EP2877318A1 - Verfahren zum herstellen eines synchronrings und programm - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines synchronrings und programm

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EP2877318A1
EP2877318A1 EP13741983.4A EP13741983A EP2877318A1 EP 2877318 A1 EP2877318 A1 EP 2877318A1 EP 13741983 A EP13741983 A EP 13741983A EP 2877318 A1 EP2877318 A1 EP 2877318A1
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EP
European Patent Office
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laser
laser cutting
blank
hardening
cutting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13741983.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Fetzer
Norbert Huhn
Ulrich Lang
Patrice Ribault
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SKF AB
Original Assignee
SKF AB
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Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of EP2877318A1 publication Critical patent/EP2877318A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/02—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches
    • F16D23/025—Synchro rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/30—Chains, hoops or rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2261/00—Machining or cutting being involved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
    • F16D2250/0038—Surface treatment
    • F16D2250/0053—Hardening

Definitions

  • Method for producing a synchronizer ring and program embodiments relate to a method for producing at least one synchronizer ring and to a program having a program code for carrying out such a method, such as this on a programmable hardware component, for example a machine tool, and in particular on a Laser cutting machine and / or a laser hardening machine, can be performed.
  • a programmable hardware component for example a machine tool, and in particular on a Laser cutting machine and / or a laser hardening machine
  • synchronizer rings which include, for example, intermediate synchronizer rings and synchronous inner rings, are used in the context of synchronization devices or synchronizers of stepped transmissions in drive trains of vehicles. They serve for example a speed compensation of each other with different speeds rotating components of a corresponding transmission. These may include, for example, a synchronizer body, a loose wheel and a sliding sleeve.
  • corresponding synchronizations can also be used in the field of electronically connected transmissions, for example automatic transmissions, dual-clutch transmissions, automatic transmissions and other corresponding multi-step transmissions.
  • DE 2006 006 024 AI thus relates to a method for producing rings and intermediate rings for a synchronization device, as they can be used, for example, in manually shiftable gear change gears of a vehicle. It mentions, for example, a jet cutting, for example by means of a laser beam.
  • a method of making at least one synchronizer ring comprises providing a pre-turned blank of curable material, wherein the blank is provided in a non-cured state, and laser cutting the provided blank to provide at least one shape of the at least one synchronizer ring.
  • a method according to an embodiment is based on the finding that a simplification of the production of a synchronizer ring can be achieved that based on a pre-turned blank from a curable material, but which is in an uncured state, using the laser cutting a corresponding synchronizer ring in many Cases completely, but at least partially manufacturable. If it can not be completely produced, however, laser cutting can give it its essentially final shape, which is changed only slightly, if at all, by subsequent processing steps.
  • the use of laser cutting of a pre-turned blank, which is not present in a hardened state can realize the desired simplification of the production of the synchronizer ring in that costly and therefore often cost-intensive manufacturing steps can be saved.
  • a synchronizer ring may be, for example, a synchronous inner ring, a synchronous intermediate ring or another synchronizer ring.
  • a synchronous inner ring can be used for example in a multiple synchronization.
  • the laser cutting can take place, for example, in such a way that the hardenable material is hardened in a cutting region of the laser cutting.
  • the case occurring hardening which is also referred to as laser hardening due to the use of the laser, this can be done only partially in view of the shape of the synchronizer ring.
  • the shape of the synchronizer ring here represents an outer shape of the same, that is, a contour limiting its volume. By laser cutting, its shape is essentially defined with respect to the outer shape of the later synchronizer ring.
  • the laser cutting can take place such that in this case the synchronizing ring has at least one loading surface extending perpendicular to a circumferential direction in the cutting region. Even if complete curing of the synchronizer ring may not be necessary, it may be advisable, if necessary, to even cure it at least in sections. Such can be of interest, for example, in the case of optionally also repeatedly implemented loading surfaces of the synchronizing ring, which frequently extend perpendicular to the circumferential direction of the same.
  • a method according to an exemplary embodiment can thus optionally be slip-free.
  • the provision of the blank may also include a sliding-slip-free provision thereof. Not least by such a measure, the desired simplification can thus be achieved, for example.
  • the laser cutting of the blank may be laser cutting with a specific energy that is at least 105% of a minimum required for laser cutting the blank corresponds to specific energy.
  • a method according to an embodiment may further comprise separate laser hardening following laser cutting. This may make it possible, if necessary, to adapt the hardening of the synchronizer ring to the expected mechanical loads even more finely.
  • the laser hardening can be carried out without re-tensioning.
  • the same machine tool that is also used for laser cutting can be used to perform the separate laser curing.
  • even the same laser can be used, if it is operated, for example, with a lower power.
  • the production and the machine cost can be further simplified.
  • the separate laser hardening can simplify the overall method for producing the at least one synchronizing ring in comparison with other hardening methods, since complicated, reworking steps associated therewith may be possible.
  • laser-hardening may include defocusing a laser optic include, so that the laser hardening takes place with a laser beam defocused compared to the laser cutting.
  • defocusing a laser optic include, so that the laser hardening takes place with a laser beam defocused compared to the laser cutting.
  • the at least one synchronizing ring can be produced in such a way that the at least one synchronizing ring produced has a shape tolerance of roundness of at most 100 ⁇ m.
  • the shape tolerance roundness is hereby a measure of a maximum permissible deviation of the synchronizer ring from its idealized shape. It is defined such that the relevant sections of the synchronizer ring, to which the shape tolerance roundness relates, along a plane perpendicular to its symmetry axis between a minimum and a maximum circle or arc spaced from each other the shape tolerance roundness.
  • shape tolerance roundness can amount to at most 90 ⁇ , at most 80 ⁇ , at most 70 ⁇ , at most 60 ⁇ , at most 50 ⁇ or at most 40 ⁇ .
  • a synchronizer ring thus typically has an axis of symmetry, which often completely or at least substantially coincides with its axis of rotation when it is subsequently used. With regard to this axis of symmetry, the synchronizer ring therefore often has a complete rotational symmetry in some sections, and often an integral rotational symmetry with regard to its shape as a whole.
  • a component may have n-fold rotational symmetry, where n is a natural number greater than or equal to 2.
  • An n-fold rotational symmetry is present when the component in question, for example, about a rotational or symmetry axis by (360 ° / n) is rotatable and thereby merges substantially in terms of form in itself, ie with a corresponding rotation substantially to itself in the mathematical sense is mapped.
  • the component in the case of a complete rotation-symmetrical design of a component in any rotation about any angle about the axis of rotation or symmetry, the component essentially transits itself in terms of its shape, so it is essentially mapped onto itself in a mathematical sense.
  • rotational symmetry Both an n-fold rotational symmetry as well as a complete rotational symmetry is referred to here as rotational symmetry.
  • a method of making at least one synchronizer ring may further comprise coating with a coating, such as a carbon coating, a carbon-based coating, or another coating.
  • Coating may include, for example, spraying, pasting, spin coating or other form of coating.
  • the coating can be applied, for example, as a lacquer, powder, emulsion or in another form.
  • the coating may take place before or after the laser cutting.
  • the blank can be cut in a coated form by means of laser cutting.
  • a method of manufacturing at least one synchronizer ring prior to laser cutting may further comprise a treatment, such as a surface treatment, wherein a treatment layer or coating is at least partially applied to the blank prior to laser cutting to provide, for example, better energy absorption to allow improved material removal during laser cutting.
  • a treatment may include, for example, spraying a lacquer, to name just one example. This may make it possible to improve the energy absorption in laser cutting, for example, by improving an absorption behavior with respect to the laser beam used in laser cutting.
  • an embodiment of a method may also include removing a treatment layer applied during the treatment after the laser cutting, which may not have to be done immediately after the laser cutting.
  • An exemplary embodiment further comprises a program with a program code for carrying out such a method according to an exemplary embodiment, when the program runs on a programmable hardware component, for example a machine tool and here in particular on a laser cutting machine and / or laser hardening machine.
  • the individual method steps can be achieved by activating corresponding actuators.
  • the individual method steps can thus comprise generating, providing and optionally receiving control signals, sensor signals and other signals.
  • the sending may also include writing or storing a value in a memory location or register. Accordingly, reading out or receiving can also include a corresponding readout of a register or a memory location.
  • These signals can be transmitted, for example, as electrical, optical or radio signals and can be configured independently of one another continuously or discretely with regard to their signal values and their chronological design.
  • the corresponding signals may thus include, for example, analog signals, but also digital signals.
  • integrally formed component is understood as one which is made exactly from a contiguous piece of material.
  • integral can therefore be used interchangeably with the terms "integral” or "one-piece.”
  • a mechanical coupling of two components encompasses both direct and indirect coupling, in which case electrical or other components are indirectly connected via another component or component
  • the respective coupling can be implemented and implemented in sections or completely, for example electrically, optically, magnetically or by means of radio technology, in such a way that they permit a signal exchange between the relevant components.
  • the aforementioned method steps in the specified, but also optionally in a different order can be performed.
  • individual process steps can take place simultaneously, but at least overlap in time, unless otherwise stated in the description or the technical context.
  • the individual “directions” in the present case may not necessarily be a direction in the mathematical sense of a vector, but a line along which the corresponding movement takes place. Such a line can be straight but also bent.
  • Absky here are directions that actually describe directions along a line, such as the direction of movement.
  • a first direction may be opposite to a second direction, but both run or be directed along a line also designated as a direction.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a blank in the form of a double ring
  • Fig. 2 shows a perspective view of two manufactured synchronizer rings after the laser cutting of the blank
  • Fig. 3 shows a perspective view of a single synchronizer ring
  • Fig. 4 illustrates a laser hardening (laser hardening).
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method for producing at least one intermediate ring according to an exemplary embodiment.
  • Synchronizing rings can be used today in the synchronization range, for example, which do not require the precision that can be achieved by grinding and can be produced more cost-effectively. A production accuracy which can be achieved by turning or punching can be sufficient here for the production and use of such a ring. In addition, it may also be possible to omit a complete hardening of the synchronizer rings, since hardening creates a distortion which can adversely affect the application.
