DE69709123T2 - Verfahren zur herstellung von zahnrädern und dazu hergestelltes produkt - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Zahnrädern und insbesondere die Herstellung von Zahnrädern aus einem kreisförmigen Metallblechwerkstück mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke.
• Der hier betrachtete Zahnradtyp ist der Typ, der in Kraftfahrzeugen, wie z. B. in der Anlasserbaueinheit für den Motor solcher Fahrzeuge, verwendet wird. Genauer zielt der vorliegende Gegenstand auf die Herstellung von Zahnrädern des in den US-Patenten 5 152 061, 5 203 223, 5 237 744 und 5 404 640 sowie im EP 0 493 792 offenbarten Typs.
• Jedes der vorstehend erwähnten Patente offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Zahnrädern aus einem runden bzw. kreisförmigen Metallblechwerkstück mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke. In jedem Fall umfaßt das Verfahren insbesondere zwei Hauptschritte: (1) die Kaltformung eines verdickten Außenrings bzw. Außenrandes am Werkstück, und (2) die Kaltformung einer Reihe von Zähnen in den verdickten Rand. In jedem Fall wird der Schritt der Kaltformung des verdickten Randes in mehreren Stufen oder Schritten bewerkstelligt. In vielen der offenbarten Verdickungsstufen oder -schritten wird der äußere Umfangsabschnitt des kreisförmigen Metallblechwerkstücks anfangs auf sich selbst umgeschlagen und anschließend zu einem integralen verdickten Abschnitt agglomeriert bzw. gepreßt, und zwar derart, daß im verdickten Rand in einem Bereich, in dem es nach der abschließenden Kaliformung der Zähne keine Rolle spielt, eine Grenzfläche bzw. Schnittstelle auftreten kann.
• Im Patent 5 404 640 gibt es einen Hinweis, daß dann, wenn die Zähne vollständig kaltgeformt werden, enge Toleranzen schwierig einzuhalten sind, so daß bei Anwendungen, bei denen genaue Abmessungen der Zähne erforderlich sind, ein abschließender Schneidschritt nach dem Kaltformen der Zähne vorgesehen ist. Im offenbarten Verfahren wird nach dem Ausbilden des verdickten Randes eine Reihe von anfangs geformten Zähnen kaltgeformt mittels Walzkontakt mit dem zahnbildenden Umfang bzw. der zahnbildenden Peripherie der Zahnbildungs-Werkzeugeinheit. Jeder der anfangs ausgebildeten Zähne besitzt einen Scheitel- bzw. Spitzenabschnitt, einen Muldenabschnitt und ein Paar von gegenüberliegend angeordneten Arbeitsoberflächen, die zwischen dem Spitzenabschnitt und dem Muldenabschnitt definiert sind. Der abschließende Schritt dient zum Formen einer Reihe von integrierten bzw. integralen Zähnen durch Entfernen von Material von dem Paar gegenüberliegender Arbeitsoberflächen.
• Es hat sich gezeigt, daß in denjenigen Anwendungen, in denen die Genauigkeit eines abschließenden Schneidschrittes erwünscht ist, es machbar und kosteneffektiv ist, die anfängliche Kaltformung der Zähne wegzulassen und die Zähne mittels einer herkömmlichen (Abwälz-)Fräsprozedur zu formen, vorausgesetzt, daß (1) die Kaltformung des verdickten Randes entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung bewerkstelligt wird, bei der ein vorgegebener schmaler Umfangsabschnitt bzw. ein vorgegebener Randumfangsabschnitt des Metallwerkstücks einen Querschnittsumriß aufweist, der sich zunehmend radial nach innen und axial nach außen bewegt, während die vollständige Einhit des Metalls innerhalb des Querschnittsumrisses aufrechterhalten wird, ohne Abschnitte des Querschnittsumrisses miteinander zu verbinden, und (2) der vorgegebene schmale Abschnitt bzw. Randabschnitt des Metallwerkstücks eine ausreichende Menge an Metall enthält, um einem verdickten ringförmigen Rand mit gleichmäßiger, im wesentlichen rechtwinkliger bzw. rechteckiger Querschnittskonfiguration zu formen, die (a) einen äußeren Umfang aufweist, der den Außenumfang des zu formenden Zahnrades um nicht mehr als etwa 2% (zwei Prozent) überschreitet, (b) eine Radialabmessung von wenigstens 2,0 mm (2 Millimeter) mehr als die Zahnhöhe des zu bildenden Zahnrades aufweist, und (c) eine Axialabmessung von wenigstens dem Zweifachen der gleichmäßigen Dicke des Werkstücks aufweist.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Formen eines Zahnrades zu schaffen durch Bereitstellen eines kreisförmigen Metallblechwerkstücks mit gleichmäßiger Dicke, das in einer Drehhalteeinheit gesichert ist, und Kaltformen eines äußeren Umfangsabschnitts desselben zu einem verdickten Rand mit im wesentlichen rechtwinkliger bzw. rechteckiger Querschnittsform, die (1) einen Außenumfang aufweist, der der Außenumfang des zu bildenden Zahnrades um nicht mehr als etwa zwei Prozent überschreitet, (2) eine Radialabmessung aufweist, die wenigstens 2,0 mm größer ist als die Zahnhöhe des zu bildenden Zahnrades, und (3) eine Axialabmessung aufweist, die wenigstens gleich dem Zweifachen der gleichmäßigen Dicke des Werkstücks ist, und anschließendes Kaltformen desselben durch zunehmendes Bewegen eines vorgegebenen schmalen Umfangsabschnitts des Metallwerkstücks radial nach innen und axial nach außen, während die vollständige Einheit des Metalls innerhalb eines Querschnittsumrisses des Umfangsabschnitts aufrechterhalten bleibt, ohne Abschnitte des Querschnittsumfangs miteinander zu verbinden. Das Zahnrad wird anschließend in einer stationären Halteanordnung plaziert und durch Schneiden einer Reihe von Zähnen in den Umfang des verdickten Randes mittels einer Fräsoperation geformt.
