WO2017055550A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines rotationssymmetrischen getriebeteils - Google Patents

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WO2017055550A1
WO2017055550A1 PCT/EP2016/073424 EP2016073424W WO2017055550A1 WO 2017055550 A1 WO2017055550 A1 WO 2017055550A1 EP 2016073424 W EP2016073424 W EP 2016073424W WO 2017055550 A1 WO2017055550 A1 WO 2017055550A1
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blank
chuck
bead
edge region
heating device
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PCT/EP2016/073424
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Inventor
Udo Friese
Heiko Ohlscher
Original Assignee
Wf-Maschinenbau Und Blechformtechnik Gmbh & Co. Kg
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/02—Making articles shaped as bodies of revolution discs; disc wheels
    • B21H1/04—Making articles shaped as bodies of revolution discs; disc wheels with rim, e.g. railways wheels or pulleys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/26—Making other particular articles wheels or the like
    • B21D53/28—Making other particular articles wheels or the like gear wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H5/00—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms
    • B21H5/02—Making gear wheels, racks, spline shafts or worms with cylindrical outline, e.g. by means of die rolls

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a rotationally symmetrical gear part, in particular a starter ring, with a kantenseiti- gene outer teeth according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method.
  • One-piece rotationally symmetrical gear parts with edge-sided external toothing are used in a wide variety of areas. Primarily, they are used in the automotive industry, for example in the mentioned starter wreaths.
  • a blank material is usually a steel with the designation according to DIN C30 or C35 is used, since this steel can be deformed relatively well cold due to its properties.
  • this steel is so hard that a cold deformation, at least in an economically meaningful way, is virtually impossible, so far been waived to use this steel in a generic method to produce a rotationally symmetrical transmission part.
  • the object of the invention is to further develop a method of the generic type such that the gear part to be produced is weight-optimized.
  • the heating of the blank takes place before the formation of the bead to a maximum of the recrystallization temperature, which by definition is still referred to as cold forming.
  • the heating of the blank is carried out inductively, at least in the edge region, ie in the region which is subsequently formed, for which purpose a device for carrying out the method is designed accordingly.
  • Such a device has at least one forming station with a chuck in which by means of at least one forming roller of the edge-side bead is molded.
  • a device for heating the round plate is arranged, for example an induction system, with which the blank is heated at least in the edge region to be formed in such a way that a problem-free shaping of this edge region, without special mechanical loading of the machine parts involved, in particular the forming roll, is possible.
  • a further apparatus for carrying out the method has at least two chucks, in each of which the edge to be deformed Ronde is clamped, for which purpose a lower part and an upper part are provided, between which the Ronde is clamped such that it rotates together with the chuck, while the at least one form roller attacks laterally.
  • the blank protrudes radially over the chuck such that the associated forming roll of the first chuck preforms the edge thickening, while the blank processed so far is further deformed in its edge region after transfer to the at least one further chuck, if necessary so far that the formed bead the introduction of external teeth as a subsequent step allows.
  • the first chuck is larger in diameter than the following chuck, so as to achieve a same radial projection of the blank to the chuck, whereby an accurate guidance and ultimately shaping is ensured.
  • a heating station is connected in front of each chuck which forms a forming station together with the assigned forming roller (s), so that in any case the blank is heated prior to the respective deformation or further deformation in the sense of the invention ,
  • FIG. 1 shows a device for carrying out the method in a schematic side view.
  • a device is shown, with which a rotationally symmetrical transmission part, in particular a starter ring can be produced, wherein the gear part after the production edge side has an external toothing, with axially aligned teeth.
  • the device is designed as a transfer system whose transfer direction is indicated by an arrow.
  • the semifinished product used is a plane round blank 1 made of a high-strength steel, for example a C-50 steel or higher grade, for use, which is first heated in a heating device 2 to a temperature up to or preferably below a recrystallization temperature known for the steel used. At this temperature recrystallization takes place within a period of observation. It can be estimated according to a preferred variant with 40-50% of the absolute melting temperature of the steel.
  • the heating preferably takes place inductively and expediently in an edge region of the round blank 1 to be processed in the following work steps.
  • the heating causes heating of the region or zones to be heated to more than 300.degree. C., preferably more than 400.degree ° C reached, but the recrystallization is not reached or just maximum.
