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Allgemeiner
Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Hypoidzahnräder
für FR(Frontmaschinen-Heckantrieb)-Fahrzeug-Ausgleichsgetriebe
und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
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Dieser Typ von Hypoidzahnrad für Ausgleichsgetriebe
(nachstehend bezeichnet als Hypoidzahnrad) wurde, wie in 6 dargestellt, vordem hergestellt
durch Erhitzen eines runden Stabrohlings A1, Stauch-Schmieden desselben
oder Ausformung einer ersten scheibenförmigen Zwischenware A2, Stempel-Schmieden der genannten
ersten Zwischenware A2 zur Ausbildung einer zweiten Zwischenware
A3 in Gestalt eines am Boden geschlossenen ringförmigen Körpers, der im wesentlichen den
gleichen Innen- und Außendurchmesser,
wie das Endprodukt hat, Ausstanzen des Bodens A3' der genannten Zwischenware A3 zur Ausformung
einer dritten Zwischenware A4 in Gestalt eines am Boden offenen
ringförmigen
Körpers,
Normalisieren und Abstrahlen der genannten dritten Zwischenware
A4, Drehen der genannten dritten, Zwischenware A4 mit einer NC-Drehmaschine
zur Ausbildung einer vierten Zwischenware A5 in Gestalt eines Rohprodukts,
grobes Zahnradausschneiden der genannten vierten Zwischenware A5
an einer Gleason-Zahnradschneidmaschine
zur groben Bearbeitung und Fertigbearbeitungsschneiden derselben
an einer Gleason-Zahnradschneidmaschine zur Fertigbearbeitung, wobei
ein Endprodukt A6 mit eingeschnittenen Hypoidzähnen g bereitgestellt wird.
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Da das herkömmliche Verfahren zur Herstellung
von Hypoidzahnrädern
den Schritt des direkten Stempelschmiedens der ersten scheibenförmigen Zwischenware
A2 zur Ausbildung der genannten zweiten Zwischenware A3 in Gestalt
eines am Boden geschlossenen ringförmigen Körpers mit im wesentlichen dem
gleichen Innen- und Außendurchmesser, wie
das Endprodukt A6 umfasst, benötigt
dieses eine großformatige
Schmiedepresse. Daneben werden zwei kostspielige Gleason-Zahnradschneidmaschinen
zum Schneiden der Hypoidzähne
g benötigt,
was zum den Nachteil führt,
dass die Installationskosten sehr hoch sind. Weiterhin ist nachteilig,
dass die Kosten für
den Schneideaufwand (der Betrag für das Drehen und der Betrag
für das
Ausschneiden der Zähne)
ansteigen, da die Hypoidzähne
g durch Schneiden geformt werden, was nicht nur dazu führt, dass
die Materialausnutzung verschlechtert ist, sondern auch die Schneidzeit
verlängert
ist, wodurch die laufenden Kosten ansteigen.
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Ferner sind bei einem Hypoidzahnrad,
das nach dem herkömmlichen
Verfahren hergestellt wurde, die Hypoidzähne g durch Schneiden ausgebildet, was
zur Folge hat, dass der Metallfluss in den Hypoidzähnen g durch
das Schneidwerkzeug weggeschnitten wird, so dass die Zahnoberflächenfestigkeit verringert
ist. Aus diesem Grunde wird ein größeres Hypoidzahnrad zur Übertragung
einer höheren
Last benötigt,
was zu dem Nachteil führt,
dass das Ausgleichsgetriebe in seinen Abmessungen vergrößert werden
muss.
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Die
US
5,718,774 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Kegelgetrieben
durch Heißschmieden,
gefolgt von Abgratarbeiten und Heißformen.
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Das US-Patent 4,084,419 (Dittrich
et al.) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Teilen mit Hilfe
von Kreisformteilen, unter Verwendung eines im Kreis rotierenden
Stempels und eines rotierenden Umformgesenks.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde unter
Beachtung der obigen Nachteile des Standes der Technik erarbeitet
und sein Gegenstand ist die Bereitstellung eines Hypoidzahnrades
für Ausgleichsgetriebe und
eines Verfahrens zur Herstellung desselben, mit denen die Installationskosten
und die laufenden Kosten reduziert werden können, die Produktionskosten minimiert
und die Zahnoberflächenfestigkeit
des Hypoidrades verbessert wird.