ZEICHNUNGSBESCHREIBUNG
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, teilweise in durchgezogenen Linien und teilweise in gestrichelten Linien, eines Anlasserzahnrades, das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung entworfen ist.
• Fig. 2 zeigt eine Teilschnittansicht einer Hälfte eines kreisförmigen Metallblechstückes, das das bevorzugte Ausgangsmaterial für die Umsetzung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung bildet und innerhalb einer ersten Drehhalteeinheit befestigt ist, die ebenfalls in einer Teilschnittansicht gezeigt ist.
• Fig. 3 zeigt eine Teilschnittansicht einer Hälfte des kreisförmigen Metallblechstückes, das in der Drehhalteeinheit wie in Fig. 2 gesichert ist, und eine Teilschnittansicht eines ersten Verdickungswerkzeuges, das einen ersten Schritt im bevorzugten Verfahren eines Kaltformungsprozesses ausführt, der einen vorgegebenen schmalen Abschnitt des Metallbleches zunehmend radial nach innen und axial nach außen bewegt, während die Einheit des Querschnittsumrisses aufrechterhalten wird, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 4 zeigt eine Ansicht ähnlich der Fig. 3, die ein leichtes radiales Vorrücken bzw. Vorschieben nach innen und eine ausgesprochen asymmetrische axiale Wanderung eines verdickten vorgegebenen schmalen Abschnitts des Metallbleches wiedergibt, die durch ein zweites Verdikkungswerkzeug bewirkt wird.
• Fig. 5 zeigt eine Ansicht ähnlich der Fig. 4, die den sich ausbildenden schmalen Abschnitts des Metallbleches in einem anfänglichen Kontakt mit einem Abschnitt der zylindrischen Außenfläche der Drehhalteeinheit wiedergibt, die aus dem Kaltformungsvorgang eines dritten Verdickungswerkzeug resultiert.
• Fig. 6 zeigt eine Teilschnittansicht des Metallblechstückes, das in einer zweiten Drehhalteeinheit gesichert ist, und ein viertes Verdickungswerkzeug, das einen Abschnitt der Umfangsmasse des Metalls axial und radial nach innen in einen ringförmigen Umfangsraum bewegt, der von der zweiten Drehhalteeinheit gebildet wird, deren ringförmiger Raum einen Außenabschnitt des Metallbleches asymmetrisch umschließt und dasselbe zunehmend aufnimmt.
• Fig. 7 zeigt: eine Ansicht ähnlich Fig. 6, die ein fünftes Verdickungswerkzeug, das die Umfangsmasse des Metallbleches weiter in den ringförmigen Umfangsraum bewegt, wiedergibt.
• Fig. 8 zeigt eine Ansicht ähnlich Fig. 7, die ein sechstes Verdickungswerkzeug, das eine zylindrische Außenfläche der Umfangsmasse des Metallbleches formt, wiedergibt.
• Fig. 9 zeigt den kaltgeformten Umfang des Metallbleches, der vor dem Fräsen zugerichtet ist.
• Fig. 10 zeigt den kaltgeformten Umfang des Metallbleches, das gefräst wird, um darin mehrere Zähne auszubilden.
• Fig. 11 zeigt eine Teilschnittansicht einer Hälfte eines kreisförmigen Metallblechstückes, das isoliert wiedergegeben ist und das bevorzugte Ausgangsmaterial bei der Umsetzung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung bildet.
• Fig. 12, 13 und 14 sind Ansichten ähnlich den Fig. 3 bis 8 und stellen die Schritte bei der Ausführung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dar.
• Insbesondere in den Fig. 1 bis 10 ist ein Zahnrad in Fig. 1 in Form eines Anlasserzahnrades gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet ist und gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert bzw. entworfen ist. Die Fig. 2 bis 10 zeigen die Folge von Schritten im bevorzugten Verfahren zur Herstellung des Anlasserzahnrades 10 gemäß einer. Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist, wird das Anlasserzahnrad 10 aus einem einzigen kreisförmigen Metallblechstück 14 mit gleichmäßiger Dicke hergestellt, vorzugsweise bspw. aus Stahl, der kaltgeformt werden kann. Wie in Fig. 1 am besten wiedergegeben ist, enthält das Anlasserzahnrad 10 eine Mittelwand bzw. eine zentrale Pfand 12 aus Metallblech mit einer Dicke, die im wesentlichen gleich der vorgegebenen Dicke des Metallbleches ist, Glas das Ausgangsmaterial bildet. Fig. 11 zeigt im Querschnitt eine Hälfte eines kreisförmigen Metallblechstückes 14, dessen Formung einen ersten Schritt im Verfahren der vorliegenden Erfindung bildet. Das Anlasserzahnrad 10 enthält ferner einen verdickten ringförmigen Abschnitt, der integral mit dem Außenumfang der Mittelwand 12 ausgebildet ist, wobei ein Abschnitt desselben vorzugsweise durch Fräsen geschnitten wird, um eine Vielzahl von Zähnen 16 auszubilden.
