-
Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Herstellen eines Starterkranz-Zahnrads aus Blech,
welches eine eine echte Laufradgeometrie aufweisende Außenverzahnung
aufweist, bei welchem ein blecherner Rohling, welcher einen zu einer Werkstückachse
hin verlaufenden Radflansch in einstückiger Verbindung mit einem
parallel und koaxial zur Werkstuckachse zylinderartig verlaufenden
Mantel aufweist, am genannten Mantel nach der Grob-Methode kalt
zu der echten Laufradgeometrie aufweisenden Außenverzahnung umgeformt wird
sowie ein nach dem vorgenannten Verfahren hergestelltes Starterkranz-Zahnrad
aus Blech.
-
Nächstkommender
Stand der Technik ist ein Starterkranz-Zahnrad aus Stahlblech und
ein Verfahren zu seiner Herstellung (
DE 37 12 123 A1 ). Bei diesem bekannten Verfahren
wird in einen Rohling ein Dorn eingeführt, welcher ein dem Innenprofil
entsprechendes, Außenprofil
aufweist. Es ergibt sich damit ein bauaufwendiger Nachteil. Neben
diesem Nachteil ist darüber
hinaus konstruktiv bedingt, dass die Wandstärke an den Zahnflanken für gewisse
Verwendungen sehr knapp ist. Weiterhin ist der profilierte, also
eine ausgeprägte
Zahnung aufweisende Dorn sehr empfindlich, hat eine relativ kurze
Standzeit und ist zudem teuer in der Herstellung.
-
Weiterer Stand der Technik betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von gerade oder
schräg
verzhnten Einzelzahnrädern
durch Kaltumformung nach dein Grob-Verfahren (
DE 27 20 822 C2 ). Hier werden
zwei proflierte Pressdorne auf der Lnnenseite des Werkstücks eingesetzt.
-
Zum Stand der Technik zählt außerdem ein Verfahren
zum Herstellen eines ringförmigen
Zahnrads aus einer Metallplatte (
DE
40 06 582 C2 ). Hier wird ein statisches Rollwerkzeug eingesetzt,
welches keine Schlagkomponente im Sinne des Grob-Verfahrens aufweist.
-
Das Grob-Verfahren zu Herstellung
einer Außenverzahnung
durch Kaltumformung bei relativ dünnwandigen, hohlen Werkstücken läuft gemäß dem allgemein
bekannten Stand der Technik wie folgt ab:
Man erzeugt durch
Kaltumformung gleichzeitig das Außenprofil und ein Innenprofil,
wobei beide Profile verschieden sein können. Dazu wird der rohrförmige Teil
des Rohlings auf einen 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
dieses Werkstückvorschubs
wird das Werkstück
von außen
mit ringförmig
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 Sinn aus. Mit der gleichen Walze nacheinander geführte Einzelwalzenvorgänge sind
dabei auf einer schraubenlinienförmigen
Zone angeordnet, wobei die Zone durch den Werkstückvorschub bestimmt wird.
-
Die in Profillängsrichtung in der gleichen Zahnlücke aufeinander
folgenden Einzelwalzvorgänge
werden hinsichtlich ihres Angriffs am Werkstück sich teilweise uberdeckend
geführt.
-
Bei diesem Verfahren der Kaltumformung auf
einem profilierten Dorn wird mit jedem Einzelwalzvorgang Werkstoff
entlang eines jeweils relativ kleinen Werkstückabschnitts in hauptsächlich radialer
Richtung in die Lücken
des Dorns befördert.
Derartige bekannte, auf relativ dickwindige Werkstücke bezog
Verfahren sind in der
CH 579 427 der
FR 2 301 318 B1 und
der
DE 25 49 230 A1 veröffentlicht.
-
Bei Kraftfahrzeugmotoren, beispielsweise bei
Automobilen, wird vorwiegend der elektrische Zahnkranz-Durchmesserstarter
verwendet. Ein Starter bedeutet hierbei Anlasser von Verbrennungsmotoren.
Bei einem derartigen 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 Starterkranz-Zahnrad
in Eingriff gebracht. Dies bedingt, dass Starterkranz-Zahnräder echte
Laufradverzahnungsverhältnisse
aufweisen müssen.
Es handelt sich also hierbei 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 Zahnräd – dem Ritzel – kämmend in
Eingriff kommen.
-
Man hat zur Herstellung eines derartigen Starterkranz-Zahnrads
mit einer Verzahnung, die echte Laufradgeometrie aufweist, ein beispielsweise in
der
US 4 796 354 wiedergegebenes
Verfahren vorgeschlagen.
-
Derartige, nach dem vorgenannten
Verfahren hergestellte Starterkranz-Zahnräder können den Nachteil aufweisen,
dass die Wandstärke
an den Zahnflanken für
gewisse Verwendungen sehr knapp ist. Profilierte, also eine ausgeprägte Verzahnung aufweisende
Dorne sind an sich empfindlich, haben eine relativ kurze Standzeit
und sind zudem teuer in der Herstellung.