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Gemäß Anspruch 1 der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Hypoidzahnrädern für Ausgleichsgetriebe
bereitgestellt, dass gekennzeichnet ist durch den Schritt kreisförmiges Schmieden
eines Rohpro dukts mit etwas geringerem Innen- und Außendurchmesser
und etwas größerer Zahndicke
im Achsenquerschnitt als beim Endprodukt zur Ausformung des Endprodukts
mit eingeformten Hypoidzähnen,
wobei der Schritt das Anordnen des Rohproduktes zwischen einem Druckumformgesenk
mit einer nicht-rotierenden Druckumformfläche und
einem Oberstempel mit einer konischen Druckumformfläche, das
Bewegen des Oberstempels im Kreis zum kreisförmigen Schmieden des Rohproduktes
gegen das Druckumformgesenk zur Ausformung einer Zwischenware mit eingeformten
Hypoidzähnen
umfasst, wobei die genannte Zwischenware für die Endfertigung bereitsteht,
ohne dass es einer weiteren Bearbeitung bedarf.
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Vorzugsweise wird vor dem Umlauf-Schmieden
oder Schwingstempel-Schmieden
ein ringförmiger
Rohling mit geringerem Innen- und Außendurchmesser und größerer Zahndicke
im Achsenquerschnitt als das Endprodukt einem Ringwalzen zur Ausformung
des Rohproduktes unterworfen.
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Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von
Hypoidzahnrädern
für Ausgleichsgetriebe
umfasst gemäß der vorliegenden
Erfindung die Schritte Stauch-Schmieden eines runden Blockrohlings,
der auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt ist, zur Ausbildung
einer ersten scheibenförmigen
Zwischenware,
Stempel-Schmieden der ersten Zwischenware zur Ausformung
einer zweiten Zwischenware in Gestalt eines am Boden geschlossenen
ringförmigen
Körpers,
der einen schmaleren Innen- und Außendurchmesser und eine größere Zahndicke
im Achsenquerschnitt als das Endprodukt hat,
Ausstanzen des
Bodens der zweiten Zwischenware zur Ausformung einer dritten Zwischenware
in Gestalt eines am Boden offenen ringförmigen Körpers, der einen schmaleren
Innen- und Außendurchmesser
und eine größere Zahndicke
im Achsenquerschnitt als das Endprodukt hat,
Abstrahlen der
dritten Zwischenware zur Entfernung der Schuppen und Wiederaufheizen
desselben auf eine vorgegebene Temperatur und Ringwalzen desselben
zur Ausformung einer vierten Zwischenware in Gestalt eines Roh produktes,
das etwas schmaler im Innen- und Außendurchmesser und etwas größer in der
Zahndicke im Achsenquerschnitt als das Endprodukt ist,
kreisförmiges Schmieden
der vierten Zwischenware unter Anordnung des Rohproduktes zwischen
einem Druckumformgesenk mit einer nicht rotierenden Druckumformfläche und
einem Oberstempel mit einer konischen Druckumformfläche, Bewegen
des Oberstempels im Kreis zum kreisförmigen Schmieden des Rohproduktes
gegen das Druckumformgesenk zur Ausformung einer fünften Zwischenware
mit eingeformten Hypoidzähnen
und Normalisieren und Abstrahlen der fünften Zwischenware, um eine
Normalisierung und Entfernung von Schuppen zu erreichen und dann
Ausstanzen des inneren Grats, der sich an der fünften Zwischenware während des
auf kreisförmigen
Schmieden und Kaltprägen
beruhenden Zahnformungs-Arbeitsgangs ausbildet, wobei das Endprodukt
ausgeformt wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 betrifft
eine Darstellung zur Erläuterung