• Insbesondere in den Fig. 2 und 11 ist das kreisförmige Metallblechstück 14 gezeigt, das ein separates Stück ist, das auf verschiedene Arten gebildet werden kann, einschließlich durch Stanzen aus einem kontinuierlichen Stahlblech. Es ist klar, daß die Trennung des kreisförmigen Ausgangsstückes 14 von einer Rolle oder einer kontinuierlichen Bahn des Blechmaterials nicht in einem einzelnen Schritt bewerkstelligt werden muß, in dem das kreisförmige Stück 14 für die anschließende Behandlung hergestellt wird, sondern lediglich übergangsweise als Teil einer Mehrschritt-Folge im Verfahren ausgebildet sein kann.
• Wie in Fig. 2 gezeigt, wird das anfängliche kreisförmige Metallblechstück 14 mit gleichmäßiger Dicke in einer ersten Drehhalteeinheit befestigt bzw. gesichert, die allgemein mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet ist. Die erste Drehhalteeinheit enthält zwei identische Drehhalteelemente 20, die in den Fig. 2 bis 5 im Teilquerschnitt gezeigt sind. Die zwei Drehhalteelemente 20 sind im Durchmesser kleiner als das anfängliche kreisförmige Metallblechstück 14, das manchmal auch als ein "Werkstück" bezeichnet wird, wobei jedes Drehhalteelement 20 eine radial nach außen weisende glatte zylindrische Oberfläche 22 definiert, die symmetrisch auf jeder Seite des Werkstücks angeordnet sind. Das erste Drehhalteelement 18 wird verwendet, um das Metallblechwerkstück 14 zu sicher bzw. zu befestigen und zu drehen bezüglich einer Reihe von separaten rotierenden Kaltformungselementen oder Werkzeugen in den ersten drei Schritten des Kaltformungsprozesses. Wenigstens eine der zylindrischen Oberflächen 22 der ersten Drehhalteeinheit 18 kooperiert mit einem Kaltformungselement, um das Werkstück während des Kaltformungsprozesses in eine Zwischenkonfiguration zu formen. Wenn das Werkstück 14 zwischen den Drehhalteelementen 20 plaziert ist, erstreckt sich ein äußerer ringförmiger Abschnitt 24 desselben hiervon symmetrisch radial nach außen. Der nach außen verlaufende Abschnitt 24 des kreisförmigen Metallblechstückes 14 definiert einen im wesentlichen flachen Ring mit einer zylindrischen Außenkante 26 vor Beginn des Kaltformens. Diese Struktur ist in Fig. 2 im Teilquerschnitt gezeigt. Das Werkstück 14 wird zwischen den Drehhalteelementen 20 mittels eines inneren Paares von Mittelwand- Eingriffoberflächen 28 gehalten, die an jedem Drehhalteelement 20 ausgebildet sind.
• Das Metallblech 14, das hier manchmal als Werkteil 14 bezeichnet wird, wird durch eine Vielzahl von separaten Verdickungswerkzeugen kaltgeformt, um die äußere Umfangskante desselben allmählich zu verdicken und um diese axial, vorzugsweise vorherrschend in einer Axialrichtung, auszurichten, um einen Ring bzw. Rand oder einen Flansch bezüglich des nicht-kaltgeformten Abschnitts des Metallbleches 14 zu bilden. Bei der bevorzugten Ausführungsform formen drei Verdickungswerkzeuge das Metallblech aufeinanderfolgend kalt, während das Metallblech 14 in der ersten Drehhalteeinheit 18 gesichert ist. Diese drei Verdickungswerkzeuge werden jeweils in einem separaten Schritt im Prozeß verwendet und sind in den Fig. 3 bis 5 gezeigt und bewirken eine allmähliche Bewegung der äußeren Umfangskante 30 des Metallbleches 14 vorherrschend in einer Axialrichtung radial nach innen und axial nach außen, während die vollständige Einheit des Metalls innerhalb des Querschnittsumrisses aufrechterhalten wird, ohne Abschnitte des Querschnittsumrisses miteinander zu vereinigen bzw. zu verbinden.
• Die Kaltformung wird fortgesetzt, wie in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigt, nachdem das Metallblech 14 in einer zweiten Drehhalteeinheit 60 plaziert worden ist, und dem Kaltformen dessen in einem vierten, einem fünften und einem sechsten Verdickungswerkzeug in drei aufeinanderfolgenden Schritten. Das endgültige kaltgeformte Produkt 14 wird in einer stationären Haltebaueinheit 72 plaziert, wo es mittels einer Zurichtvorrichtung 74 zugerichtet wird und schließlich mehrere Zähne 16 im kaltgeformten Abschnitt 36 des Metallbleches 14 geschnitten werden, vorzugsweise durch Fräsen unter Verwendung einer Fräsvorrichtung 38 in einer im Stand der Technik wohlbekannten Weise. Zum Schneiden der Zähne kann auch ein Räumfräsen bzw. Räumschneiden verwendet werden.