  • synchronizer rings often have lugs or other protrusions on which high holding forces and pulsating stresses can occur, which must withstand the synchronizer ring.
  • This and optionally other mechanical loads here is the risk of flattening when using soft rings.
  • the use of a partial hardening layer can therefore be advisable, possibly even necessary, at least in the area of such loading surfaces.
  • synchronizer rings made of hardened steel are manufactured by means of laser cutting technology.
  • a so-called double ring is rotated from the relevant raw material, then hardened, ground and then separated by laser.
  • the conventional process can thus allow a low hardness distortion and a machining of a suitable for two synchronizer rings blank in the context of double ring machining.
  • low tooling costs can be achieved by the use of laser cutting in comparison to a single part production by means of stamping, in which the respective synchronizer rings are thus manufactured as stamped parts.
  • individually punched rings are used in which an inductive hardening process is applied in the nose area.
  • this method has high tooling costs for the punching tool, so that a high proportion of tool costs per manufactured workpiece can arise, especially for medium lot sizes. Thus, such a process may possibly lead to additional costs and therefore to less competitive production.
  • Embodiments of a method for producing at least one synchronizer ring can thus enable integrated production and surface treatment in a single process. As a result, it may be possible to reduce a handling effort, process time and process costs and thus to realize a cost advantage. As will be explained below, such an embodiment of such a method is often based on a partial laser hardening of a soft synchronization intermediate ring.
  • soft inter-synchronization rings can be produced by means of a laser cutting process in which the same process is also used for heat treatment of the surface in order to achieve the necessary surface hardness and durability.
  • cost advantages can be achieved if, for example, the rings are coated with a carbon-containing coating by coating or adhesive bonding. In such a case, therefore, the synchronizer rings may optionally serve only as a carrier material for a corresponding coating.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a blank 100 in the form of a double ring 110.
  • the blank 100 is here prefabricated as a pre-turned part and has not been subjected to a vibratory grinding process, for example.
  • the blank 100 in this case has a center region 120 and along an axis of symmetry 130, with respect to which the blank 100 has a complete rotational symmetry, each having a substantially hollow frustoconical portion 140-1, 140-2.
  • the blank 100 is in this case made of a curable material, for example a corresponding hardenable steel, but not hardened in advance. Nor is it - as previously mentioned - been supplied in advance of a vibratory finishing process for the compensation of its surface.
  • the blank 100 as shown for example in FIG. 1, which is pre-turned and made of a hardenable material but is not already present in a hardened state, can be provided Before the blank 100 is then brought by means of laser cutting at least in a form of the later synchronizing ring.
  • FIG. 2 thus shows a perspective view of two synchronizer rings 150-1, 150-2, which were provided by means of laser cutting from the blank 110 shown in FIG.
  • the synchronizer rings 150 are more precisely synchronous intermediate rings.
  • a synchronizer ring may as well be a synchronous inner ring or other synchronizer ring 150.
  • only synchronous intermediate rings are considered as synchronizing rings 150 in the following.
  • embodiments may also be used to make or provide other types of synchronizer rings 150.
  • the center region 120 has been largely removed from the blank 100. What remains is merely a plurality of projections 160-1, ..., 160-6, which are each connected to one of the hollow truncated cone-shaped sections 140. From the respective other hollow frustoconical portion 140, these have been separated or separated by laser cutting. Likewise, portions of the center region 120 have been removed by the laser cutting to form respective recesses 170-1, 170-2 and 170-3.
  • the synchronizer ring 150-1 includes, besides the hollow frusto-conical portion 140, the protrusions 160-1, 160-2, and 160-3, which engage with the hollow frusto-conical portion 140-1 are integrally connected.
  • the projections 160 and the hollow truncated cone-shaped portions 140 of each of the two synchronizer rings 150 are thus made in one piece.
  • the synchronizer ring 150-2 has correspondingly the hollow frusto-conical portion 140-2 as well as the projections 160-4, 160-5 and 160-6, and due to the illustration selected in Fig. 2, the latter projection 160-6 is not shown. These are also made with the hollow truncated cone-shaped portion 140-2 in one piece or integrally.
  • the respective synchronizer rings may have a higher or a smaller number of corresponding projections 160, if they are to be provided at all.
  • synchronizer rings 150 without projection 160, with a projection 160 or any number of protrusions 160 can be made.
  • the number of recesses 170 here corresponds typically to adjacent projections 160, as shown in Fig. 2, the number of projections per hollow truncated cone-shaped portion 140 and synchronizer ring 150. If the projections 160 are not running adjacent to each other, the number Recesses 170 and thus doubling the number of removed from the central region 120 of the blank 100 pieces of material accordingly.
  • hollow frusto-conical portions 140 may be implemented in other embodiments. These can have, for example, a cylindrical or a differently configured section along the axis of symmetry 130.
  • a blank 100 in the form of a double ring 110 a plurality of the same, namely two in the present embodiment can be produced simultaneously by means of a method for producing at least one synchronizer ring 150.
  • different blanks 100 can be used in other embodiments, in which, for example, a higher, but possibly also a smaller number of synchronizer rings 150 can be produced. Depending on this, such a blank 100 may also be designed differently than shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 thus shows two synchronizing rings 150, which are also referred to as finished rings. Of course, these can for example be further processed by a coating or another method. If appropriate, the synchronizer rings 150 can also be intermediates or semi-finished products.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a single synchronizing ring 150, which comprises a hollow frustoconical portion 140 and three projections 160-1, 160-2 and 160-3 connected to it ,
  • the protrusions 160 have, along a circumferential direction 180, which is perpendicular to the axis of symmetry 130, in each case one loading surface 190 on both sides of the relevant projections 160, of which, however, only one of all three projections 160 of the synchronizing ring 150 shown in FIG only load area 190 can be seen.
  • the loading surfaces 190 are also referred to as nose side surfaces.
  • the synchronizing rings 150 are subjected to particular mechanical stresses during operation. On them comparatively high holding forces and optionally a pulsating stress occur, which can lead to the relevant projections 160 can be flattened if they have too low a hardness. Thus, if the synchronizer rings 150 are soft or not hardened in this area, damage to the synchronizer rings 150 can thus be caused, which could significantly reduce their service life. It is therefore often advisable, if not necessary, to partially harden the synchronizer rings 150 at least in the area of the loading surfaces 190. These are in the intersection of laser cutting.
  • a hardenable material for the blank 100 which, however, is in the uncured state, can already result in a corresponding hardening of the material by the laser cutting.
  • a hardening layer which increases the nose holding forces may optionally be produced in the region of the loading surfaces 190 in order to produce a corresponding hardening layer.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a laser hardening.
  • a workpiece 200 which may be, for example, the blank 100 during laser cutting, is exposed to a laser beam 210 which strikes a surface of the workpiece 200.
  • the laser beam 210 often moves continuously along the direction of movement 240, which is also referred to as the feed direction, and heats the edge layer there.
  • austenitisation begins, whereby the carbon atoms of the steel change with respect to their position in the metal lattice.
  • the surrounding material cools the hot layer very quickly after a further movement of the laser beam 210.
  • the metal mesh of the workpiece 200 has no opportunity to revert to its original shape. The result is martensite, which causes the hardness of the material to increase.
  • the synchronizer rings 150 produced in the context of an embodiment of a method thus have hardness zones which, for example, comprise the loading surfaces 190 on the projections 160.
  • these can also extend long at the projections 160 and be arranged circumferentially around the projections 160.
  • the zones of hardness can already be formed by the heat input during laser cutting with a sufficient hardness, so that they already fulfill the requirements imposed on the end product.
  • the rings made of a soft material, such a microstructure change in the context of a martensite treatment which is sufficient to produce the required and specified holding forces in the area of the loading surfaces 190 (nose holding forces).
  • the laser cutting can be carried out with a specific energy E which, for example, corresponds to at least 105% of a minimum specific energy required for laser cutting of the blank 100.
  • the specific energy E here represents the energy per unit length which is provided by the laser to the blank 100 and the workpiece 200 in FIG.
  • the specific energy E results in this case as a quotient of the radiated power P and the movement speed v. It is measured in energy per unit length, for example in SI units in J / m.
  • the specific energy E used in the laser cutting may be advisable, to increase the surface hardness, to set the specific energy E used in the laser cutting to values of at least 110%, at least 115% or optionally at least 120% of the minimum specific energy required to laser cut the blank 100.
  • the stressed surfaces that is to say for example the stress surfaces 190
  • the stressed surfaces 190 can be hardened or postcured as part of a separate laser hardening. This can be done on the same machine or machine tool, for example the same laser Beam cutting machine done. This may make it possible, if necessary, to save a re-clamping of the relevant component, which in turn is a simplification of the production of such a synchronizer ring 150 conducive.
  • Corresponding laser hardening may include defocusing the laser beam, for example, in the case where the laser hardening takes place without being subjected to a strain relief. As a result, it may be possible to harden a larger area without adjusting the laser power or to limit or even completely avoid the relevant change in the laser power. Laser hardening is thus carried out with a laser beam which is defocused in comparison to laser cutting.
  • a second optics can be used to harden or edge hardening after cutting by the laser beam, the component in the area of the claimed surfaces.
  • the laser beam heats the surface of the component again, wherein the laser beam moves continuously in a feed direction and heats the surface layer of the component.
  • the resulting high temperatures in turn lead to the austenitization and subsequent self-quenching to the formation of martensite, which is caused by the increase in hardness.
  • the laser beam hardening of soft laser-cut or punched synchronizer rings may also be performed on a separate system.
  • the surface layer hardness is brought about by the surface being reheated by means of the laser beam and the processes already described above being effected in the curable material, that is, for example, in the hardenable steel.