eines Herstellungsverfahrens von Hypoidzahnrädern für Ausgleichgetriebe gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 betrifft
eine schematisch erläuternde Darstellung
einer Schmiedepresse, die bei der Erfindung Einsatz findet;
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3 betrifft
eine schematisch erläuternde Darstellung
einer Walzmaschine, die bei der Erfindung Einsatz findet;
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4 betrifft
eine schematisch erläuternde Darstellung
einer Kreisschmiedemaschine, die bei der Erfindung Einsatz findet;
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5 betrifft
eine schematisch erläuternde Darstellung
einer Stanzmaschine, wie sie in der Erfindung eingesetzt wird; und
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6 betrifft
eine Darstellung, die das herkömmliche
Herstellungsverfahren für
Hypoidzahnräder
von Ausgleichsgetrieben erläutert.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 ist
eine prozesserläuternde
Darstellung für
ein Herstellungsverfahren von Hypoidzahnrädern nach der vorliegenden
Erfindung. Das Herstellungsverfahren für Hypoidzahnräder gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Schritte eines ersten Aufheizens eines runden
Stabrohlings W1, der auf eine bestimmte Länge geschnitten ist, auf eine
vorgegebene Temperatur (z. B. 1.200°C) mit einem Induktionsheizer,
und Stauch-Schmieden desselben durch eine Schmiedepresse zur Ausbildung einer
ersten scheibenförmigen
Zwischenware W2. Dem folgt der Schritt des Stempel-Schmiedens der genannten
ersten Zwischenware W2 durch eine Schmiedepresse zur Ausbildung
einer zweiten Zwischenware W3 in Gestalt eines am Boden geschlossenen
ringförmigen
Körpers,
der einen schmaleren Innen- und Außendurchmesser und eine größere Zahndicke
im Achsenquerschnitt als das Endprodukt hat. Dann folgt ein Schritt
des Ausstanzens des Bodens W3' der
genannten zweiten Zwischenware W3 mit einer Schmiedepresse zur Ausformung
einer dritten Zwischenware W4 in Gestalt eines am Boden offenen
ringförmigen
Körpers,
der einen schmaleren Innen- und Außendurchmesser und eine größere Zahndicke
im Achsenquerschnitt als das Endprodukt hat. Dem folgt der Schritt
des Abstrahlens der genannten dritten Zwischenware W4 zur Entfernung der
Schuppen und dann das Wiederaufheizen der genannten Zwischenware
W4 auf eine vorgegebene Temperatur (z. B. 900–950°C) durch einen Induktionsheizer
und Ringwalzen desselben durch eine Ringwalzmaschine zur Ausformung
einer vierten Zwischenware W5 in Gestalt eines Rohproduktes, das
etwas schmaler im Innen- und Außendurchmesser
und etwas größer in der
Zahndicke im Achsenquerschnitt als das Endprodukt ist. Dem folgt
der Schritt des kreisförmigen
Schmiedens der genannten vierten Zwischenware W5 durch eine Kreisschmiedemaschine
zur Ausbildung einer fünften
Zwischenware W6 mit durch kreisförmiges
Schmieden eingeformten Hypoidzähnen
G. Dem folgt der Schritt des Normalisieren und Abstrahlen der genannten
fünften Zwischenware
W6, um eine Normalisierung und Entfernung von Schuppen zu erreichen
und dann Ausstanzen des inneren Grates W6' mit einer Stanzmaschine, der sich an
der genannten fünften
Zwischenware W6 während
des auf kreisförmigen
Schmieden und kaltprägenden
beruhenden Zahnformungs-Arbeitsgangs
ausbildet, wobei das Endprodukt W7 ausgeformt wird.