• Genauer beginnt der Kaltformungsprozeß durch Drehen des Werkstücks 14 und Bewegen des ersten Verdickungswerkzeugs 40, so daß es mit diesem in Eingriff kommt. Das erste Verdickungswerkzeug 40 wird, wie alle nachfolgenden Verdickungswerkzeuge, um eine Achse gedreht, die parallel zu der Drehachse des Metallbleches 14 verläuft, wobei die Drehzahlen jedes Verdickungswerkzeuges und des Werkteils 14 synchronisiert sind. Das erste Verdickungswerkzeug 40 definiert eine tiefe glatte ringförmige Aussparung 42 mit geformten Seitenwänden 44, die in Fig. 3 in Querschnitt gezeigt sind. Dieser erste Schritt verkürzt und verbreitert im wesentlichen die Umfangskante 30 des Werkteils 14. Es ist wichtig, daß das bevorzugte Verfahren eine zunehmend dickere Masse 30 an der Umfangskante des Werkstückes 14 ausbildet, so daß die Außenoberfläche 46 der Masse 30 die Form ändert, um einen verdickten Abschnitt zu bilden, ohne auf sich selbst zurückgefaltet zu werden. Wenn zwei Abschnitte der Außenoberfläche 46 der axial und radial nach innen wandernden Masse 30 miteinander in Kontakt kommen, könnte ein Falz bzw. eine Naht oder ein Spalt entstehen, die den resultierenden kaltgeformten Umfangsrand oder Flansch 36 zu einer ungeeigneten Ausgangsstruktur für die Ausbildung einer Vielzahl von Zähnen 16 darin mittels Schneiden unter Verwendung irgendeines Verfahrens machen, einschließlich des Fräsens oder Räumfräsens. Somit wird deutlich, daß die Verdickung 30 in Fig. 3 im wesentlichen radial nach innen ist, was bewirkt, daß die Seiten des Werkteils 14 in beiden Axialrichtungen leicht axial nach außen ausbauchen.
• Die Wirkung des zweiten Verdickungswerkzeugs 48 ist in Fig. 4 gezeigt, die die dicker werdende wandernde Umfangsmasse 30 darstellt und die die begonnene asymmetrische Axialbewegung in Richtung eines der Drehhalteelemente 20 zeigt. Das zweite Verdickungswerkzeug 48 definiert eine ringförmige Arbeitsoberfläche mit einem U-förmigen Querschnitt, der breiter ist und eine geringere radiale Ausdehnung aufweist als derjenige des ersten Verdickungswerkzeugs 40. Das dritte Verdickungswerkzeug 50, das in Fig. 5 gezeigt ist, formt den verdickten Umfang 30 kalt, so daß dieser vorzugsweise eine nach außen weisende zylindrische Oberfläche 22 eines Drehhalteelements 20 der Drehhalteeinheit 18 berührt und teilweise an dieser abgeflacht ist die in den Fig. 3 bis 5 deutlich wird, halten die ersten Drehhalteelemente 20 das Werkteil 14, so daß ein erster innerer ringförmiger Abschnitt 52 des Werkstücks 14 zwischen diesen gehalten wird, und ein erster äußerer schmaler Abschnitt 54 des Werkstücks 14 kalt geformt wird, bis der erste äußere schmale Abschnitt 54 eine axial verdickte Form ausbildet, die eine äußere Umfangsabmessung aufweist, die größer ist als die äußere Umfangsabmessung des endgültigen verdickten Randes oder Flansches, und eine innere Umfangsabmessung, die größer ist als die innere Umfangsabmessung des verdickten Randes, der durch die anschließenden Kaltformungsschritte auszubilden ist, wie in den Fig. 4 bis 6 gezeigt ist, In dieser Zwischenkonfiguration wurde das Werkteil 14 kalt geformt, bis die drei Verdickungswerkzeuge 40, 48 und 50 die Masse 30 so verformt haben, daß diese teilweise an der Seitenoberfläche 22 des Drehhalteelements 20 abgeflacht worden ist, wodurch der Rand axial verdickt wird, um die in Fig. 5 gezeigte axial verdickte Zwischenkonfiguration auszubilden. Der nächste Schritt in dem Prozeß besteht darin, das Werkteil 14 in einer zweiten Drehhalteeinheit 60 zu plazieren, so daß das Werkteil 14 an einem zweiten inneren ringförmigen Abschnitt 62 zurückgehalten wird, der radial nach innen von dem ersten ringförmigen Abschnitt 52 beabstandet ist, so daß der erste ringförmige Abschnitt 52 des Werkteils 14, der zwischen den Halteelementen 20 in den ersten drei Verdickungsschritten gegriffen wurde, wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist, nun nicht mehr zwischen den Halteelementen 21 der zweiten Drehhalteeinheit 60 ist und daher von dem vierten Verdickungswerkzeug 66, dem fünften Verdickungswerkzeug 67 und dem sechsten Verdickungswerkzeug 68 kalt geformt werden kann. Die zweite Drehhalteeinheit 60 definiert eine Aussparung 64 nahe dem ersten ringförmigen Abschnitt 52 des Werkteils 14, die die wandernde Masse 30 zunehmend aufnimmt, wenn der Außenumfang des Werkteils 14 von den aufeinanderfolgenden Verdickungswerkzeugen 66, 67 und 68 kalt geformt wird.
• Wenn diese drei Verdickungswerkzeuge 66, 67 und 68 den Rand kalt formen, wird der erste ringförmige Abschnitt 52 ein Teil der Masse 30, wenn der Querschnittsumriß der Masse 30 durch die Verdickungswerkzeuge 66, 67 und 68 zunehmend radial nach innen und axial nach außen bewegt wird. Die Verdickungswerkzeuge 66, 67 und 68 erhalten die vollständige Einheit des Metalls innerhalb des Querschnittsumrisses, ohne Abschnitte des Querschnittsumrisses miteinander zu verbinden, wenn die Masse 30 vergrößert wird, um den ersten ringförmigen Abschnitt 52 darin aufzunehmen.