  • a method for producing at least one synchronizer ring 150 it may thus be possible to produce the synchronizer rings in such a way that they have a shape tolerance of roundness of at most 100 ⁇ m. In other exemplary embodiments, it may possibly even be possible to fall below the aforementioned value, ie for example a roundness of at most 90 ⁇ , of at most 80 ⁇ , of at most 70 ⁇ , of at most 60 ⁇ , of at most 50 ⁇ , or at most 40 ⁇ to reach.
  • the above values can be, for example then, in the case of a coating which may optionally also be performed, allow the specified and required values of such a synchronizer ring 150 to be obtained.
  • a coating which can be applied in the context of such an optional coating, for example, carbon coatings or carbon-based coatings can be used.
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method for producing at least one synchronizer ring 150.
  • a pre-rotated blank 100 made of a hardenable material is provided, however, wherein the blank 100 is in a non-cured state.
  • the prepared blank 100 is laser-cut in order to obtain at least one shape of the at least one synchronizing ring 150.
  • the curable material can be cured in a cutting region of the laser cutting. The laser hardening is therefore generally only partially here.
  • the hardening can also optionally take place in the area of the previously mentioned loading surfaces 190 in the cutting region of the laser cutting, wherein the loading surfaces extend perpendicular to the circumferential direction 180, which is generally perpendicular to the axis of symmetry 130 of the later synchronizing ring or of the blank 100 stands.
  • the synchronizer ring 150 ideally has at least sections of complete rotational symmetry. If, on the other hand, the synchronization ring 150 is considered as a whole, due to the projections 160 it may happen that it only has an integral rotational symmetry. Of course, in the context of an embodiment of such a method, synchronizing rings 150 can also be produced which do not have any corresponding rotational symmetry.
  • the laser cutting can in this case optionally take place with such a specific energy E which corresponds to at least 105% or at least one of the conditions already mentioned above relative to the minimum specific energy required for laser cutting of the blank.
  • a specific energy E which corresponds to at least 105% or at least one of the conditions already mentioned above relative to the minimum specific energy required for laser cutting of the blank.
  • laser hardening may also take place in a separate Step S120. This can, for example, without overtightening take place on the same machine or the same machine tool, ie in particular on the same laser cutting machine or laser hardening machine.
  • the use of a second optics and thus possibly a second laser can be saved if the laser optics used for laser cutting is defocused in an optional step S130, so that the laser hardening (step S120) with a comparison with the laser cutting (step Sl 10) defocused laser beam takes place.
  • a coating with a corresponding coating for example a carbon coating or a carbon-based coating
  • Plating done This can also be done, for example, before the laser cutting in step S 110.
  • laser cutting represents a separation process in which heat is introduced optically in the cutting region, which ensures that the material of the blank 100 is melted in this region and removed by a corresponding process gas. It can be implemented as part of an embodiment, a normal laser cutting.
  • carbon dioxide lasers (C0 2 lasers) or Nd: YAG lasers can be used as lasers, to name only two different laser types.
  • a further simple heat treatment step a so-called tempering
  • a further simple heat treatment step can optionally also be carried out with the aid of which the structure of the workpiece can be stabilized, if this can be appropriate, for example, due to a hardening depth of the hardening zone.
  • the component so for example, the synchronization ring 151 is heated to the extent that distribution of mechanical stresses or a corresponding structural transformation takes place. In this case, the component is typically heated less strongly than is the case during laser hardening.
  • a treatment or surface treatment of the blank 110 can be made before the laser cutting in step Sl 10, in the context of which a treatment layer, such as a paint, is applied or sprayed.
  • a treatment layer such as a paint
  • an absorption behavior of the laser beam 210 on the blank 110 can be improved by, for example, reducing a reflection thereof. This can be achieved for example by applying a paint.
  • the layer in question can optionally be removed again from the now cut component.
  • Exemplary embodiments of a method for producing at least one synchronizer ring 150 can thus realize a cost reduction, for example, because of the use of a preformed blank made of a hardenable material, which, however, is not in the hardened state and the use of laser cutting, a vibratory grinding of the blank or of the later product is possible.
  • a process can be cost-effectively implemented in an industrialized manner with quite high quantities of several million components per year.
  • a corresponding laser heat treatment can be implemented in a simple manner in a process in which a production of corresponding synchronizer rings 150 already comprises a laser cutting. In this case, it may be advisable to provide the relevant blank in a separate manner.
  • Embodiments of a method for producing at least one synchronizer ring 150 can thus enable a cost-efficient production of the same, wherein the synchronizer rings, for example, are able to be finished by means of a surface coating.
  • this can be realized, for example, by virtue of the fact that, due to the use of the double ring 120 in the step of laser cutting Sl 10, two synchronizing rings 150 can be produced per working cycle without, if appropriate, providing a separate heat treatment.
  • it may be possible to create tool costs due to the use of laser cutting in comparison to tool costs for a corresponding punching tool for producing correspondingly soft blanks 100 or precursors of the synchronizer ring 150.
  • embodiments of such a method for producing at least one synchronizer ring 150 possibly make use of the fact that in laser cutting a heat treatment occurs only in the area of the functional surfaces, ie only where increased hardness is only needed during later operation. As a result, post-processing steps can be saved if necessary. Likewise, such a method may optionally be adaptable very quickly, since due to the use of laser cutting, a production of tools is eliminated and thus full flexibility with regard to realizable forms is possible.
  • Embodiments also include a corresponding program with a program code for carrying out a method according to an exemplary embodiment, when it runs on a programmable hardware component, for example a machine tool, and here in particular on a laser cutting machine or a laser hardening machine.
  • the individual method steps can be carried out here by actuators, which implements the program by driving the same.
  • the triggering can take place, for example, by writing data into registers or other memory locations. The same applies to receiving or reading out.
  • aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-Ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable hardware component or cooperate such that the respective method is performed.
  • the digital storage medium may therefore be machine or computer readable.
  • some embodiments include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system or programmable hardware component such that one of the methods described herein is performed.
  • An embodiment is thus a A data carrier (or a digital storage medium or a computer readable medium) on which the program is recorded for performing any of the methods described herein.
  • embodiments of the present invention may be implemented as a program, firmware, computer program, or computer program product having program code or data, the program code or data operative to perform one of the methods when the program resides on a processor or a computer programmable hardware component expires.
  • the program code or the data can also be stored, for example, on a machine-readable carrier or data carrier.
  • the program code or the data may be present, inter alia, as source code, machine code or bytecode as well as other intermediate code.
  • Another embodiment is further a data stream, a signal sequence, or a sequence of signals that represents the program for performing any of the methods described herein.
  • the data stream, the signal sequence or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet or another network.
  • Embodiments are also data representing signal sequences that are suitable for transmission over a network or a data communication connection, the data representing the program.
  • a program may implement one of the methods during its execution by, for example, reading out or writing into it one or more data, thereby optionally switching operations or other operations in transistor structures, amplifier structures, or other electrical, optical, magnetic or operating according to another operating principle components are caused. Accordingly, by reading a memory location, data, values, sensor values or other information can be detected, determined or measured by a program.
  • a program can therefore acquire, determine or measure quantities, values, measured variables and other information by reading from one or more storage locations, as well as effect, initiate or execute an action by writing to one or more storage locations and others Controlling devices, machines and components and thus perform more complex process steps, for example by means of actuators.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings (150) gemäß einem Aus- führungsbeispiel umfasst ein Bereitstellen eines vorgedrehten Rohlings (100) aus einem härtbaren Werkstoff, wobei der Rohling (100) in einem nicht gehärteten Zustand bereitgestellt wird, und ein Laserschneiden des bereitgestellten Rohlings, um wenigstens eine Form des wenigstens einen Synchronring (150) bereitzustellen. Hierdurch kann es möglich sein, ein einfacheres Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings (150) zu schaffen.

Description

B e s c h r e i b u n g
Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings und Programm Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings und ein auf ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen eines solchen Verfahrens, wie dieses beispielsweise auf einer programmierbaren Hardwarekomponente, also beispielsweise einer Werkzeugmaschine, und hier insbesondere auf einer Laserschneidemaschine und/oder einer Laserhärtungsmaschine, ausgeführt werden kann.
Im Kraftfahrzeugbereich werden Synchronringe, zu denen beispielsweise Synchronzwischenringe und Synchroninnenringe zählen, im Rahmen von Synchronisationseinrichtungen oder Synchronisierungen von Stufengetrieben bei Antriebssträngen von Fahrzeugen eingesetzt. Sie dienen hierbei beispielsweise einem Drehzahlausgleich von zueinander mit unterschiedlichen Drehzahlen rotierender Komponenten eines entsprechenden Getriebes. Zu diesen können beispielsweise ein Synchronkörper, ein Losrad und eine Schiebemuffe zählen. Entsprechende Synchronisierungen können jedoch auch im Bereich elektronisch geschalteter Getriebe, beispielsweise Automatikgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, automatischer Getriebe und anderer entsprechender Stufengetriebe, zum Einsatz kommen.
Die DE 2006 006 024 AI bezieht sich so auf ein Verfahren zum Herstellen von Ringen und Zwischenringen für eine Synchronisationseinrichtung, wie sie beispielsweise bei manuell schaltbaren Zahnräderwechselgetrieben eines Fahrzeugs einsetzbar sind. Sie nennt beispielsweise ein Strahlschneiden, beispielsweise mittels Laserstrahl.
Aufgrund neuerer Entwicklungen im Synchronisationsbereich ist es möglich geworden, Synchronringe einzusetzen, welche mit geringeren Präzisionsanforderungen ebenso einen sicheren Betrieb der zugehörigen Synchronisierungen ermöglichen. Die nunmehr leicht reduzierten Anforderungen an die Präzision und die entsprechende Fertigungsgenauigkeit können so gegebenenfalls dazu genutzt werden, die Synchronringe mithilfe eines einfacheren und damit kostengünstigeren Verfahrens herzustellen.
Es besteht daher ein Bedarf daran, ein solches einfacheres Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings zu schaffen.