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Die vorgenannte Schmiedepresse umfasst eine
Vielzahl von gleichbeabstandeten Oberstempeln und Gesenken, die
miteinander zusammenwirken, um den Formgebungsablauf zu ermöglichen,
mit einem Zuführer,
der dazu genutzt wird, Teile, die nacheinander geschmiedet werden
sollen; in die Arbeitsgangposition des Stempels und des Gesenks
zu verfahren. Demnach wird, wie in 2 dargestellt, ein
runder Stabrohling W1, der mittels eines Induktionsheizers 1 auf
eine vorgegebene Temperatur erhitzt wurde, unter Einsatz eines Satzes
von Stauchstempeln 2 und Gesenken 3 zur Ausbildung
einer ersten scheibenförmigen
Zwischenware W2 stauchgeschmiedet. Diese erste Zwischenware W2 wird durch
einen Stempel 4 und ein Gesenk 5, die einen geringeren
Innen- und Außendurchmesser
als das Endprodukt haben, pressgeformt, um eine zweite Zwischenware
W3 in Gestalt eines am Boden geschlossenen ringförmigen Körpers, der einen schmaleren
Innen- und Außendurchmesser
und eine größere Zahndicke
im Achsquerschnitt als das Endprodukt hat, auszuformen. Der Boden
W3' der zweiten
Zwischenware W3 wird durch einen Satz von Ausstanzstempeln 6 und
Gesenken 7 unter Ausformung einer dritten Zwischenware
W4 in Gestalt eines am Boden offenen ringförmigen Körpers, der einen schmaleren Innen-
und Außendurchmesser
und eine größere Zahndicke
im Achsquerschnitt als das Endprodukt hat, ausgestanzt.
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Die vorgenannte Walzmaschine umfasst,
wie in 3 dargestellt,
eine Umformwalze 8, die dazu ausgelegt ist, rotierend betrieben
zu werden und die an ihrer inneren Umlauffläche eine Kontur aufweist, die
der äußeren Umlaufkontur
der vierten Zwischenware W5 entspricht, einen Spanndorn 9,
der zur Rotation und für
radiale Gleitbewegungen ausgebildet ist, und der an seiner äußeren Umlauffläche eine Kontur
aufweist, die der inneren Umlaufkontur der vierten Zwischenware
W5 entspricht, und einem Paar von Spanndorn-Stützwalzen 10 zum
radialen Gleiten des Spanndorns 9 unter Druck über ein Druckbereitstellungsmittel
(nicht dargestellt), wobei die dritte Zwischenware W4 zwischen der
Umformwalze 8 und dem Spanndorn 9 gehalten wird,
die Umformwalze 8 rotiert, um über den Kontakt das Rotieren
der dritten Zwischenware W4 zu erzwingen, während der Spanndorn 9 radial
unter dem Druck der Spanndorn-Stützwalzen 10 zur
Bereitstellung einer radialen Haltekraft für die dritte Zwischenware W4 bewegt
wird, wobei letztere durch die Umformwalze 8 und den Spanndorn 9 zur
Ausformung der vierten Zwischen ware W5, die etwas geringer in ihrem
Innen- und Außendurchmesser
und eine etwas dickere Zahndicke im Achsquerschnitt als das Endprodukt hat,
ringgewalzt wird.
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Die vorgenannte Kreisschmiedemaschine umfasst,
wie in 4 dargestellt,
ein Druckumformgesenk 11 mit einer Druckumformfläche 11a,
die in ihrer äußeren Formgebung
dem Endprodukt entspricht und derartig installiert ist, dass sie
durch die Druckbereitstellungsmittel (nicht dargestellt) angehoben
und abgesenkt werden kann, und einen Stempel 12 mit einer
konischen Pressfläche 12a und
der ausgebildet ist, zu rotieren während er eine Kreisbewegung
entlang eines Umfangs seiner Mittelachse und schräg gestellt
in Bezug auf die Mittelachse des Druckumformgesenks 11 vollzieht.
Die Anordnung ist dergestalt, dass mit der vierten Zwischenware
W5, die in das Druckumformgesenk 11 eingesetzt wird, und
mit dem Stempel 12, der rotiert während er entlang eines Kreises
umläuft,
das Umformgesenk 11 angehoben wird, wobei der Stempel 12 die
vierte Zwischenware W5 örtlich
gegen die Druckformfläche 11a des
Druckumformgesenks 11 drückt, um diese stufenweise umlaufend
anzupressen und dabei wird ein Abdruck der Druckwalzfläche 11a des
Druckumformgesenks 11 auf der vierten Zwischenware W5 belassen,
so dass durch kreisförmiges
Schmieden die fünfte
Zwischenware W6 mit eingeformten Hypoidzähnen G ausgebildet wird.