-
Entsprechend liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, Starterkranz-Zahnräder aus
Blech nach dem Grob-Verfahren so herzustellen, dass insbesondere
der Nachteil der manchmal zu geringen Wandstärke nicht auftritt, wobei insgesamt das
Verfahren auch zudem einfacher gestaltet sein soll. Des weiteren
soll ein entsprechend getrektes Starterkranz-Zahnräder zur
Verfügung
gestellt werden.
-
Diese Aufgabe wird bei einen Verfahren
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Kaltumformung des Rohling-Mantels zum fertigen Zahnkranz-Mantel
auf einem unprofilierten, zylindrisch bis gewellten Dorn erfolgt,
wobei die Wandstärke
des Mantels des Rohlings dergestalt verändert wird, dass der Abstand
des Fußkreises
zum nächstgelegenen
Punkt der Innenfläche
des fertigen Mantels kleiner ist als die besagte Wandstärke des
Mantels des Rohlings und wobei der Fußkreis der Außenverzahnung
immer innerhalb des die Außenverzahnung
aufweisenden fertigen Mantels verläuft.
-
Ein nach dem vorgenannten Verfahren
hergestelltes Starterkranz-Zahnrad aus Blech weist einen von -außen zu seiner
Werkstückachse
hin verlaufenden Radflansch auf an welchem radial zuäußerst ein
rohrartig parallel und koaxial zur Werkstückachse verlaufender, nach
der Grob-Methode kalt umgeformter Zahnkranz einstückig angeformt
ist, an welchem Zahnkranz eine aus kaltumgeformtem Stahlblech bestehende,
echte Laufradgeometrie aufweisende Außenverzahnung ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß verläuft hierbei
der Fußkreis
der Außenverzahnung
immer innerhalb des die Außenverzahnung
aufweisenden fertigen Zahnkranz-Mantels, wobei die Innenfläche des
Zahnkranz-Mantels zylindrisch bis wellig ausgebildet ist.
-
Ueberraschenderweise wurde festgestellt, dass
man ein erfindungsgemässes
Starterkranz-Zahnrad auf ähnliche
Weise herstellen kann, wie beim Walzen ins Volle (also wie beim
Walzen einer Aussenverzahnung an einem vollen Werkstück. Man
braucht dabei den Blech-Rohling, also das hohle Blechteil auf einen
Profildorn aufzubringen. Schon das alleine bedeutet eine enorme
Erleichterung und Einsparung, weil alle, teilweise recht empirischen Massnahmen
zur Herstellung des Profildorns nunmehr überflüssig sind. Die erheblichen
Kosten eines solchen gezahnten Dorn entfallen nicht nur einmal, sondern
immer wieder, weil ja ein solcher Dorn nicht lange haltbar ist.
-
Stattdessen kann man einen zylindrischen oder
einen etwas welligen Dorn verwenden, der billig und dauerhaft ist.
-
Wie bei den ins Volle gewalzten Profilen, kann
man auch bei der Erfindung einen Rohling aus einem Stahl verwenden,
welcher der Oberflächenhärtung zugänglich ist.
-
Daher sind ausreichend kalt umformbare und
danach (z.B. durch Induktionshärtung)
oberflächenhärtbare Stahlbleche
für den
Rohling verwendbar. Wie in der Technik allgemein üblich, ist
dabei die Optimierung durch einfache Versuche möglich.
-
Beispielsweise sind folgende Verfahrensparameter
gut geeignet:
- – Blechstärken am Radflansch in der Grössenordnung
von ca. 3 mm haben sich als gut praktikabel erwiesen.
- – Die
Blechstärke
des Mantels des Rohlings sollte allerding vorteilhaft das Mehrfache,
beispielsweise das mindestens Zweieinhalbfache betragen.
- – Moduln
von ca. 2 bis 2,5 ergeben gute Resultate.
- – Walzkopfdrehzahlen
von 1200 bis 1400 Umdrehungen pro Minute sind vorzüglich geeignet.
- – Axialvorschübe von 3
bis 6 mm pro Werkstückumdrehung
ergeben sauber ausgebildete Verzahnungen, wenn bei den vorstehenden
Walzkopfdrehzahlen mit zwei Walzköpfen gewalzt wird, und dabei
jeder Walzkopf je eine einrippige Walze enthält. Bei mehrrippigen Walzen
(z.B. bei Walzen mit 2 oder 3 Rippen) kann der Axialvorschub entsprechend
erhöht
werden, weil die Bearbeitungsdichte grösser ist. Das gilt auch, wenn mehr
als eine Walze im Walzkopf ist und die Drehzahlen analog gehalten
werden.
