DE69915046T2 - Hypoidzahnrad für Ausgleichsgetriebe und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Hypoidzahnrad für Ausgleichsgetriebe und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Description

  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Hypoidzahnräder für FR(Frontmaschinen-Heckantrieb)-Fahrzeug-Ausgleichsgetriebe und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die US 5,718,774 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Kegelgetrieben durch Heißschmieden, gefolgt von Abgratarbeiten und Heißformen.
  • 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.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 betrifft eine Darstellung zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens von Hypoidzahnrädern für Ausgleichgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 betrifft eine schematisch erläuternde Darstellung einer Schmiedepresse, die bei der Erfindung Einsatz findet;
  • 3 betrifft eine schematisch erläuternde Darstellung einer Walzmaschine, die bei der Erfindung Einsatz findet;
  • 4 betrifft eine schematisch erläuternde Darstellung einer Kreisschmiedemaschine, die bei der Erfindung Einsatz findet;
  • 5 betrifft eine schematisch erläuternde Darstellung einer Stanzmaschine, wie sie in der Erfindung eingesetzt wird; und
  • 6 betrifft eine Darstellung, die das herkömmliche Herstellungsverfahren für Hypoidzahnräder von Ausgleichsgetrieben erläutert.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Herstellung von Hypoidzahnrädern für Ausgleichsgetriebe, umfassend den Schritt kreisförmiges Schmieden eines Rohproduktes mit etwas geringerem Innen- und Außendurchmesser und etwas größerer Zahndicke im Achsenquerschnitt als beim Endprodukt zur Ausformung des Endprodukt mit eingeformten Hypoidzähnen, wobei der Schritt das Anordnen des Rohproduktes zwischen einem Druckumformgesenk (11) mit einer nicht rotierenden Druckumformfläche (11a) und einem Oberstempel (12) mit einer konischen Druckumformfläche, das Bewegen des Oberstempels im Kreis zum kreisförmigen Schmieden des Rohproduktes gegen das Druckumformgesenk (11) zur Ausformung einer Zwischenware (W6) mit eingeformten Hypoidzähnen umfasst, wobei die Zwischenware für die Endfertigung bereitsteht, ohne dass es einer weiteren Bearbeitung bedarf.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 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 (8,9) zur Ausformung des Rohproduktes unterworfen wird.
  3. Verfahren zur Herstellung von Hypoidzahnrädern für Ausgleichsgetriebe nach Anspruch 1, umfassend die Schritte Stauch-Schmieden eines runden Blockrohlings (W1), der auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt ist, zur Ausbildung einer ersten scheibenförmigen Zwischenware (W2), Stempel-Schmieden der ersten Zwischenware (W2) zur Ausformung 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, Ausstanzen des Bodens der zweiten Zwischenware (W3) zur Ausformung einer dritten Zwischenware (W4) in Gestalt eines am Boden offenen ringförmi gen 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 (W5) in Gestalt eines Rohproduktes, 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 (11) mit einer nicht rotierenden Druckumformfläche (11a) und einem Oberstempel (12) mit einer konischen Druckumformfläche, Bewegen des Oberstempels im Kreis zum kreisförmigen Schmieden des Rohproduktes gegen das Druckumformgesenk zur Ausformung einer fünften Zwischenware (W6) mit eingeformten Hypoidzähnen und Normalisieren und Abstrahlen der fünften Zwischenware (W6), um eine Normalisierung und Entfernung von Schuppen zu erreichen und dann Ausstanzen des inneren Grats, der sich an der fünften Zwischenware (W6) während des auf kreisförmigen Schmieden und Kaltprägen beruhenden Zahnformungs-Arbeitsgangs ausbildet, wobei das Endprodukt (W7) ausgeformt wird.
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