aufgrund des Kaltwalzens ausgeformt wer­ den, so daß die Notwendigkeit jedweden Nacharbeitens ent­ fällt. Ferner dient die Anpreßwalze dazu, eine Nut in den zylindrischen Bereich mit kleinerem Durchmesser des Flanschkupplungszahnrades anzubringen, wodurch es über­ flüssig wird, eine solche Nut durch Fräsen oder andere spanende Bearbeitungen herzustellen. Somit werden Verbes­ serungen hinsichtlich der Ausbeute und der Produktions­ effizienz erzielt.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zum Formen eines schraubenförmigen Keilrückens. Die Vorrichtung formt einen schraubenförmigen Keilrücken 10 A auf einer inneren Oberfläche eines zylin­ drischen Bereiches 10 B mit größerem Durchmesser eines topfförmigen Rohlings 10.

Es wird ein Preßkopf 12 A verwendet, der auf seiner äußeren Mantelfläche mit schrägverzahnten Zahnprofilen versehen ist. Der Preßkopf ist einstückig mit der Spindel 12 ausgeführt. Ein Bereich 12 B der Spindel 12 wird von einer Bohrung, die in einer Antriebswelle 11 vorgesehen ist, aufgenommen und in dieser gelagert, die in einer Antriebs­ welle 11 vorgesehen ist, während ein Bereich 12 C dieser Spindel 12 an einer Antriebswelle 13 befestigt ist.

Die innere Oberfläche des zylindrischen Bereiches 10 C mit kleinerem Durchmesser des Rohlings 10 leitet an der Ober­ fläche des Bereiches 12 B entlang, indem die Antriebswelle 11 von der Vorrichtung zuvor entfernt wird, so daß der Rohling 10 auf den Preßkopf 12 A aufgesteckt wird. An­ schließend werden die beiden axialen Enden des zylindri­ schen Bereiches 10 B mit größerem Durchmesser zwischen der Antriebswelle 13 und der Antriebswelle 11 eingeklemmt, wo­ durch das anfängliche Einsetzen des Rohlings abgeschlossen ist.

Im Betrieb wird die Antriebswelle 13 gedreht und eine Rolle 14 wird auf die äußere Umfangsoberfläche des zylin­ drischen Bereichs 10 B mit größerem Durchmesser in einer Richtung senkrecht zur Achse der Spindel 12 gepreßt, so daß der zylindrische Bereich 10 B mit größerem Durchmesser plastisch verformt wird in Übereinstimmung mit der Anord­ nung der schraubenförmigen Keilrücken auf dem Preßkopf 12 A, wodurch ein Erzeugnis mit einer schrägen Innenverzah­ nung erzeugt wird. Dieses Erzeugnis wird z.B. als Unter­ setzungsgetrieberad in einem Automatikgetriebe verwendet.

Nach diesem Verfahren ist es möglich, ein Erzeugnis her­ zustellen, das ein schrägverzahntes Innenzahnrad aufweist mit einer hohen koaxialen Präzision, ohne daß ein Schnei­ den des Rohlingsmaterials erforderlich ist. Bei herkömmli­ chen Verfahren, die ein Fräsen oder andere spanende Bear­ beitungen umfassen, ist es erforderlich, etwas Spiel für den Schneidzahn des Schneidwerkzeuges vorzusehen. Im Gegensatz dazu ist ein solches Spiel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig, da hier kein Fräsen oder eine andere spanende Bearbeitung erfolgt. Somit kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Erzeugnis mit geringer axialer Länge hergestellt werden.

Es kann ferner ein Erzeugnis hergestellt werden, das über seine gesamte axiale Länge an seiner inneren Mantelfläche mit einer schraubenförmigen Verzahnung vorgesehen ist, in­ dem ein verlängerter Preßkopf und eine verlängerte Walze verwendet werden, deren axiale Längen ausreichen, um die axiale Länge der inneren Mantelfläche des Erzeugnisses ab­ zudecken.