-
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren
hergestelltes Blech-Starterkranz-Zahnrad hat neben den genannten
wirtschaftlichen Vorteilen auch den Vorteil sicherer Reproduzierbarkeit
bei seiner Herstellung.
-
Ferner ist der Vorteil erhöhter Präzision bei geringerem
Aufwand gegeben. Ausserdem ist der Vorteil grosser Dauerhaftigkeit
vorhanden.
-
Nicht zuletzt ist es auch vorteilhaft,
dass die Wandstärken
im Bereich der Zahnflanken erheblich grösser als bei der Herstellung
auf einem gezahnten Dorn ausfallen können, so dass auch die Belastbarkeit
gesteigert werden kann.
-
Bei einem Werkstoff guter Qualität treten beim
Walzen auf einem gezahnten Profildorn sehr hohe elastische Rückfederungskräfte auf,
weil der Werkstoff zwischen dem harten Profildorn und den harten
Walzen schlagartig geformt wird. Nach der Erfindung benötigt man
keinen Profildorn mehr, so dass die elastische Rückfederung sehr erheblich geringer ist.
In der Folge kann auch mit erheblich grösseren Vorschüben gefahren
werden. Ein Vergleich mit den Verhältnissen beim Walzen ins Volle
ist nur teilweise möglich,
weil hier das Werkstück
vorwiegend oder doch zumindest teilweise als hohl anzusehen ist.
-
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:
-
1 eine
Draufsicht auf eine Grob-Maschine in einer geeigneten Ausführung, das
erfindungsgemässe
Verfahren bei der Herstellung eines erfindungsgemässen Starterkranz-Zahnrads,
-
2 eine
gegenüber 1 vergrösserte Axial-Ansicht eines
Starterkranz-Zahnrads,
-
3 einen
gegenüber 2 vergrösserten Schnitt nach Linie
III-III durch den Rohling vor der Kaltumformung,
-
4 einen
der 3 ähnlichen
Schnitt durch das fertige Starterkranz-Zahnrad,
-
5 ein
vergrössertes
quer zur Achse Z geschnittenes Detail V aus 2 des Rohlings im Bereich des Flansches,
und
-
6 ein
der 5 ähnliches
Detail des Starterkranz-Zahnrads
im Bereich des Zahnkranzes.
-
- A
- Axial-Vorschub-Richtung
des Rohlings 100.
- D
- Zu-
und Wegstell-Richtung der Walzköpfe
3.
- R
- Rotationsbewegungs-Richtung
des Rohlings 100.
- W
- Rotationsrichtung
von der Walzköpfe
3.
- Z
- Werkstückachse.
- 1
- Starterkranz-Zahnrad;
aus Rohling 100 hergestellt.
- 11
- Radflansch
des Starterkranz. Zahnrads 1.
- 12
- Mantel
des Starterkranz-Zahnrads 1.
- 13
- Aussenverzahnung
am Mantel 12.
- 14
- Fusskreis
bei Zahlückenboden
der Aussenverzahnung 13.
- 15
- Innenfläche des
Mantels 12.
- 16
- Wandstärke vom
Zahlückenboden
14 zur Innenfläche
15.
- 100
- Rohling
zur Herstellung des Starterkranz-Zahnrads 1.
- 111
- Radflansch
des Rohlings 100.
- 112
- Mantel
des Rohlings 100.
- 114
- Aussenfläche des
Mantels 112.
- 115
- Innenfläche des
Mantels 112.
- 116
- Wandstärke des
Mantels 112 zwischen der Aussenfläche
-
- 114
und der Innenfläche
115.
- 2
- Vorrichtung.
- 20
- Maschinengestell
von 2.
- 21
- Haltestempel
von 2.
- 22
- Gegenstempel
von 2.
- 23
- Zentrierteil
von 22.
- 24
- Antriebsschlitten
von 2.
- 25
- Schraubenspindel
von 2.
- 26
- Antrieb
von 25.
- 3
- Walzköpfe von
2.
- 32
- Walze
in 3.
-
Das fertige Starterkranz-Zahnrad 1 gemäss 2, 4 und 6 wurde
in erfindungsgemässer
Weise nach der vorstehend schon geschilderten Grob-Methode hergestellt.
Man ging dabei von einem Rohling 100 (3 und 5)
mit einem kleineren Aussendurchmesser aus. Durch die dem Walzen
ins Volle ähnlicheren
Verhältnisse
beim erfindungsgemässen
Verfahren wird nämlich
der Aussendurchmesser grösser,
weil Material vom Zahngrund her zur Zahnspitze hin fliesst. (Es
ist also nicht so wie beim eingangs genannten bekannten Verfahren,
bei welchem das Material radial in die Lücken des Dorns befördert und
der Aussendurchmesser dabei verkleiner wird.) Der Rohling 100 hat
einen Radflansch 111 und einen damit einstöckig verbundenen
zylindrischen Mantel 112. Es sei hier angenommen, dass
der Rohling 100 aus härtbarem
Stahlblech besteht.