Diesem Bedarf tragen ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings gemäß Patentanspruch 1 und ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen eines solchen Verfahrens gemäß Patentanspruch 10 Rechnung.
Ein Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Bereitstellen eines vorgedrehten Rohlings aus einem härtbaren Werkstoff, wobei der Rohling in einem nicht gehärteten Zustand bereitgestellt wird, und ein Laserschneiden des bereitgestellten Rohlings, um wenigstens eine Form des wenigstens einen Synchronrings bereitzustellen.
Einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt so die Erkenntnis zugrunde, dass eine Vereinfachung der Herstellung eines Synchronrings dadurch erzielbar ist, dass auf Basis eines vorgedrehten Rohlings aus einem härtbaren Werkstoff, der jedoch in einem nicht gehärteten Zustand vorliegt, mithilfe des Laserschneidens ein entsprechender Synchronring in vielen Fällen vollständig, zumindest jedoch wenigstens teilweise herstellbar ist. Ist er nicht vollständig herstellbar, so kann das Laserschneiden ihm jedoch seine im Wesentlichen endgültige Form geben, die durch nachträgliche Bearbeitungsschritte - wenn überhaupt - nur geringfügig geändert wird. Der Einsatz des Laserschneidens eines zwar vorgedrehten Rohlings, der jedoch nicht in einem gehärteten Zustand vorliegt, kann hierbei die angestrebte Vereinfachung der Herstellung des Synchronrings dadurch realisieren, dass aufwendige und damit häufig kostenintensive Fertigungsschritte eingespart werden können.
Bei einem Synchronring kann es sich hierbei beispielsweise um einen Synchroninnenring, einen Synchronzwischenring oder einen anderen Synchronring handeln. Ein Synchroninnenring kann beispielsweise bei einer Mehrfachsynchronisierung eingesetzt werden. Das Laserschneiden kann hierbei beispielsweise derart erfolgen, dass der härtbare Werkstoff in einem Schnittbereich des Laserschneidens gehärtet wird. Das hierbei eintretende Härten, welches aufgrund des Einsatzes des Lasers auch als Laserhärten bezeichnet wird, kann hierbei im Hinblick auf die Form des Synchronrings nur partiell erfolgen.
Die Form des Synchronrings stellt hierbei eine äußere Form desselben dar, also eine sein Volumen begrenzende Kontur dar. Durch das Laserschneiden wird so im Hinblick auf die äußere Gestalt des späteren Synchronrings seine Form im Wesentlichen definiert.
Optional kann bei einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel das Laserschneiden derart erfolgen, dass hierbei der Synchronring wenigstens eine sich senkrecht zu einer Um- fangsrichtung erstreckende Belastungsfläche in dem Schnittbereich aufweist. Auch wenn gegebenenfalls eine vollständige Härtung des Synchronrings entfallen kann, kann es jedoch ratsam, gegebenenfalls sogar notwendig sein, diesen zumindest abschnittsweise zu härten. Ein solches kann beispielsweise bei optional auch mehrfach implementierten Belas- tungsflächen des Synchronrings interessant sein, die sich häufig senkrecht zu der Umfangs- richtung desselben erstrecken. Diese können beispielsweise an den in Umfangsrichtung angeordneten Abschnitten von Nasen oder anderen Vorsprüngen an den Synchronringen auftreten, an denen hohe Haltekräfte und/oder pulsierende Beanspruchungen auftreten können, durch welche eine Gefahr des Abplattens an weichen Ringen gegeben sein könnte. Durch den Einsatz eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel kann dadurch, dass die entsprechende Belastungsfläche nun in dem Schnittbereich des Laserschneidens angeordnet ist, die entsprechende Resistenz gegenüber entsprechenden mechanischen Belastungen verbessert oder erzielt werden, da in dem Schnittbereich gerade die entsprechende Härtung erfolgt.
Ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel kann so optional gleitschleiffrei erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann gegebenenfalls auch das Bereitstellen des Rohlings ein gleitschleiffreies Bereitstellen desselben umfassen. Nicht zuletzt durch eine solche Maßnahme kann die angestrebte Vereinfachung also beispielsweise erzielt werden.
Optional kann bei einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel das Laserschneiden des bereitgestellten Rohlings ein Laserschneiden mit einer spezifischen Energie erfolgen, die wenigstens 105 % einer minimalen zum Laserschneiden des Rohlings erforderlichen spezifischen Energie entspricht. Die spezifische Energie stellt hierbei eine auf eine Längeneinheit bezogene Energiemenge zum Schneiden des betreffenden Rohlings dar. Sie kann beispielsweise in SI-Einheiten als Verhältnis einer Energiemenge (J = Joule) und der Länge (m = Meter) in J/m angegeben werden. Sie kann beispielsweise als Quotient einer zum Schneiden verwendeten Laserleistung P und einer Schnittgeschwindigkeit v gegeben sein, mit der der Laser bzw. sein Auftreffpunkt auf dem Rohling über diesen hinweg bewegt wird. Durch die gezielte Heraufsetzung der zum Laserschneiden verwendeten spezifischen Energie gegenüber der minimalen zum Laserschneiden desselben erforderlichen spezifischen Energie kann so gegebenenfalls eine Härtung des Rohlings bzw. des entste- henden Synchronrings verbessert werden. Je nach konkreten Anforderungen und Ausgestaltungen kann es so gegebenenfalls auch ratsam sein, wenigstens 110 %, wenigstens 115 % oder wenigstens 120 % der minimalen zum Laserschneiden des Rohlings erforderlichen spezifischen Energie zu verwenden. Optional kann ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel ferner ein dem Laserschneiden folgendes separates Laserhärten umfassen. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, das Härten des Synchronrings noch feiner an die zu erwartenden mechanischen Belastungen anzupassen. Optional kann bei einem solchen Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel das Laserhärten umspannfrei erfolgen. Es kann so die gleiche Werkzeugmaschine, die auch zum Laserschneiden verwendet wird, zum Durchführen des separaten Laserhärtens verwendet werden. Hierbei kann gegebenenfalls sogar der gleiche Laser verwendet werden, wenn dieser beispielsweise mit einer geringeren Leistung betrieben wird. Hierdurch kann trotz eines separaten Laserhärtens, welches zunächst einen zusätzlichen Verfahrensschritt zum Herstellen des Synchronrings darstellt, die Herstellung und der Maschinenaufwand weiter vereinfacht werden.
Das separate Laserhärten kann hierbei gegenüber anderen Härtungsverfahren das Gesamt- verfahren zum Herstellen des wenigstens einen Synchronrings vereinfachen, da gegebenenfalls mit diesen einhergehende aufwendige Nachbearbeitungsschritte einsparbar sind.
Optional kann bei einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel, das einen Schritt des separaten Laserhärtens umfasst, das Laserhärten ein Defokussieren einer Laseroptik umfassen, sodass das Laserhärten mit einem im Vergleich zu dem Laserschneiden defo- kussierten Laserstrahl erfolgt. Hierdurch kann es nicht nur möglich sein, eine größere Fläche im Vergleich zu der Schnittfläche zu härten, es kann gegebenenfalls auch eine Anpassung einer zum Laserhärten verwendeten Laserleistung im Vergleich zu einer zum Laserschneiden verwendeten Laserleistung entfallen oder zumindest vermindert werden. Auch hierdurch kann somit eine Vereinfachung der Herstellung von Synchronringen erzielt werden.
Optional kann bei einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel das Herstellen des wenigstens einen Synchronrings derart erfolgen, sodass der wenigstens eine hergestellte Synchronring eine Formtoleranz Rundheit von höchstens 100 μιη aufweist. Die Formtoleranz Rundheit stellt hierbei ein Maß für eine maximal zulässige Abweichung des Synchronrings von seiner idealisierten Form dar. Sie ist so definiert, dass die betreffenden Abschnitte des Synchronrings, auf den sich die Formtoleranz Rundheit bezieht, entlang einer Ebene senkrecht zu seiner Symmetrieachse zwischen einem minimalen und einem maximalen Kreis oder Kreisbogen liegen, die voneinander die Formtoleranz Rundheit beabstandet sind. Bei Ausführungsbeispielen eines solchen Verfahrens kann Formtoleranz Rundheit jedoch höchstens 90 μιη, höchstens 80 μιη, höchstens 70 μιη, höchstens 60 μιη, höchstens 50 μιη oder höchstens 40 μιη betragen. Durch den Einsatz des vorgedrehten Rohlings aus dem härtbaren Werkstoff und dem Einsatz des Laserschneidens können so die vorgenannten Rundheitswerte bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gegebenenfalls ohne zusätzliche, kostenintensive Verfahrensschritte realisierbar sein.
Ein Synchronring weist so typischerweise eine Symmetrieachse auf, die häufig bei dem späteren Einsatz desselben mit seiner Drehachse vollständig, zumindest jedoch im Wesentlichen zusammenfällt. Bezüglich dieser Symmetrieachse weist der Synchronring daher häufig abschnittsweise eine vollständige Rotationssymmetrie, hinsichtlich seiner Form als Ganzes häufig eine ganzzahlige Rotationssymmetrie auf.
Eine Komponente kann beispielsweise eine n-zählige Rotationssymmetrie aufweisen, wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist. Eine n-zählige Rotationssymmetrie liegt dann vor, wenn die betreffende Komponente beispielsweise um eine Rotations- oder Symmetrieachse um (360°/n) drehbar ist und dabei im Wesentlichen formenmäßig in sich selbst übergeht, also bei einer entsprechenden Drehung im Wesentlichen auf sich selbst im mathematischen Sinn abgebildet wird. Im Unterschied hierzu geht bei einer vollständigen rotationssymmetrischen Ausgestaltung einer Komponente bei einer beliebigen Drehung um jeden beliebigen Winkel um die Rotations- oder Symmetrieachse die Komponente formenmäßig im Wesentlichen in sich selbst über, wird also im mathematischen Sinn im We- sentlichen auf sich selbst abgebildet. Sowohl eine n-zählige Rotationssymmetrie wie auch eine vollständige Rotationssymmetrie wird hierbei als Rotationssymmetrie bezeichnet.