• Bevor daher das vierte Verdickungswerkzeug 66 an das Werkteil 14 angelegt wird, wird das Werkteil 14 in einer zweiten Drehhalteeinheit 60 plaziert, die einen ringförmigen Raum zum Aufnehmen der Masse 30 definiert, die am Außenumfang des Werkteils 14 gebildet ist. Das vierte und das fünfte Verdickungswerkzeug drücken die Masse in den ringförmigen Raum 64, während die Außenoberfläche 46 der Masse 30 als eine glatte kontinuierliche Oberfläche aufrechterhalten wird. Das sechste Verdickungswerkzeug 68 definiert eine im wesentlichen zylindrische Außenoberfläche 70, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Das sechste Verdickungswerkzeug 68 und der ringförmige Raum 64 kooperieren, um den im wesentlichen zylindrischen Rand oder Flansch 36 mit gleichmäßigem und im wesentlichen rechtwinkligem bzw. rechteckigem Querschnitt am Umfang des Werkteils 14 zu formen, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Es wird deutlich, daß durch Verwendung der sechs aufeinanderfolgenden Werkzeuge 40, 48, 50, 66, 67 und 68 und der ersten und zweiten Drehhalteeinheiten 18 und 60 der Querschnittsumriß eines schmalen Umfangsabschnitts des Werkstücks 14 zunehmend radial nach innen und axial nach außen bewegt wird, während die vollständige Einheit des Metalls innerhalb des Querschnittsumrisses aufrechterhalten wird, ohne Abschnitte des Querschnittsumrisses miteinander zu vereinigen. Der vorgegebene, schmale Abschnitt bzw. Randabschnitt des Metallwerkstücks 14, der kaltgeformt wird, enthält eine Metallmenge, die ausreicht, um einen verdickten ringförmigen Rand mit gleichmäßiger, im wesentlichen rechtwinkliger Querschnittskonfiguration auszubilden. Die endgültigen Abmessungen des Randes 36 sind wichtig, da die Zähne des fertigen Zahnrades 10 darin mittels Fräsen geschnitten werden. Es ist daher erwünscht, daß der Außenumfang des verdickten Randes 36, der durch die sechs Verdickungswerkzeuge aus dem bereitgestellten kreisförmigen, gleichmäßig dicken Metallblechwerkstück 14 kaltgeformt worden ist, (1) einen Außenumfang aufweist, der den Außenumfang des zu formenden Zahnrades 10 um nicht mehr als etwa 2% (zwei Prozent) überschreitet, (2) eine Radialabmessung aufweist, die wenigstens 2,0 mm (zwei Millimeter) größer ist als die Zahnhöhe des zu formenden Zahnrades 10, und (3) eine Axialabmessung aufweist, die wenigstens das Zweifache der Dicke des Werkstücks 14 beträgt. Ein spezifisches Beispiel für den verdickten Rand 36 weist einen Außenumfang auf, der den Außenumfang des zu formenden Zahnrades um nicht mehr als etwa ein Prozent überschreitet, eine Radialabmessung, die wenigstens 2,5 mm größer ist als die Zahnhöhe des zu formenden Zahnrades, und eine Axialabmessung, die wenigstens das Vierfache der gleichmäßigen Dicke des Werkstücks beträgt.
• Wenn ein sogenanntes "topless-Fräsen" verwendet wird, um die Zähne im gleichmäßig kaltgeformten verdicken Rand zu schneiden, kann der Umfang des verdickten Randes, d. h. die Umfangsabmessung des kaltgeformten Randes, gleich dem Umfang des zu formenden Zahnrades sein. Wenn ein Fräsen verwendet wird, um die Zähne im Rand zu definieren bzw. auszubilden, definieren die Vielzahl von Schnitzen, die durch die Fräsoperation ausgeführt werden, welche die Spitzen der Reihe der Zahnräder bilden, die Umfangsabmessung des Zahnrades 10. Die Seiten des verdickten Randes 36 können durch Abnehmen bzw. Entfernen von Material vom Rand 36 zugerichtet werden, bevor die Fräsoperation durchgeführt wird. Ein so dimensionierter Rand kann gefräst werden, um eine Reihe von Zähnen auszubilden, da die vollständige Einheit des kaltgeformten Metalls, das den Rand 36 bildet, durch die Kooperation der sechs Verdickungswerkzeuge 40, 48, 50, 66, 67 und 63 und der zwei Halteeinheiten 18 und 60 aufrechterhalten worden ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der ringförmige Raum 64, der zum Bewirken dieser Abmessungen verwendet wird, definiert durch die Kooperation beider Halteelemente 21 in der zweiten Drehhalteeinheit 60, so daß der Rand 36 sich axial auf beiden Seiten des ringförmigen flachen bzw. ebenen Abschnitts 62 erstreckt, wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist. Es fällt in den Bereich der vorliegenden Erfindung, eine zweite Drehhalteeinheit 60 vorzusehen, die einen ringförmigen Raum 64 in nur einem der zweiten Drehhalteelemente definiert, um eine vorrückende kaltgeformte Masse in nur einer Axialrichtung aufzunehmen.