  • the blank 1 heated to that extent is supplied to a first chuck 3 with a rotating lower part 4 and a likewise rotating upper part 5, between which the blank 1 is clamped centrally, the respective diameter of the lower part 4 and the upper part 5 being dimensioned in that the blank 1 projects laterally so that the edge region of the blank 1 is thickened by means of at least one forming roller 6, which can be pressed radially against the blank 1, in such a way that a bead 10 develops.
  • Ronde 1 is conveyed to a subsequent further heating device 2, in which the round blank 1 is heated again as well as in the first heating means 2, to then transfer the blank 1 to a subsequent second chuck 7, where the bead 1 0 through another forming roller 6 is processed to a final shape.
  • a lower part 9 and an upper part 8 of the second chuck 7, between which the circular blank 1 is clamped centrally, is smaller in diameter D2 than the diameter D1 of the lower part 4 and the upper part 5 of the first chuck 3.
  • each chuck 3, 7 is associated with a heating device 2.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines einteiligen rotationssymmetrischen Getriebeteils, insbesondere eines Starterkranzes, mit einer kantenseitigen, axial ausgerichtete Zähne aufweisenden Außenverzahnung, wobei der umfängliche Randbereich einer planebenen Ronde (1) aus Stahl zu einem Wulst (10) verdickt wird, in den danach die Außenverzahnung eingebracht wird, ist so ausgebildet, dass vor der Ausbildung des Wulstes (10) die Ronde (1) zumindest in dem zu verformenden Randbereich erwärmt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, sowie eine weitere Vorrichtung zum Anformen eines Wulstes an den umfänglichen Randbereich einer Ronde.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Getriebeteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Getriebeteils, insbesondere eines Starterkranzes, mit einer kantenseiti- gen Außenverzahnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Einteilige rotationssymmetrische Getriebeteile mit einer kantenseitigen Außenverzahnung kommen in unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Vornehmlich finden sie im Automobilbau Verwendung, beispielsweise bei den genannten Starterkränzen.
Aus dem Stand der Technik sind spangebende Fertigungsverfahren bekannt, die jedoch einen hohen Materialeinsatz einerseits erfordern und anderseits nur innerhalb inakzeptabler Zeiten gefertigt werden können. Um hier Abhilfe zu schaffen, ist in der US 5 878 493 A ebenso wie in der DE 10 2007 054 754 A1 vorgeschlagen, den umfänglichen Randbereich einer planebenen Ronde zu einem Wulst zu verdicken, in den anschließend die Außenverzahnung mit axial ausgerichteten Zähnen eingebracht wird. Die Anformung des Wulstes erfolgt mittels mindestens einer Formrolle, die radial gegen die umfängliche Kante der Ronde gedrückt wird, unter Ausbildung des Wulstes.
Als Rondenmaterial kommt üblicherweise ein Stahl mit der Bezeichnung nach DIN C30 oder C35 zum Einsatz, da sich dieser Stahl aufgrund seiner Eigenschaften relativ gut kalt verformen lässt.
Um eine für den Einsatzzweck ausreichende Stabilität zu gewährleisten, ist jedoch eine entsprechende Dimensionierung, d.h. eine entsprechende Dicke der Ronde zwingend, woraus sich ein Einsatzgewicht ergibt, das den steten Forderungen nach einer Gewichtsreduzierung von Bauteilen in Automobilen entgegensteht. Forderungen gehen daher dahin, hinsichtlich ihrer Festigkeit höherwertige Stähle einzusetzen, bevorzugt ein Stahl mit der Bezeichnung nach DIN C50.
Bei Einsatz einer Ronde aus einem solchen Stahl kann diese in ihrer Dicke deutlich reduziert werden, wodurch sich die genannte und geforderte Gewichtsersparnis ergibt.
Allerdings ist dieser Stahl derart hart, dass eine Kaltverformung, zumindest in wirtschaftlich sinnvoller Weise, praktisch nicht möglich ist, so dass bislang da- rauf verzichtet wird, diesen Stahl bei einem gattungsgemäßen Verfahren einzusetzen, um ein rotationssymmetrisches Getriebeteil herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass das herzustellende Getriebeteil gewichtsopti- miert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst. Mithilfe des neuen Verfahrens besteht nun die Möglichkeit auch härtere Stähle als bislang verformen zu können, beispielsweise einen Stahl C50. Auch andere, hinsichtlich ihrer Festigkeit vergleichbare Stähle sind ohne weiteres einsetzbar. Damit wird den gestellten Forderungen genügt, Getriebeteile hinsichtlich ihrer Dimensionierung, insbesondere hinsichtlich ihres Gewichtes, so gering wie möglich herzustellen, bei unveränderter oder verbesserter Belastbarkeit.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Erwärmung der Ronde vor der Ausbildung des Wulstes bis maximal zur Rekristallisationstemperatur, was definitionsgemäß immer noch als Kaltumformen bezeichnet wird.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird die Erwärmung der Ronde zumindest im Randbereich, also in dem Bereich, der anschließend umgeformt wird, induktiv durchgeführt, wozu eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens entsprechend konzipiert ist.