Es kann jedoch auch möglich sein, einen Synchronring mithilfe eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel ohne eine explizite ganzzahlige Symmetrie herzustellen.
Optional kann ein Verfahren zum Herstellen wenigsten eines Synchronrings ferner ein Beschichten mit einem Überzug, beispielsweise einem Kohlenstoffüberzug, einem kohlenstoffbasierten Überzug oder einem anderen Überzug umfassen. Das Beschichten kann beispielsweise ein Besprühen, ein Bekleben, ein Aufschleudern oder auch eine andere Form des Beschichtens umfassen. Hierbei kann der Überzug beispielsweise als Lack, Pulver, Emulsion oder in anderer Form aufgebracht werden. Je nach Ausführungsbeispiel eines solchen Verfahrens kann das Beschichten hierbei vor oder auch nach dem Laserschneiden erfolgen. So kann also beispielsweise der Rohling in einer beschichteten Form mithilfe des Laserschneidens geschnitten werden.
Optional kann ein Verfahren zum Herstellen wenigsten eines Synchronrings vor dem Laserschneiden ferner eine Behandlung, beispielsweise eine Oberflächenbehandlung, umfassen, bei der vor dem Laserschneiden eine Behandlungsschicht oder ein Überzug wenigstens teilweise auf den Rohling aufgebracht wird, um beispielsweise eine bessere Energie- absorption oder auch ein verbessertes Materialabtragen während des Laserschneidens zu ermöglichen. Eine solche Behandlung kann so beispielsweise ein Aufsprühen eines Lacks umfassen, um nur ein Beispiel zu nennen. Hierdurch kann es möglich sein, die Energieabsorption beim Laserschneiden zu verbessern, indem beispielsweise ein Absorptionsverhalten hinsichtlich des beim Laserschneiden verwendeten Laserstrahls verbessert wird. In ei- nem solchen Fall kann ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens auch ein Entfernen einer beim Behandeln aufgebrachten Behandlungsschicht nach dem Laserschneiden umfassen, wobei dies gegebenenfalls nicht unmittelbar nach dem Laserschneiden erfolgen muss. Ein Ausführungsbeispiel umfasst ferner ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen eines solchen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente, beispielsweise einer Werkzeugmaschine und hier insbesondere auf einer Laserschneidmaschine und/oder Laserhär- tungsmaschine abläuft. Die einzelnen Verfahrensschritte können hierbei durch Ansteue- rungen entsprechender Aktuatoren erzielt werden. Im Rahmen eines solchen Programms, jedoch auch im Rahmen anderer Umsetzungen eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, können so die einzelnen Verfahrensschritte ein Erzeugen, Bereitstellen und gegebenenfalls Empfangen von Steuersignalen, Sensorsignalen und anderen Signalen um- fassen. Das Senden kann ebenfalls ein Schreiben oder Abspeichern eines Wertes in eine Speicherstelle oder ein Register umfassen. Entsprechend kann ein Auslesen oder Empfangen auch ein entsprechendes Auslesen eines Registers oder einer Speicherstelle umfassen. Diese Signale können beispielsweise als elektrische, optische oder funktechnische Signale übertragen werden und hinsichtlich ihrer Signalwerte und ihrer zeitlichen Ausgestaltung voneinander unabhängig kontinuierlich oder diskret ausgestaltet sein. Die entsprechenden Signale können so beispielsweise analoge Signale, jedoch auch digitale Signale umfassen.
Unter einer einstückig ausgebildeten Komponente wird eine solche verstanden, die genau aus einem zusammenhängenden Materialstück gefertigt ist. Der Begriff„einstückig" kann daher synonym mit den Begriffen„integral" oder„einteilig" verwendet werden. Eine mechanische Kopplung zweier Komponenten umfasst sowohl eine unmittelbare, wie auch eine mittelbare Kopplung. Elektrische oder andere Komponenten sind hierbei miteinander mittelbar über eine weitere Komponente oder unmittelbar miteinander derart gekoppelt, dass diese einen Signalaustausch zwischen den betreffenden Komponenten ermöglichen. So kann die entsprechende Kopplung abschnittsweise oder vollständig beispielsweise elektrisch, optisch, magnetisch oder mittels Funktechnik implementiert und umgesetzt sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines solchen Verfahrens können die zuvor genannten Verfahrensschritte in der angegebenen, jedoch auch gegebenenfalls in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden. So können gegebenenfalls einzelne Verfahrensschritte simultan, zumindest jedoch auch zeitlich überlappend erfolgen, sofern sich aus deren Beschreibung oder dem technischen Zusammenhang nichts anderes ergibt. Trotz des Wortbestandteils„Richtung" kann es sich bei den einzelnen„Richtungen" im vorliegenden Fall nicht notwendigerweise um eine Richtung im mathematischen Sinne eines Vektors, sondern um eine Linie handeln, entlang derer die entsprechende Bewegung erfolgt. Eine solche Linie kann geradlinig, jedoch auch gebogen sein. Abzugrenzen sind hier Richtungen, die tatsächlich Richtungen entlang einer Linie, beispielsweise der Bewegungsrichtung, beschreiben. So kann beispielsweise eine erste Richtung einer zweiten Richtung entgegengerichtet sein, beide jedoch entlang einer auch als Richtung bezeichneten Linie verlaufen oder gerichtet sein.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren Ausfuhrungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rohlings in Form eines Doppelrings;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung zweier hergestellter Synchronringe nach dem Laserschneiden des Rohlings;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines einzelnen Synchronrings;
Fig. 4 illustriert ein Härten mittels Laser (Laser härten); und
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eins Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Zwischenrings gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Aus- führungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt. Wie eingangs bereits kurz erwähnt wurde, werden im Synchronisationsbereich aufgrund neuer Entwicklungen nunmehr Synchronringe benötigt, die geringere Präzision und Fertigungstoleranzen aufweisen, als dies konventionell der Fall war. Hierdurch ergibt sich einerseits die Möglichkeit, andererseits jedoch die Herausforderung, ein entsprechendes Herstellungsverfahren für Synchronringe derart zu vereinfachen und damit kostengünstiger zu gestalten, sodass die mithilfe dieses Verfahrens hergestellten Synchronringe dennoch an sie gestellte Anforderungen erfüllen.
So können im Synchronisationsbereich heute Synchronringe eingesetzt werden, die nicht die durch eine Schleifbearbeitung erzielbare Präzision benötigen und entsprechend kostengünstiger gefertigt werden können. Eine durch Drehen oder Stanzen erzielbare Fertigungsgenauigkeit kann hierbei zur Herstellung und Verwendung eines solchen Rings ausreichen. Darüber hinaus kann es gegebenenfalls auch möglich sein, eine vollständige Härtung der Synchronringe entfallen zu lassen, da durch das Härten ein Verzug entsteht, welcher die Anwendung negativ beeinflussen kann.
Allerdings weisen Synchronringe häufig Nasen oder andere Vorsprünge auf, an denen hohe Haltekräfte sowie pulsierende Beanspruchungen auftreten können, welchen der Synchronring widerstehen muss. Durch diese und gegebenenfalls andere mechanische Belastungen besteht hier die Gefahr eines Abplattens bei der Verwendung weicher Ringe. Der Einsatz einer partiellen Härteschicht kann daher zumindest im Bereich solcher Belastungsflächen ratsam, gegebenenfalls sogar notwendig sein.
Konventionell werden Synchronringe aus gehärtetem Stahl mittels Laserschneidtechnologie gefertigt. Hierbei wird ein sogenannter Doppelring aus dem betreffenden Rohmaterial gedreht, anschließend gehärtet, geschliffen und dann mittels Laser getrennt. Dieser Prozess weist zwar fertigungstechnische Vorteile auf, ist jedoch hinsichtlich seiner Prozessführung nicht unkompliziert. Der konventionelle Prozess kann so einen geringen Härteverzug sowie eine Bearbeitung von einem für zwei Synchronringe geeigneten Rohling im Rahmen der Doppelringbearbeitung ermöglichen. Ebenso können gegebenenfalls geringe Werkzeugkosten durch den Einsatz des Laserschneidens im Vergleich zu einer Einzelteilfertigung mittels Stanzen, bei denen die betreffenden Synchronringe also als Stanzteile gefertigt werden, erzielt werden. Konventionell werden so also beispielsweise einzeln gestanzte Ringe eingesetzt, bei denen ein induktiver Härtprozess im Bereich der Nasen angewendet wird. Dieses Verfahren weist jedoch hohe Werkzeugkosten für das Stanzwerkzeug auf, sodass gerade bei mittleren Losgrößen ein hoher Werkzeugkostenanteil je hergestelltem Werkstück anfallen kann. Ein sol- ches Verfahren kann daher gegebenenfalls zu zusätzlichen Kosten und daher zu einer wenig konkurrenzfähigen Herstellung führen.
Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings können so eine integrierte Herstellung und eine Oberflächenbehandlung im Rahmen eines einzigen Prozesses ermöglichen. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, einen Handhabungsaufwand, Prozesszeit und Prozesskosten zu reduzieren und so einen Kostenvorteil zu realisieren. Wie nachfolgend noch erläutert wird, basiert so ein Ausführungsbeispiel eines solchen Verfahrens häufig auf einem partiell Laserhärten eines weichen Synchronisationszwischenrings. So können bei Ausführungsbeispielen weiche Zwischensyn- chronisationsringe mithilfe eines Laserschneidprozesses hergestellt werden, bei dem der gleiche Prozess auch für Wärmebehandlung der Oberfläche herangezogen wird, um die notwendige Oberflächenhärte und Beständigkeit zu erzielen. Durch den Einsatz einer solchen Technologie können gegebenenfalls Kostenvorteile erzielt werden, wenn beispielsweise die Ringe mit einem kohlenstoffhaltigen Überzug durch ein Beschichten oder Be- kleben überzogen werden. In einem solchen Fall können also die Synchronringe gegebenenfalls nur als Trägermaterial für eine entsprechende Beschichtung dienen.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Rohlings 100 in der Form eines Doppelrings 110. Der Rohling 100 ist hierbei als vorgedrehtes Teil vorgefertigt und ist so bei- spielsweise nicht einem Gleitschleifprozess unterzogen worden.