• Das Werkstück 14 wird anschließend in der stationären Haltestruktur 72 plaziert und mittels des Zurichtwerkzeuges 74 zugerichtet, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Das Zurichtwerkzeug 74 richtet vorzugsweise die nach außen weisende zylindrische Oberfläche 76 des Umfangsrandes 36 zu, obwohl die Kanten des Randes 78 und die Abschnitte des Werkteils 14 auf jeder Seite des Randes 36 ebenfalls zugerichtet werden können. Der Zurichtschritt ändert sich in Abhängigkeit des verwendeten Verfahrens zum Schneiden der Vielzahl von Zähnen 16 in den Rand oder Flansch 36. Nachdem das Zurichten abgeschlossen ist, wird der Umfangsrand 36 geschnitten, um eine Vielzahl von Mulden oder alternativ eine Vielzahl von Spitzen und Mulden zu definieren, um eine Vielzahl von Zähnen 16 darin auszubilden. Abwälzfräsen ist das bevorzugte Verfahren zum Schneiden der Zähne 16, wobei andererseits ein sogenanntes Topless-Fräsen, das bevorzugt wird, oder reguläres Fräsen verwendet werden können. Die Frässchritte werden vorzugsweise mit einer Hurth-Modul-Fräsmaschine mit der Modellnummer WF300 durchgeführt. Eine Topless-Fräsprozedur schneidet nur die Mulden in den Umfangsrand des Werkteils 14, während reguläres Fräsen sowohl die Spitzen als auch die Mulden darin schneidet.
• Sobald eine Vielzahl von Zähnen 16 im Rand 36 ausgeschnitten sind, kann es wünschenswert sein, die Zähne 16 zu härten, in Abhängigkeit von der für die Zahnradstruktur 10 beabsichtigten Anwendung. Im Fall des Anlasserzahnrades 10, das gemäß der vorstehenden Prozedur hergestellt wird, ist es erwünscht, daß die endgültige Konfiguration wenigstens im Bereich der Reihe von Zähnen 16 einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Die Wärmebehandlung ist vorzugsweise eine Induktionserwärmung auf eine Temperatur von 850 bis 900ºC, gefolgt von einem Abschrecken bzw. Löschen in Wasser, um die Temperatur des wärmebehandelten Abschnitts auf etwa Raumtemperatur zu senken. Die Wärmebehandlung wird als wünschenswert betrachtet aufgrund der schweren Belastungen, die längs der Voluten-Oberflächen der Zähne im Betrieb ausgeübt werden. Bei der Ausbildung anderer Zahnräder, wie z. B. von Steuerriemenscheiben und Impulsringen, kann das Versehen eines integralen Impulsrings mit der Reihe von Zähnen weggelassen werden, wobei in ähnlicher Weise die Wärmebehandlungen weggelassen werden können. Wie in Fig. 1 am besten gezeigt ist, wird ferner die Mittelwand 12 in der Mitte geöffnet, wie mit 80 gezeigt ist, was ein Kaltformungsschritt ist, der nach der Bearbeitung bzw. Einarbeitung der Reihe von Zähnen 16 bewerkstelligt werden kann, oder diese Öffnung wird vorzugsweise vorher ausgebildet.
• In den Fig. 11 bis 14 ist eine weitere Abwandlung innerhalb der Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hierbei zeigt Fig. 11 wiederum ein anfängliches kreisförmiges Stahlbleckwerkstück 14. Das kreisförmige Stück 14 wird mit einer Drehhalteeinheit 82 gesichert, die der vorher beschriebenen Einheit 18 ähnlich ist. Die Einheit 82 enthält zwei Drehhalteelemente 84 und 86. Die Halteelemente 84 und 86 enthalten dann, wenn diese in operativer Beziehung mit dem Werkteil 14 stehen, ein inneres Paar von Mittelwandeingriffoberflächen 88 und 90, die sich zu einem. Paar von äußeren Umfangsoberflächen 92 und 94 erstrecken.
• Das kreisförmige Werkstück 14 ist in operativer Beziehung zwischen den Halteelementen 84 und 86 so befestigt, daß es sich im wesentlichen von der Ebene der Umfangsoberflächen 92 und 94 über den Außenumfang eines Zentralabschnitts des kreisförmigen Stücks 14, das die Mittelwand 86 bildet, radial nach außen erstreckt. Der Kreisring bzw. Ringraum des kreisförmigen Stücks 14 wird zu einem festen ringförmigen Abschnitt 98 unter Verwendung eines Verdickungswerkzeugs 90 verdickt.
• Durch Vorrücken des Drehverdickungswerkzeugs 100 in Verbindung mit der Rotation der Drehhalteeinheit 82 wird der äußere Kreisring des kreisförmigen Stücks 14 zu dem festen ringförmigen Abschnitt 98 verdickt, der eine Breite gleich oder etwas größer als die Breite der auszubildenden Zähne und eine Höhe oder Radialabmessung aufweist, die größer ist als die Höhe der auszubildenden Zähne.
• Fig. 13 zeigt eine Variation gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der der Umfang und die Seiten des verdickten Abschnitts 98 vor dem Schritt der Bearbeitung einer Reihe von Zähnen 102 im verdickten Abschnitt 98 bearbeitet werden, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Die Vorbearbeitung der Seiten kann insbesondere dann erwünscht sein, wenn der Frässchritt oder der Räumfrässchritt an eine Vielzahl von Vorformen durchgeführt wird, die nebeneinander angeordnet sind, statt separat an jeder Vorform.
• Es wird daher deutlich, daß die Aufgaben dieser Erfindung vollständig und effektiv gelöst worden sind. Jedoch wird klar, daß die vorangehende bevorzugte spezifische Ausführungsform für den Zweck dieser Erfindung gezeigt und beschrieben worden ist und Veränderungen unterliegen kann, ohne von solchen Prinzipien abzuweichen. Diese Erfindung umfaßt daher alle Abwandlungen, die im Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.