Es sei ferner erwähnt, daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte schraubenförmige Keilrücken kaltge­ härtet ist, aufgrund des Walzenverformens, so daß ein Tempern nach der Bildung der schraubenförmigen Verzahnung nicht notwendig ist.

Topfförmige Rohlinge sind in der Regel mit Böden versehen, so daß sie kaum spanbearbeitet werden können, z.B. mittels eines Räumverfahrens. Nach der Erfindung können jedoch solche Rohlinge leicht bearbeitet werden, selbst von Be­ dienungspersonal, das dazu nicht speziell ausgebildet ist.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird erfindungsgemäß ein hohler zylinderförmiger Rohling pla­ stisch verformt, um mit einer schraubenförmig verlaufenden Innenverzahnung der inneren Mantelfläche versehen zu wer­ den, indem der Rohling gewalzt wird, wobei eine Walze von außen auf den Rohling aufgepreßt wird. Es ist daher mög­ lich, schraubenförmige Innenverzahnungen zu erhalten, die eine hohe koaxiale Genauigkeit aufweisen, wohingegen die Anzahl der notwendigen Verfahrensschritte vermindert wird.

Claims (6)

1. Verfahren zum Ausformen eines schrägverzahnten Innen­ zahnrades auf der inneren Mantelfläche eines hohlen Roh­ lings, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Anbringen des hohlen Rohlings auf einem auf einer Spin­ del angeordneten Preßkopf, der an seiner äußeren Um­ fangsfläche mit einem schrägverzahnten Profil versehen ist,
• - Klemmen und Haltern des Rohlings an dessen entgegenge­ setzten axialen Enden und
• - Anpressen einer Walze auf einen Bereich seiner äußeren Mantelfläche in einer Richtung senkrecht zur Spindel­ achse, während der Rohling zusammen mit der Spindel gedreht wird, wobei der Rohling entlang des schrägen Zahnprofils plastisch verformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Verfahrensschritt:
gleichzeitig mit der Ausformung des schrägverzahnten Zahnprofils auf der inneren Mantelfläche des Rohlings wird mindestens in einem axialen Endbereich des Rohlings ein Flansch ausgeformt.

3. Vorrichtung zur Herstellung eines schrägverzahnten Innenzahnrades aus einem hohlen Rohling, gekennzeichnet durch

• - eine angetriebene Drehspindel (2, 3, 2 A; 12), deren in den Rohling einzuführender Teil mit einem Preßkopf mit Schrägzahnprofil (2 B; 12 A) auf dessen Mantelfläche ver­ sehen ist,
• - eine koaxial zur Drehspindel angeordnete Hohlwelle (4; 11), gegen deren Endfläche (4 A) ein Ende des hohlen Rohlings (1; 10) gepreßt wird, wobei der hohle Rohling (1; 10) auf der anderen Seite durch einen vorspringenden Endbereich der Spindel (3; 13) gehaltert wird, und
• - eine Walze (5; 14), deren Drehachse parallel zur Achse der Spindeln (2, 3, 4; 11, 12) verläuft, die zur Ausbil­ dung einer Flanschnut (1 F; 10 B) senkrecht zu der Achse der Spindeln auf einen Teilbereich der Mantelfläche des Rohlings (1; 10) anpreßbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkopf (2 B, 12 A) einstückig mit der Spindel (2; 12 C) ausgeformt und auf seiner Mantelfläche mit einem Schrägzahnprofil (2 A) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkopf als ein Bereich größeren Durchmessers auf der Spindel (12 C) ausgeführt und mit einem Schrägzahnpro­ fil (12 A) versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel in einem ersten Teil durch eine angetriebene Welle geführt wird und in einem zweiten Teil an einer Antriebswelle befestigt ist, wobei der zweite Teil so angeordnet ist, daß der Preßkopf zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Spindel angeordnet ist.