Der Rohling 100 weist hierbei einen Mittenbereich 120 sowie entlang einer Symmetrieachse 130, bezüglich derer der Rohling 100 eine vollständige Rotationssymmetrie aufweist, jeweils einen im Wesentlichen hohlkegelstumpfförmigen Abschnitt 140-1, 140-2 auf.
Der Rohling 100 ist hierbei aus einem härtbaren Material, beispielsweise einem entsprechenden härtbaren Stahl, gefertigt, jedoch im Vorfeld nicht gehärtet. Ebenso wenig ist er - wie zuvor erwähnt wurde - im Vorfeld einem Gleitschleifprozess zur Vergütung seiner Oberfläche zugeführt worden. So kann also im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings zunächst der Rohling 100, wie er beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, der vorgedreht und aus einem härtbaren Werkstoff gefertigt ist, jedoch nicht in einem gehärteten Zustand bereits vorliegt, bereitgestellt werden, bevor der Rohling 100 dann mittels Laserschneiden wenigstens in eine Form des späteren Synchronrings gebracht wird.
Fig. 2 zeigt so eine perspektivische Darstellung zweier Synchronringe 150-1, 150-2, die mittels Laserschneiden aus dem in Fig. 1 gezeigten Rohling 110 bereitgestellt wurden. Bei den Synchronringen 150, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, handelt es sich genauer gesagt um Synchronzwischenringe. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann es sich bei einem Synchronring ebenso jedoch um einen Synchroninnenring oder einen anderen Synchronring 150 handeln. Ohne eine Beschränkung der Allgemeinheit werden im Folgenden nur Syn- chronzwischenringe als Synchronringe 150 betrachtet. Ausführungsbeispiele können jedoch ebenso zum Herstellen oder Bereitstellen anderer Typen von Synchronringe 150 verwendet werden.
Während des Laserschneidens ist hierbei der Mittenbereich 120 zu großen Teilen aus dem Rohling 100 entfernt worden. Übrig bleibt hierbei lediglich mehrere Vorsprünge 160-1, ..., 160-6, die mit jeweils einem der hohlkegelstumpfförmigen Abschnitte 140 verbunden sind. Von dem jeweils anderen hohlkegelstumpfförmigen Abschnitt 140 sind diese durch das Laserschneiden separiert oder getrennt worden. Ebenso sind durch das Laserschneiden Bereiche des Mittenbereichs 120 entfernt worden, um entsprechende Ausnehmungen 170-1, 170-2 und 170-3 zu bilden.
Hierdurch entstehen durch das Laserschneiden auf Basis eines solchen Doppelrings 110 als Rohling 100 jeweils zwei Synchronringe 150-1, 150-2, die jeweils einen hohlkegelstumpf- förmigen Abschnitt 140 und im vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils drei
Vorsprünge 160 aufweisen, die auch als Nasen bezeichnet werden. Genauer gesagt umfasst hier der Synchronring 150-1 neben dem hohlkegelstumpfförmigen Abschnitt 140 die Vorsprünge 160-1, 160-2 und 160-3, welche mit dem hohlkegelstumpfförmigen Abschnitt 140-1 integral verbunden sind. Die Vorsprünge 160 und die hohlkegelstumpfförmigen Abschnitte 140 eines jeden der beiden Synchronringe 150 sind somit einteilig ausgeführt.
Der Synchronring 150-2 weist entsprechend den hohlkegelstumpfförmigen Abschnitt 140- 2 sowie die Vorsprünge 160-4, 160-5 und 160-6 auf, wobei aufgrund der in Fig. 2 gewählten Darstellung der letztgenannte Vorsprung 160-6 nicht dargestellt ist. Auch diese sind mit dem hohlkegelstumpfförmigen Abschnitt 140-2 einteilig oder integral ausgeführt.
Selbstverständlich kann bei anderen Ausführungsbeispielen eines entsprechenden Verfah- rens auch eine abweichende Ausgestaltung der Trennung bzw. der Schnittbereiche implementiert werden. Während also bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einander angrenzende Vorsprünge 160 erzeugt werden, von denen jeweils einer mit einem der beiden hohlkegelstumpfförmigen Abschnitte 140 verbunden ist, können diese auch separat voneinander gebildet werden. In einem solchen Fall werden anstelle der in Fig. 2 gezeigten drei Ausnehmungen 170-1, 170-2 und 170-3 entsprechend mehr Ausnehmungen, beispielsweise sechs Ausnehmungen 170, erzeugt.
Ebenso können selbstverständlich bei anderen Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings 150 die betreffenden Synchronringe eine höhere oder auch eine geringere Anzahl entsprechender Vorsprünge 160 aufweisen, sofern diese überhaupt vorzusehen sind. So können also beispielsweise Synchronringe 150 ohne Vorsprung 160, mit einem Vorsprung 160 oder einer beliebigen Anzahl von Vorsprüngen 160 gefertigt werden. Die Zahl der Ausnehmungen 170 entspricht hierbei typischerweise bei aneinander angrenzenden Vorsprüngen 160, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, der Anzahl der Vorsprünge je hohlkegelstumpfförmigen Abschnitt 140 bzw. Synchronring 150. Sind die Vorsprünge 160 nicht aneinander angrenzend ausgeführt, kann sich die Zahl der Ausnehmungen 170 und damit die Zahl der aus dem Mittenbereich 120 des Rohlings 100 entfernten Materialstücke entsprechend verdoppeln. Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsbeispielen auch andere als die hohlkegelstumpfförmigen Abschnitte 140 implementiert werden. Diese können beispielsweise entlang der Symmetrieachse 130 einen zylinderförmigen oder einen anders ausgestalteten Abschnitt aufweisen. Bei dem Einsatz eines Rohlings 100 in Form eines Doppelrings 110 kann so mithilfe eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings 150 gleichzeitig eine Mehrzahl derselben, nämlich im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei hergestellt werden. Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsbeispielen auch abweichende Rohlinge 100 eingesetzt werden, bei denen beispielsweise eine höhere, jedoch gegebenenfalls auch eine geringere Zahl von Synchronringen 150 herstellbar sind. Je nach dem kann ein solcher Rohling 100 auch anders ausgestaltet sein, als dies in Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 2 zeigt so also zwei Synchronringe 150, die auch als Fertigringe bezeichnet werden. Selbstverständlich können diese beispielsweise noch durch ein Beschichten oder ein anderes Verfahren weiterverarbeitet werden. Die Synchronringe 150 können so gegebenenfalls auch Zwischenprodukte oder Halbzeug darstellen.
Um die im Bereich der Vorsprünge 160 auftretenden mechanischen Belastungen besser illustrieren zu können, zeigt Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines einzelnen Synchronrings 150, welcher einen hohlkegelstumpfförmigen Abschnitt 140 und drei mit ihm verbundene Vorsprünge 160-1, 160-2 und 160-3 umfasst. Die Vorsprünge 160 weisen hierbei entlang einer Umfangsrichtung 180, die senkrecht auf der Symmetrieachse 130 steht, jeweils eine Belastungsfläche 190 zu beiden Seiten der betreffenden Vorsprünge 160 auf, von denen jedoch bei allen drei Vorsprüngen 160 des in Fig. 3 gezeigten Synchronrings 150 jeweils nur eine einzige Belastungsfläche 190 zu sehen ist. Die Belastungsflächen 190 werden hierbei aufgrund ihrer Anordnung an den auch als Nasen bezeichneten Vorsprüngen 160 auch als Nasenseitenflächen bezeichnet.
Gerade hier im Bereich der Belastungsflächen 190 werden die Synchronringe 150 während des Betriebs jedoch besonderen mechanischen Belastungen unterworfen. An ihnen treten vergleichsweise hohe Haltekräfte sowie gegebenenfalls eine pulsierende Beanspruchung auf, die dazu führen können, dass die betreffenden Vorsprünge 160 abgeplattet werden können, wenn diese eine zu geringe Härte aufweisen. Sind also die Synchronringe 150 in diesem Bereich weich bzw. nicht gehärtet ausgestaltet, kann so eine Beschädigung der Synchronringe 150 hervorgerufen werden, wodurch seine Lebensdauer signifikant reduziert werden könnte. Es ist daher häufig ratsam, wenn nicht sogar notwendig, die Synchronringe 150 zumindest im Bereich der Belastungsflächen 190 partiell zu härten. Diese liegen im Schnittbereich des Laserschneidens. Dadurch, dass sie jedoch im Schnittbereich des Laserschneidens liegen, kann es durch die Verwendung eines zwar härtbaren Werkstoffs für den Rohling 100, der jedoch in dem nicht gehärteten Zustand vorliegt, bereits durch das Laserschneiden zu einer entsprechen- den Härtung des Materials kommen. Anders ausgedrückt können zum Erzeugen einer entsprechenden Härteschicht im Bereich der Belastungsflächen 190 durch den Einsatz eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings 150 gegebenenfalls eine die Nasenhaltekräfte erhöhende Härteschicht erzeugt werden. Um dies näher zu illustrieren, zeigt Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Laserhärtens. Ein Werkstück 200, bei dem es sich beispielsweise um den Rohling 100 während des Laserschneidens handeln kann, wird hierbei einem Laserstrahl 210 ausgesetzt, der auf eine Oberfläche des Werkstücks 200 trifft. Hierdurch entsteht eine gehärtete Randschicht 220, die durch einen von dem Laserstrahl 210 erwärmten Bereich 230 hervorgerufen wird, wenn der Laserstrahl 210 entlang einer Bewegungsrichtung 240 über das Werkstück 200 geführt wird. Der Laserstrahl 210 bewegt sich hierbei häufig kontinuierlich entlang der auch als Vorschubrichtung bezeichneten Bewegungsrichtung 240 und erwärmt dort die Randschicht. Durch die hohe Temperatur beginnt im Falle eines Stahls die Austenitisie- rung, wobei sich die Kohlenstoffatome des Stahls hinsichtlich ihrer Position im Metallgit- ter verändern. Das umgebende Material kühlt im Rahmen einer Selbstabschreckung 250 die heiße Schicht nach einer Weiterbewegung des Laserstrahls 210 sehr schnell ab. Während dieses schnellen Abkühlens hat das Metallgitter des Werkstücks 200 keine Möglichkeit, sich in seine Ausgangsform zurückzubilden. Es entsteht Martensit, durch das die Härtesteigerung des Materials herbeigeführt wird.