Claims (13)

1. Verfahren zum Formen eines Zahnrades mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen eines runden bzw. kreisförmigen Blechwerkstücks einheitlicher Dicke, das in einer Drehhalteeinheit gesichert bzw. befestigt ist,

- Kaltformen eines äußeren peripheren Abschnitts bzw. Umfangabschnitts von diesem in einen verdickten Rand mit einem einheitlichen Aufbau mit im wesentlichen rechteckigem bzw. rechtwinkligen Querschnitt mit (1) einem äußeren Umfang, der den äußeren Umfang des zu formenden Zahnrades um näherungsweise nicht 2% überragt, mit (2) einer radialen Abmessung, die mindestens 2 mm größer ist als die Zahnhöhe des zu formenden Zahnrades, und (3) einer axialen Abmessung, die mindestens zweimal der einheitlichen Dicke des Werkstücks entspricht,

- wobei der Schritt des Kaltformens den Schritt des zunehmenden Bewegens in eine überwiegend axiale Richtung umfaßt, und wobei ein vorbestimmter schmaler Umfangabschnitt bzw. ein vorbestimmter Randumfangabschnitt des Metallwerkstücks einen Querschnittsumriß hat, der radial nach innen und axial nach außen gerichtet ist, während die vollständige Einheit des Metalls innerhalb des Querschnittsumrisses erhalten bleibt, ohne Abschnitte des Querschnittsumrisses miteinander zu verbinden,