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Die vorgenannte Stanzmaschine umfasst, wie
in 5 dargestellt, ein
Gesenk 13 mit einer inneren Formgebung, die mit einer äußeren Formgebung
des Endprodukts übereinstimmt,
und einen Stempel 14 mit einem Durchmesser, der dem Innendurchmesser
des Endprodukts entspricht. Die Anordnung erfolgt derart, dass der
Stempel 14 gegen die im Gesenk 13 gelagerte fünfte Zwischenware
W6 drängt,
wobei die fünfte
Zwischenware W6 einen inneren Grat W6', der sich dort während der Zahnausbildungs-Arbeitsvorganges
durch das kreisförmige Schmieden
bildet, besitzt, der durch den Stempel 14 ausgestanzt wird
und zur Bereitstellung des Endprodukts W7 kalt geprägt wird.
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Das Herstellungsverfahren für Hypoidzahnräder der
vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte Umformen der ersten
scheibenförmigen
Zwischenware W2 in die zweite Zwischenware W3 in Gestalt eines am
Boden geschlossenen Körpers,
der einen schmaleren Innen- und Außendurchmesser und eine größere Zahndicke
im Achsenquerschnitt als das Endprodukt hat, Ausstanzen des Bodens
W3' der zweiten
Zwischenware W3 unter Erhalt des Zustands, in dem der Innen- und
Außendurchmesser geringer
ist als der des Endprodukts und die Zahndicke im Achsenquerschnitt
größer ist
als beim Endprodukt, und Ringwalzen desselben zum Ausbilden der vierten
Zwischenware W5 in Gestalt eines Rohprodukts, das etwas schmaler
im Innen- und Außendurchmesser
und etwas größer in der
Zahndicke im Achsenquerschnitt als das Endprodukt ist; hierdurch wird
eine großdimensionierte
Schmiedepresse nicht mehr benötigt
und die Installationskosten können
reduziert werden. Ferner werden die Hypoidzähne G durch lokales Anpressen
der Druckumformfläche 11a des
Druckumformgesenks 11 gegen die vierte Zwischenware W5
und damit einhergehend umlaufendes und stufenweise Andrücken die
Presswalzfläche 11a des
Druckumformgesenks 11 gegen die vierte Zwischenware W5
erzeugt, wobei ein Abdruck der Druckumformfläche 11a des Druckumformgesenks 11 auf
der vierten Zwischenware W5 verbleibt; im Vergleich mit dem herkömmlichen
Zahnschneiden unter Verwendung zweier Gleason-Zahnradsehneidmaschinen können die
Installationskosten aus diesem Grunde erniedrigt werden, wobei gleichzeitig
die Materialausbeute ansteigt und die Prozesszeit sowie die laufenden
Kosten reduziert werden.
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Da das nach dem vorliegenden Herstellungsverfahren
erhältliche
Hypoidzahnrad durch Kreisschmieden ausgeformte Hypoidzähne G besitzt,
werden ferner die Hypoidzähne
G ausgebildet mit einer sich entlang der Zahnoberfläche erstreckenden
Kornrichtung, so dass die Zahnoberflächenfestigkeit im Vergleich
zu Hypoidzähnen,
die durch Schneiden geformt wurden, wesentlich erhöht ist. Aus
diesem Grunde kann eine höhere
Last mit kleineren Hypoidrädern übertragen
werden, so dass eine Größenreduktion
des Ausgleichsgetriebes möglich
ist. Des weiteren können
die Prozesszeit und demzufolge auch die laufenden Kosten im Vergleich zu
dem Fall, dass Zähne
mit einer Gleason-Schneidmaschine geschnitten werden, verringert
werden.
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Wie bisher beschrieben wurde, ist
es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
ein Verfahren zur Herstellung von Hypoidzahnrädern bereitzustellen, das eine
Erniedrigung der Installationskosten und laufenden Kosten erlaubt
und die Produktionskosten minimiert, und das ein Hypoidzahnrad mit
einer erhöhten
Zahnoberflächenfestigkeit
des Hypoidzahns bereitstellt, mit dem es möglich wird, Ausgleichsgetriebe
mit reduzierten Abmessungen herzustellen.