Die im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens hergestellten Synchronringe 150 weisen so Härtezonen auf, welche beispielsweise die Belastungsflächen 190 an den Vorsprüngen 160 umfassen. Selbstverständlich können diese sich an den Vorsprüngen 160 auch lang erstrecken und umlaufend um die Vorsprünge 160 angeordnet sein. Die Härte- zonen können hierbei im einfachsten Fall bereits durch den Wärmeeintrag während des Laserschneidens mit einer ausreichenden Härte gebildet sein, sodass diese die an das Endprodukt gestellten Anforderungen bereits erfüllen. So kann es gegebenenfalls möglich sein, bereits durch das Laserschneiden die aus einem weichen Werkstoff hergestellten Ringe eine solche Gefügeveränderung im Rahmen eines Martensitisierens zu erzielen, die aus- reicht, um die geforderten und spezifizierten Haltekräfte im Bereich der Belastungsflächen 190 (Nasenhaltekräfte) zu erzeugen. So kann es gegebenenfalls bereits durch das Laserschneiden möglich sein, eine solche Randschichthärte zu erreichen, die das Abplatten der Vorsprünge 190 verhindert.
Ergänzend oder alternativ hierzu kann es jedoch gegebenenfalls auch möglich sein, durch das Laserschneiden des weichen Ausgangsmaterials den Synchronring 150 mithilfe einer gezielten Steuerung des Wärmeeintrags die benötigte Gefügeveränderung (Martensitisie- ren) zu erreichen, um erneut die geforderten Nasenhaltekräfte zu erzielen und eine entspre- chende Randschichthärte zu erreichen. So kann es beispielsweise möglich sein, im Rahmen eines solchen Ausführungsbeispiels den Rohling 100 während des Laserschneidens mit einer solchen Energie zu bestrahlen, die höher liegt als eine zum Schneiden notwendige Energiemenge. So kann bei einem solchen Ausführungsbeispiel das Laserschneiden also mit einer spezifischen Energie E erfolgen, die beispielsweise wenigsten 105 % einer mini- malen zum Laserschneiden des Rohlings 100 erforderlichen spezifischen Energie entspricht. Die spezifische Energie E stellt hierbei die Energie pro Längeneinheit dar, welche durch den Laser dem Rohling 100 bzw. dem Werkstück 200 in Fig. 4 unter Berücksichtigung einer Bewegungsgeschwindigkeit v bereitgestellt wird, wenn der Laserstrahl eine Leistung P aufweist. Die spezifische Energie E ergibt sich in diesem Fall als Quotient aus der eingestrahlten Leistung P und der Bewegungsgeschwindigkeit v. Sie wird in Energie pro Längeneinheit gemessen, also beispielsweise in SI-Einheiten in J/m.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann es gegebenenfalls ratsam sein, zur Steigerung der Randschichthärte die beim Laserschneiden verwendete spezifische Energie E auf werte von wenigstens 110 %, wenigstens 115 % oder gegebenenfalls wenigstens 120 % der minimalen zum Laserschneiden des Rohlings 100 erforderlichen spezifischen Energie anzusetzen.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann nach dem Laserschneiden bzw. nach dem Laser- schneidevorgang eine erneute Bestrahlung des Bauteils, welches mittlerweile die Form des Synchronrings 150 im Wesentlichen angenommen hat, durchzuführen. So können also beispielsweise die beanspruchten Flächen, also beispielsweise die Belastungsfiächen 190 im Rahmen eines separaten Laserhärtens gehärtet bzw. nachgehärtet werden. Dies kann auf der gleichen Maschine bzw. Werkzeugmaschine, also beispielsweise der gleichen Laser- Strahlschneidemaschine erfolgen. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, ein Umspannen des betreffenden Bauteils einzusparen, was wiederum eine Vereinfachung der Herstellung eines solchen Synchronrings 150 zuträglich ist.
Ein entsprechendes Laserhärten kann beispielsweise in dem Fall, in dem das Laserhärten umspannfrei erfolgt, ein Defokussieren des Laserstrahls umfassen. Hierdurch kann es möglich sein, eine größere Fläche zu härten, ohne Anpassung der Laserleistung vorzunehmen bzw. die betreffende Änderung der Laserleistung zu begrenzen oder sogar vollständig zu vermeiden. Das Laserhärten wird so mit einem im Vergleich zu dem Laserschneiden defo- kussierten Laserstrahl vorgenommen.
Alternativ hierzu kann selbstverständlich auch eine zweite Optik verwendet werden, um nach dem Schneiden durch den Laserstrahl das Bauteil im Bereich der beanspruchten Flächen zu härten bzw. randschichtzuhärten. Auch hier wird selbstverständlich durch den Laserstrahl die Oberfläche des Bauteils erneut erwärmt, wobei sich der Laserstrahl kontinuierlich in einer Vorschubrichtung bewegt und die Randschicht des Bauteils erwärmt. Die hierbei entstehenden hohen Temperaturen führen wiederum zu der Austenitisierung und die anschließende Selbstabschreckung zur Bildung des Martensits, durch welches die Härtesteigerung herbeigeführt wird.
Selbstverständlich kann im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens das Laserstrahlhärten von weichen lasergeschnittenen oder gestanzten Synchronringen gegebenenfalls auch auf einer separaten Anlage durchgeführt werden. Auch bei dieser wird die Randschichthärte dadurch bewirkt, dass mittels des Laserstrahls die Oberfläche erneut erwärmt wird und die oben bereits beschriebenen Vorgänge in dem härtbaren Werkstoff, also beispielsweise in dem härtbaren Stahl, bewirkt werden.
Durch den Einsatz eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings 150 kann es so möglich sein, die Synchronringe derart herzustellen, sodass diese eine Formtoleranz Rundheit von höchstens 100 μιη aufweisen. Bei anderen Ausfuhrungsbeispielen kann es gegebenenfalls sogar möglich sein, den vorgenannten Wert weiter zu unterschreiten, also beispielsweise eine Rundheit von höchstens 90 μιη, von höchstens 80 μιη, von höchstens 70 μιη, von höchstens 60 μιη, von höchstens 50 μιη, oder höchstens 40 μιη zu erreichen. Die vorgenannten Werte können es beispielsweise dann ermöglichen, bei einer Beschichtung, welche optional ebenso durchgeführt werden kann, zu den spezifizierten und erforderten Werten eines solchen Synchronrings 150 zu gelangen. Als Überzug, welcher im Rahmen eines solchen optionalen Beschichtens aufgetragen werden kann, können beispielsweise Kohlenstoffüberzüge bzw. kohlenbasierte Überzüge verwendet werden.
Fig. 5 zeigt schließlich ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings 150. Zunächst wird im Rahmen eines Schritts S100 ein vorgedrehter Rohling 100 aus einem härtbaren Werkstoff bereitgestellt, wobei sich jedoch der Rohling 100 in einem nicht gehärteten Zustand befindet. Anschließend wird im Rahmen eines Schritts Sl 10 der bereitgestellte Rohling 100 lasergeschnitten, um wenigstens eine Form des wenigstens einen Synchronrings 150 zu erhalten. Hierbei kann optional der härtbare Werkstoff in einem Schnittbereich des Laserschneidens gehärtet werden. Die Laserhärtung erfolgt daher im Allgemeinen hier nur partiell. Die Härtung kann hierbei ferner optional im Bereich der bereits zuvor erwähnten Belastungsflächen 190 in dem Schnittbereich des Laserschneidens erfolgen, wobei sich die Belastungsflächen senkrecht zu der Umfangsrich- tung 180 erstrecken, welche im Allgemeinen senkrecht auf der Symmetrieachse 130 des späteren Synchronrings bzw. des Rohlings 100 steht.
Der Synchronring 150 weist hierbei im Idealfall wenigstens abschnittsweise eine vollständige Rotationssymmetrie auf. Wird hingegen der Synchronisationsring 150 als Ganzes betrachtet, kann es aufgrund der Vorsprünge 160 dazu kommen, dass dieser nur noch eine ganzzahlige Rotationssymmetrie aufweist. Selbstverständlich können im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines solchen Verfahrens auch solche Synchronringe 150 hergestellt werden, welche keine entsprechende Rotationssymmetrie aufweisen.
Das Laserschneiden kann hierbei optional mit einer solchen spezifischen Energie E erfolgen, die wenigstens 105 % oder wenigstens einem der zuvor bereits genannten Verhältnisse bezogen auf die minimale zum Laserschneiden des Rohlings erforderliche spezifische Energie entspricht. Hierdurch kann es gegebenenfalls bereits im Rahmen des Laserschneidens (Schritt Sl 10) möglich sein die entsprechende Härtung des härtbaren Materials in den Belastungsflächen 190 oder anderen belasteten Flächen zu erzielen. Es kann so bereits während des Laserschneidens zu einer Härtung der entsprechenden Härtungszonen kommen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann ein Laserhärten auch in einem separaten Schritt S120 erfolgen. Dieses kann beispielsweise umspannfrei auf der gleichen Maschine bzw. gleichen Werkzeugmaschine, also insbesondere auf der gleichen Laserschneidmaschine bzw. Laserhärtungsmaschine erfolgen. Hierbei kann gegebenenfalls ein Einsatz einer zweiten Optik und damit gegebenenfalls eines zweiten Lasers eingespart werden, wenn die zum Laserschneiden verwendete Laseroptik derart im Rahmen eines optionalen Schritts S130 defokussiert wird, sodass das Laserhärten (Schritt S120) mit einem im Vergleich zu dem Laserschneiden (Schritt Sl 10) defokussierten Laserstrahl erfolgt.