Eine solche Vorrichtung weist mindestens eine Umformstation mit einem Spannfutter auf, in der mittels mindestens einer Formrolle der randseitige Wulst angeformt wird. Vor dieser ersten Umformstation ist eine Einrichtung zur Erwärmung der Ronde angeordnet, beispielsweise eine Induktionsanlage, mit der die Ronde zumindest im umzuformenden Randbereich derart erwärmt wird, dass ein problemloses Formen dieses Randbereiches, ohne besondere me- chanische Belastung der beteiligten Maschinenteile, insbesondere der Formrolle, möglich ist.
Eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist mindestens zwei Spannfutter auf, in denen jeweils die randseitig zu verformende Ronde eingespannt ist, wobei hierzu ein Unterteil und ein Oberteil vorgesehen sind, zwischen denen die Ronde derart eingeklemmt ist, dass sie zusammen mit dem Spannfutter rotiert, während die mindestens eine Formrolle seitlich angreift. Dabei steht die Ronde derart radial über das Spannfutter vor, dass die zugeordnete Formrolle des ersten Spannfutters die Randverdickung vorformt, während die insoweit bearbeitete Ronde nach Übergabe zu dem mindestens einen weiteren Spannfutter weiter in ihrem Randbereich verformt wird, gegebenenfalls so weit, dass der gebildete Wulst das Einbringen einer Außenverzah- nung als Folgeschritt ermöglicht.
Da der Durchmesser der Ronde durch die randseitige Verdickung zunehmend verkleinert wird, ist das erste Spannfutter im Durchmesser größer als das folgende Spannfutter, um so einen gleichen radialen Überstand der Ronde zum Spannfutter zu erreichen, wodurch eine exakte Führung und letztendlich Formgebung gewährleistet ist.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass jedem Spannfutter, das zusammen mit der oder den zugeordneten Formrollen eine Umformstation bil- det, eine Erwärmungsstation vorgeschaltet ist, so dass in jedem Fall die Ronde vor der jeweiligen Verformung bzw. Weiterverformung im Sinne der Erfindung erwärmt wird.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung nochmals beschrieben. Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer schematischen Seitenansicht. In der Figur ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der ein rotationssymmetrisches Getriebeteil, insbesondere ein Starterkranz herstellbar ist, wobei das Getriebeteil nach der Herstellung kantenseitig eine Außenverzahnung aufweist, mit axial ausgerichteten Zähnen. Die Vorrichtung ist als Transferanlage ausgebildet, deren Transferrichtung durch einen Pfeil kenntlich gemacht ist.
Als Halbzeug kommt eine planebene Ronde 1 aus einem hochfesten Stahl, beispielsweise ein C-50-Stahl oder höherwertig, zur Verwendung, der zunächst in einer Erwärmungseinrichtung 2 auf eine Temperatur bis zu oder vorzugsweise unterhalb einer für den eingesetzten Stahl bekannten Rekristallisationstemperatur erwärmt wird. Bei dieser Temperatur erfolgt innerhalb einer Betrachtungszeit eine Rekristallisation. Sie ist nach einer bevorzugten Variante mit 40 - 50 % der absoluten Schmelztemperatur des Stahles abschätzbar. Dabei er- folgt die Erwärmung vorzugsweise induktiv und zwar zweckmäßigerweise in einem in folgenden Arbeitsschritten zu bearbeitenden Randbereich der Ronde 1 .Vorzugsweise wird durch die Erwärmung eine Erwärmung des oder der zu erwärmenden Bereiche(s) auf mehr als 300° C, vorzugsweise mehr als 400° C erreicht, wobei aber die Rekristallisationstemperatur nicht oder gerade maximal erreicht wird.