- Anordnen eines kaltgeformten Endprodukts in eine stationäre Haltevorrichtung, und

- Schneiden einer Reihe von Zähnen in den Umfang des verdickten Randes mittels eines Fräsvorganges.

2. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Kaltformens des verdickten Randes den Schritt des zunehmenden Drückens des Umfangs eines ersten äußeren Randabschnitts im wesentlichen radial nach innen umfaßt, während das Werkstück entlang eines ersten inneren ringförmigen Abschnitts gehalten wird, der den ersten äußeren Randabschnitt bildet, um eine vorläufige axialverdickte Form zu bilden, die eine äußere Umfangsgröße hat, die größer ist als die äußere Umfangsgröße des letztendlichen verdickten Randes, und eine innere Umfangsgröße, die größer ist als die innere Umfangsgröße des verdickten Randes, und danach den Schritt des zunehmenden Drückens des Umfangs der vorläufigen axial verdickten Form im wesentlichen radial nach innen, während das Werkstück entlang eines zweiten inneren ringförmigen Abschnitts gehalten wird, der radial nach innen von dem ersten inneren ringförmigen Abschnitt beabstandet ist, um den verdickten Rand zu bilden.

3. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Kaltformens umfaßt:

- den Schritt des zunehmenden Bewegens eines vorbestimmten Randumfangabschnitts des Metallwerkstücks mit einem Querschnittsumriß radial nach innen und axial nach außen, während die vollständige Einheit des Metalls in dem Querschnittsumriß erhalten bleibt, ohne daß die Abschnitte des Querschnittsumrisses miteinander verbunden werden, durch Verwenden dreier aufeinanderfolgender steifer Oberflächen unterschiedlicher Ausführung, um den Umfang eines ersten äußeren Randabschnitts im wesentlichen radial nach innen zu drücken, während das Werkstück entlang eines ersten inneren ringförmigen Abschnitts gehalten wird, der den ersten äußeren Randabschnitt bildet, um eine vorläufige bzw. zwischenzeitliche axial verdickte Form zu bilden, mit einer äußeren Umfangsgröße, die größer ist als die äußere Umfangsgröße des letztendlich verdickten Randes und einer inneren Umfangsgröße, die größer ist als die innere Umfangsgröße des verdickten Randes und danach den Schritt des zunehmenden Drückens des Umfangs der vorläufigen axial verdickten Form im wesentlichen radial nach innen, während das Werkstück entlang eines zweiten inneren ringförmigen Abschnitts gehalten wird, der radial nach innen von dem ersten inneren ringförmigen Abschnitt beabstandet ist, um den verdickten Rand zu bilden.

4. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das zunehmende Drücken der vorläufigen Form durch Verwendung dreier aufeinanderfolgender steifer Oberflächen unterschiedlicher Konfiguration erreicht wird.

5. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der äußere Umfang des verdickten Randes über den äußeren Umfang des zu formenden Zahnrades nicht um 1% ragt.

6. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die radiale Abmessung des verdickten Randes mindestens 2,5 mm größer ist als die Zahnhöhe des zu formenden Zahnrades.

7. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 7, bei dem die axiale Abmessung des verdickten Randes zumindest dem Vierfachen der einheitlichen Dicke des Werkstücks entspricht.

8. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die radiale Abmessung des verdickten Randes mindestens 2,5 mm größer ist als die Zahnhöhe des zu formenden Zahnrades.

9. Verfahren zum. Formen eines Zahnrades nach Anspruch 8, bei dem die axiale Abmessung des verdickten Randes mindestens dem Vierfachen der einheitlichen Dicke des Werkstücks ent spricht.

10. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die axiale Abmessung des verdickten Randes mindestens dem Vierfachen der einheitlichen Dicke des Werkstücks entspricht.

11. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Umfang des verdickten Randes gleich dem Umfang des zu bildenden Zahnrades ist und der Fräsvorgang ein sogenannter "topless-Fräsvorgang" ist.

12. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Fräsvorgang die Spitzen der Reihe von Zähnen bildet, die die Umfangsgröße des Zahnrades bestimmen.

13. Verfahren zum Formen eines Zahnrades nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Seiten des verdickten Randes durch Entfernen von Material vor dem Fräsvorgang angeschnitten bzw. zugerichtet werden.