-
Die Wandstärke 116 zwischen der
Aussenfläche 114 und
der Innenfläche 115 des
Mantels 112 ist hier grösser
als die (nicht bezeichnete) Wandstärke des Radflansches 111.
Man kann aber auch einen gleich dicken Radflansch verwenden, wenn
dies vorteilhaft erscheint.
-
Dieser Rohling 100 wird
im vorliegenden Beispiel mittels der Vorrichtung 2 (1) nach dem erfindungsgemässen Verfahren
im Rahmen der Grob-Methode in das Starterkranz-Zahrad 1 kalt
umgeformt.
-
Die Vorrichtung 2 (1) hat in ihrem Maschinengestell 20 einen
auf der Werkstückachse
Z gelegenen Haltestempel 21, welcher sich nach Massgabe
der Bewegung des Gegenstempels 22 (auch er liegt auf der
Achse Z) von diesem bewegt. Zwischen den beiden Stempeln 21, 22 wird
der Rohling 100 eingespannt. Dabei greift ein Zentrierteil 23 analog
einem zylindrischen Dorn in den Rohling 100 ein, um ihn
an der Innenfläche 115 zu
stützen
und zur Werkstückachse
Z zu zentrieren.
-
Nun wird der Gegenstempel 22 durch
den Antriebsschlitten 24 in Richtung des Pfeiles R so rotiert,
dass die Rotationsbewegung des das Werkstück bildenden Rohlings 100 synchron
zur Rotatinsbewegung R der beiden Walzköpfe 3 erfolgt. Die Walzköpfe 3 werden
durch einen nicht dargestellten, an sich bekannten Antrieb rotiert,
wobei die Synchronisation zur Rotationsbewegung R des Werkstücks 100 durch
an sich bekannte mechanische und/oder elektronische Mittel in an
sich bekannter Weise erfolgt.
-
Ausserdem wird der Antriebsschlitten 24 in Abstimmung
auf die Walzkopfrotation W durch die Schraubenspindel 25 in
Richtung des Pfeils A axial vorgeschoben, wobei der Antrieb 26 der
Schraubenspindel 25 auch von den elektronischen Steuermitteln
bestimmbar ist.
-
Die Walzköpfe 3 können durch
Stellstempel in Richtung der Doppelpfeile D zum Werkstück ro oder
davon weg gestellt werden. In der Regel stellt man sie in der dargestellten
Situation auf die richtige Distanz ein und lässt sie dort bis das Walzen
beendet ist, oder aber man verstellt sie im Zuge des Walzens über eine
NC-Achse nach Massgabe der technologischen Erfordernisse. Für den Rückschub
und Auswurf des fertigen Starterkranz-Zahnrads kann man sie nötigenfalls
verstellen.
-
In jedem Walzkopf ist nur eine Walze 32 gezeichnet,
welche im Schnitt die Form eines Zahnlückenprofils aufweist; natürlich mit
geringen Abweichungen zur Kompensation der elastischen Rückfederung,
die hier relativ bescheiden ist. Es könnten aber auch mehr Walzen
vorhanden sein, womit sich die Antriebsverhältnisse entsprechend ändern würden.
-
Durch den Walzvorgang entsteht in
der für die
Grob-Methode typischen Weise allmählich das Starterkranz-Zahnrad 1 (2, 4 und 6),
dessen Flansch 11 weitgehend dem Flansch 111 des
Rohlings 100 entspricht, mit der Ausnahme, dass eine gewisse
Umformung in Randbereich der Aussenverzahnung 13 erfolgt,
was durch die Gegenüberstellung
der 3 und 4 deutlich wird. Es bildet
sich die Aussenverzahnung 13 mit echter Laufradgeometrie, während sich
die Innenfläche 15 dem
Stempel anpassend wenig bis garnicht verändert.
-
Weil hier kein stark gezahnter Dorn
vorhanden ist, kann die Wandstärke 16 (4) relativ gross sein, was
die Belastbarkeit und Dauerhaftigkeit des Starterkranz-Zahrads in
seinem kritischen Bereich wesentlich gegenüber einem solchen nach dem Stand
der Technik (siehe Einleitung) steigert.
-
Wie man vor allem aus den 2 und 4 deutlich sieht, ist die Aussenverzahnung 13 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 kaum wieder.
-
Ausserdem ermöglicht es diese Arbeitsweise,
dass man Stahlbleche verwendet, welche der Oberflächenhärtung, beispielsweise
durch Induktionshärtung,
zugänglich
sind, ohne dass bei der Kaltumformung Nachteile entstehen.