Unmittelbar anschließend wird die insoweit erwärmte Ronde 1 zu einem ersten Spannfutter 3 gereicht mit einem rotierenden Unterteil 4 und einem gleichfalls rotierenden Oberteil 5, zwischen denen die Ronde 1 zentrisch eingespannt ist, wobei der jeweilige Durchmesser des Unterteiles 4 und des Oberteiles 5 so bemessen ist, dass die Ronde 1 seitlich übersteht, so dass mittels mindestens einer Formrolle 6, die radial gegen die Ronde 1 andrückbar ist, der Randbereich der Ronde 1 derart verdickt wird, dass sich ein Wulst 1 0 herausbildet. Die so umgeformte Ronde 1 wird zu einer nachfolgenden weiteren Erwärmungseinrichtung 2 befördert, in der die Ronde 1 nochmals ebenso erwärmt wird wie in der ersten Erwärmungseinrichtung 2, um die Ronde 1 dann zu einem nachfolgenden zweiten Spannfutter 7 zu übergeben, wo der Wulst 1 0 durch eine weitere Formrolle 6 zu einer Endform bearbeitet wird. Ein Unterteil 9 und ein Oberteil 8 des zweiten Spannfutters 7, zwischen denen die Ronde 1 zentrisch eingespannt ist, ist jeweils im Durchmesser D2 kleiner als die Durchmesser D1 des Unterteiles 4 und des Oberteiles 5 des ersten Spannfutters 3. Dabei ragt die mit dem im Bereich des ersten Spannfutters 3 angeformten Wulst 10 versehene Ronde 1 radial über das Spannfutter 7 hinaus, so dass der Wulst 10 so weit endgefertigt werden kann, dass anschließend die Außenverzahnung eingebracht werden kann, was entweder spanend oder durch ein entsprechendes Formwerkzeug erfolgt.
Je nach Anforderung bzw. Notwendigkeit können mehr oder weniger als die im Beispiel gezeigten Bearbeitungsstationen, umfassend zumindest ein Spannfutter 3, 7 vorgesehen sein, wobei zweckmäßigerweise jedem Spannfutter 3, 7 eine Erwärmungseinrichtung 2 zugeordnet ist.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Herstellung eines einteiligen rotationssymmetrischen Getriebeteils, insbesondere eines Starterkranzes, mit einer kantenseitigen, axial ausgerichtete Zähne aufweisenden Außenverzahnung, wobei der umfängliche Randbereich einer planebenen Ronde (1 ) aus Stahl zu einem Wulst (10) verdickt wird, in den danach die Außenverzahnung eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausbildung des Wulstes (10) die Ronde (1 ) zumindest in dem zu verformenden Randbereich erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wulst (10) in mehreren nacheinander folgenden Schritten angeformt wird,
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor jedem Arbeitsschritt die Ronde (1 ) in dem zu verformenden Randbereich erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung bis zu einer Rekristallationstemperatur der Ronde (1 ) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Fertigstellung des Wulstes (10) die Außenverzahnung spanend oder spanlos eingebracht wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , mit mindestens einem drehbaren Spannfutter (3, 7), bestehend aus einem Unterteil (4) und einem Oberteil (5), zwischen denen die Ronde (1 ) einspannbar ist, und mindestens einer radial dazu verstellbaren Formrolle (6), dadurch gekennzeichnet, dass dem Spannfutter (3, 7) eine Erwärmungseinrichtung (2) zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungseinrichtung (2) als Induktions-Erwärmungseinrichtung ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Spannfuttern (3, 7) jedem Spannfutter (3, 7) eine Erwärmungseinrichtung (2) zugeordnet ist.
9. Vorrichtung zum Anformen eines Wulstes (10) an den umfänglichen
Randbereich einer Ronde (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei drehbare Spannfutter (3, 7) vorgesehen sind, mit jeweils einem Unterteil (4, 9) und einem Oberteil (5, 8), zwischen denen die Ronde (1 ) fest einspannbar ist, wobei jedem Spannfutter (3, 7) mindestens eine radial zustellbare Formrolle (6) zugeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Durchmesser D1 des ersten Spannfutters (3) größer ist als der Durchmesser (D2) des zweiten nachgeordneten Spannfutters (7).
PCT/EP2016/073424 2015-10-01 2016-09-30 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines rotationssymmetrischen getriebeteils WO2017055550A1 (de)

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