Optional kann im Rahmen eines Schritts S140 ein Beschichten mit einem entsprechenden Überzug, beispielsweise einem Kohlenstoffüberzug bzw. einem kohlenstoffbasierten
Überzug erfolgen. Dies kann beispielsweise auch bereits vor dem Laserschneiden in Schritt S 110 erfolgen.
Das Laserschneiden stellt hierbei ein Trennverfahren dar, bei dem Wärme in dem Schnitt- bereich auf optischem Wege eingetragen wird, die dafür sorgt, dass das Material des Rohlings 100 in diesem Bereich aufgeschmolzen und durch ein entsprechendes Prozessgas abgetragen wird. Es kann so im Rahmen eines Ausführungsbeispiels ein normales Laserschneiden implementiert werden. Als Laser können so beispielsweise Kohlendioxidlaser (C02-Laser) oder Nd:YAG-Laser verwendet werden, um nur zwei unterschiedliche Laser- typen zu nennen.
Durch diesen Wärmeeintrag an den Schnittflächen wird bereits eine Wärmebehandlung bewirkt, welche zu einem höheren Grad an Härte bis zu einer bestimmten Tiefe (Einhärttiefe) in dem betreffenden Ausgangsmaterial vorliegt. Ein Schneiden mit einer höheren Energie, also einer höheren Laserleistung P und/oder einer geringeren Schnittgeschwindigkeit v, als dies für das eigentliche Laserschneiden notwendig ist, vergrößert hierbei die entsprechende Randhärtungszone. Auch kann durch den Einsatz eines abweichenden Prozessgases gegebenenfalls die Einhärttiefe vergrößert werden. So kann beispielsweise durch die Wahl von Sauerstoff anstelle des häufig als Schnittgases verwendeten Stickstoffs gegebe- nenfalls die Einhärttiefe vergrößert werden, sofern dies notwendig ist.
Sollte es notwendig sein, um beispielsweise bestimmte Anforderungen zu erfüllen, die Härte, die Einhärttiefe oder Beständigkeit weiter als mithilfe des Laserschneidprozesses alleine zu erhöhen, kann es so optional möglich sein, eine zusätzliche Behandlung mithilfe eines Laserstrahls auf der gleichen Werkzeugmaschine oder auf einer separaten Werkzeugmaschine folgen zu lassen, wobei das Verfahren des Laserhärtens als solches eine bekannte Technologie darstellt.
Sofern dies notwendig oder ratsam ist, kann optional ferner ein weiterer einfacher Wärmebehandlungsschritt, ein sogenanntes Tempern, durchgeführt werden, mit dessen Hilfe die Struktur des Werkstücks stabilisiert werden kann, wenn dies beispielsweise aufgrund einer Einhärtungstiefe der Härtzone angebracht sein könne. Hierbei wird das Bauteil, also beispielsweise der Synchronisationsring 151 soweit erhitzt, dass Verteilung mechanischer Spannungen oder auch eine entsprechende Gefügeumbildung erfolgt. Hierbei wird das Bauteil typischerweise weniger stark erwärmt, als dies beim Laserhärten der Fall ist.
Gegebenenfalls kann auch vor dem Laserschneiden in Schritt Sl 10 eine Behandlung oder Oberflächenbehandlung des Rohlings 110 vorgenommen werden, in dessen Rahmen eine Behandlungsschicht, beispielsweise ein Lack, aufgebracht oder aufgesprüht wird. Durch diese kann gegebenenfalls ein Absorptionsverhalten des Laserstrahls 210 auf dem Rohling 110 verbessert werden, indem beispielsweise eine Reflexion desselben reduziert wird. Dies kann beispielsweise durch Aufbringen eines Lacks erzielbar sein. In einem solchen Fall kann unmittelbar nach dem Laserschneiden oder auch zu einem späteren Zeitpunkt die betreffende Schicht von dem nun geschnittenen Bauteil optional wieder entfernt werden.
Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings 150 können so eine Kostenreduzierung beispielsweise dadurch umsetzen, dass aufgrund der Verwendung eines vorgedrehten Rohlings aus einem härtbaren Werkstoff, der jedoch nicht in dem gehärteten Zustand vorliegt und des Einsatzes des Laserschneidens ein Gleitschleifen des Rohlings oder des späteren Produkts einsparbar ist. Ein solcher Prozess kann beispielsweise industrialisiert mit durchaus hohen Stückzahlen von mehreren Millionen Bauteilen pro Jahr kosteneffizient implementiert werden. So kann bei Ausführungsbeispie- len eine entsprechende Laserwärmebehandlung auf einfache Art und Weise in einen Prozess implementiert werden, bei dem eine Herstellung entsprechender Synchronringe 150 bereits ein Laserschneiden umfasst. Hierbei kann es gegebenenfalls ratsam sein, den betreffenden Rohling in gesonderter Art und Weise bereitzustellen. Ausfuhrungsbeispiele eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings 150 können so eine kosteneffiziente Herstellung derselben ermöglichen, wobei die Synchronringe beispielsweise in der Lage sind, mithilfe einer Oberflächenbeschichtung veredelt zu werden. Bei dem hier beschriebenen Verfahren kann dies beispielsweise dadurch realisiert werden, dass aufgrund der Verwendung des Doppelrings 120 bei dem Schritt des Laserschneidens Sl 10 pro Arbeitszyklus zwei Synchronringe 150 herstellbar sind, ohne dass gegebenenfalls eine separate Wärmebehandlung vorgesehen werden muss. Hierdurch kann es möglich sein, Werkzeugkosten aufgrund der Verwendung des Laserschneidens im Vergleich zu Werkzeugkosten für ein entsprechendes Stanzwerkzeug zur Produktion ent- sprechend weicher Rohlinge 100 bzw. Vorstufen des Synchronrings 150 zu schaffen.
So machen sich Ausführungsbeispiele eines solchen Verfahrens zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings 150 gegebenenfalls die Tatsache zunutze, dass bei dem Laserschneiden eine Wärmebehandlung nur im Bereich der funktionalen Flächen auftritt, also nur dort, wo eine gesteigerte Härte während des späteren Betriebs nur benötigt wird. Hierdurch können gegebenenfalls Nachbearbeitungsschritte eingespart werden. Ebenso kann ein solches Verfahren gegebenenfalls sehr schnell anpassbar sein, da aufgrund der Verwendung des Laserschneidens eine Herstellung von Werkzeug entfällt und so eine volle Flexibilität hinsichtlich realisierbarer Formen möglich ist.
Ausführungsbeispiele umfassen ebenso ein entsprechendes Programm mit einem Programmcode zum Durchfuhren eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, wenn dieses auf einer programmierbaren Hardwarekomponente, beispielsweise einer Werkzeugmaschine, und hier insbesondere auf einer Laserschneidmaschine oder einer Laserhär- tungsmaschine abläuft. Die einzelnen Verfahrensschritte können hierbei durch Aktuatoren ausgeführt werden, die das Programm durch Ansteuern derselben umsetzt. Das Ansteuern kann hierbei beispielsweise durch ein Einschreiben von Daten in Registern oder andere Speicherstellen erfolgen. Gleiches gilt für ein Empfangen bzw. Auslesen. Durch den Einsatz eines Ausführungsbeispiels kann es möglich sein, ein einfacheres Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings zu schaffen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombi- nation für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein. Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Pro- grammcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während sei- ner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schalt Vorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern und so beispielsweise mittels Aktoren auch komplexere Verfahrensschritte durchführen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings und Programm
1. Verfahren zum Herstellen wenigstens eines Synchronrings (150), umfassend:
Bereitstellen (S100) eines vorgedrehten Rohlings (100) aus einem härtbaren Werkstoff, wobei der Rohling (100) in einem nicht gehärteten Zustand bereitgestellt wird; und
Laserschneiden (Sl 10) des bereitgestellten Rohlings (100), um wenigstens eine Form des wenigstens einen Synchronring (150) bereitzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Laserschneiden (Sl 10) derart erfolgt, sodass der härtbare Werkstoff in einem Schnittbereich des Laserschneidens (Sl 10) gehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Laserschneiden (Sl 10) derart erfolgt, dass hierbei der Synchronring (150) wenigstens eine sich senkrecht zu einer Umfangsrich- tung (180) erstreckende Belastungsfläche (190) in dem Schnittbereich aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das gleitschleiffrei erfolgt, und/oder bei dem das Bereitstellen (S100) des Rohlings (100) ein gleitschleiffreies Bereitstellen (S100) desselben umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Laserschneiden (Sl 10) des bereitgestellten Rohlings (100) ein Laserschneiden (Sl 10) mit einer spezifischen Energie umfasst, die wenigstens 105 % einer minimalen zum Laserschneiden des Rohlings (100) erforderlichen spezifischen Energie entspricht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner ein dem Laserschneiden (Sl 10) folgendes Laserhärten (S120) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Laserhärten (S120) umspannfrei erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem das Laserhärten (S120) ein Defokussieren (S130) einer Laseroptik umfasst, sodass das Laserhärten (S120) mit einem im Vergleich zu dem Laserschneiden (Sl 10) defokussierten Laserstrahl (210) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Herstellen des wenigstens einen Synchronrings (150) derart erfolgt, sodass der wenigstens eine Synchronring (150) eine Formtoleranz Rundheit von höchstens 100 μιη aufweist.
Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente, beispielsweise einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Laserschneidmaschine und/oder einer Laserhärtungsmaschine, abläuft.
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