DE102005049528A1

DE102005049528A1 - Verfahren zum Herstellen von Schiebemuffen

Info

Publication number: DE102005049528A1
Application number: DE102005049528A
Authority: DE
Original assignee: Profilator GmbH and Co KG
Current assignee: Profilator GmbH and Co KG
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-05-10
Also published as: US20090142153A1; EP1945396A1; CN101291767A; WO2007045610A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Fertigungsstraße zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen von innenverzahnten Werkstücken, insbesondere Schiebemuffen. Angegeben wird ein fertigungstechnisch günstiges Verfahren zum Herstellen einer Schiebemuffe sowie eine Fertigungsstraße zur Durchführung des Verfahrens. Bezüglich des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Zähne des Werkstücks (1) durch Wälzschälen (WS) auf Fertigzahnkontur (6) gebracht werden und anschließend die Zahnflanken und/oder die Zahnstirnflächen mit einem Schneidkantenwerkzeug (H, A) bearbeitet werden sowie bezüglich der Fertigungsstraße wird vorgeschlagen, dass eine Umformvorrichtung zum Erzeugen von mit einer Rohzahnkontur (5) versehenen Zähnen, eine der Umformvorrichtung (U) nachgeordnete Wälzschälvorrichtung (WS) zum Fertigen der Fertigzahnkonturen (6) der Zähne und eine der Wälzschälvorrichtung (WS) nachgeordnete Zahnflanken- und/oder Zahnstirnflächenbearbeitungseinrichtung (H, A) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Schiebemuffen. Schiebemuffen werden in Automobilgetrieben verwendet. Sie besitzen eine Innenverzahnung und außenliegende Umfangsrippen, an denen Schubantriebe angreifen, um die Schiebemuffen im Getriebe axial zu verschieben. Die Innenverzahnung der Schiebemuffen weisen sogenannte Hinterlegungen auf, die im zerspanenden Verfahren hergestellt werden. Darüber hinaus besitzen die Zahnstirnkanten dachartige Abschrägungen, die auch spanabhebend gefertigt werden. Ein übliches Verfahren zur Erzeugung von Hinterlegungen bzw. Abdachungen ist das Schlagmesserfräsverfahren, wie es beispielsweise die DE 102 00 501 4914 beschreibt. Auch die DE 102 00 503 3894 beschreibt ein derartiges Verfahren. Aus der DE 101 13 653 A1 ist es bekannt, mit zwei gegensinnig angetriebenen Einzahnschlagmesserabdachungen an einem außenverzahnten Zahnrad anzubringen. Die Abdachungen an einem innenverzahnten Zahnrad, wie einer Schiebemuffe werden in ähnlicher Weise gefertigt.

Das Herstellen von Hinterlegungen beschreibt beispielsweise die DE 101 16 259 A1 . Dort wird ein mehrzähniges Fräswerkzeug beschrieben, mit welchem die Hinterlegungen trocken in die Zahnflanken eingebracht werden. Es ist aber auch möglich, diese mittelst eines Einzahnschlagmessers einzubringen, wobei die Bewegungsbahn üblicherweise eine Zykloide ist.

Die Innenverzahnung der Schiebemuffe wird beim Stand der Technik durch Räumen erzeugt. Das Räumen ist ein Nassbearbeitungsverfahren. Es ist zudem erforderlich, den zu verzahnenden Rohling zuvor auf eine Kontur zu drehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fertigungstechnisch günstiges Verfahren zum Herstellen einer Schiebemuffe anzugeben.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder Anspruch grundsätzlich eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt und jeder Anspruch mit jedwedem anderen Anspruch kombinierbar ist.

Erfindungsgemäß wird der Rohling im Wälzschälverfahren trocken bearbeitet. Es kann sich dabei um einen unverzahnten Rohling handeln, bevorzugt handelt es sich aber um einen vorverzahnten Rohling. Die Verzahnung des Rohlings besitzt ein Aufmaß von etwa 0,2 mm, welches im Wege des anschließenden Wälzschälens abgetragen wird. Bevorzugt handelt es sich um ein Umformrohling. Das bedeutet, dass der Rohling im Trockenbearbeitungsverfahren durch ledigliches Umformen, beispielsweise im Wege eines Rollverfahrens gefertigt wird. Dies kann auf einer ersten Vorrichtung einer Fertigungsstraße erfolgen. Es ist aber auch vorgesehen, Rohlinge für verschiedene Module, die sich einander ähnlich sind, vorzufertigen. Das jeweilige Modul wird dann im Wälzschälverfahren, d.h. im Wege einer Feinbearbeitung eingearbeitet. Beim Wälzschälverfahren stehen die Achsen von Werkzeugspindel und Werkstückspindel windschief zueinander. Die Achsen besitzen einen Achskreuzwinkel. Es handelt sich um ein kontinuierliches Bearbeitungsverfahren, bei dem das Wälzschälrad auch ins volle Material arbeiten kann. Bevorzugt wird aber ein mit einer Rohzahnkontur vorverzahnter Rohling verwendet. Das Verfahren erfordert besonders steife Maschinen, weshalb das erfindungsgemäße Verfahren auf Werkzeugmaschinen durchgeführt wird, bei denen die Werkzeugspindel und/oder die Werkstückspindel von einem Torque-Motor angetrieben werden. Torque-Motoren sind in der Lage, nicht nur sehr langsam zu drehen, sondern auch bei langsamer Drehzahl sehr hohe Drehmomente aufzubringen, wobei sehr geringe Abweichungen im Wegzeitverhalten der Maschine vorkommen. Dem Wälzschälen kann dann auf einer nachfolgenden Werkzeugmaschine der Fertigungsstraße ein Weiterbearbeitungsschritt folgen. Es handelt sich hierbei bevorzugt um das Einbringen der oben bereits erwähnten Hinterlegungen, Rasttaschen oder dergleichen bzw. um das Anbringen von Abdachungen. Wesentlich ist, dass alle Bearbeitungsschritte, insbesondere auch die Rohlingsfertigung trocken erfolgen können. Die Rohlinge können im Wege eines Kaltumformverfahrens hergestellt werden. Die Kinematik beim Wälzschälen ist dadurch gekennzeichnet, dass Werk- und Schälrad dieselbe Drehrichtung haben. Sie kämmen unter windschiefen Drehachsen miteinander, so dass sie ein "Schraubradgetriebe" bilden. Aufgrund dieser Konstellation bewegt sich die Schneidkante des Schälrades während seiner Drehung in Zahnlückenrichtung des Werkrades und trägt einen Span ab. Somit entfällt die Hubbewegung. Die Leerlaufzeit eines Rückhubes tritt nicht auf. Zu bearbeiten der gesamten Werkradbreite wird der Schälraddrehung eines Axialvorschubs in Richtung der Werkradachse überlagert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 in einer grob schematisierten Schnittdarstellung den Eingriff eines Wälzschälwerkzeuges in ein mit einem Aufmaß vorverzahnten Werkstück 1,

2 ein Blockschaltbild der in einer Fertigungsstraße hintereinander angeordneten Bearbeitungsvorrichtungen,

3 die Draufsicht auf die Stirnseite eines vorverzahnten Rohlings 1,

4 einen Schnitt etwa gemäß der Linie IV-IV in 3 eines fertig bearbeiteten, innenverzahnten Werkstücks.

In der 2 ist das Blockschaltbild einer Fertigungsstraße zur Herstellung von Schiebemuffen dargestellt. U bezeichnet dabei eine Umformvorrichtung, mittelst welcher aus einem im Wesentlichen kreisringförmigen Rohling ein vorverzahntes Werkstück 1 gefertigt wird. Im Wege einer Kaltumformung werden dabei die äußeren Umfangsrippen 7 erzeugt, die dem Angriff von Schubgliedern dienen, mit denen die Schiebemuffe in einem Kraftfahrzeuggetriebe axial verschoben werden kann, um benachbart liegende Zahnräder miteinander drehzukoppeln. In dieser Umformvorrichtung U werden auch die Zähne vorgeformt. Dabei werden die Zähne mit einem Aufmaß auf eine Rohzahnkontur 5 gebracht, die in der 3 dargestellt ist. Diese Rohzahnkontur 5 deckt eine Vielzahl von möglichen Fertigzahnkonturen 6 ab, so dass mit dem auf der Umformvorrichtung gefertigten Rohling unterschiedliche Schiebemuffen gefertigt werden.
Die Fertigzahnkontur 6 wird auf einer der Umformvorrichtung U nachgeordneten Wälzschälvorrichtung WS gefertigt. Die Fertigzahnkontur 6 hängt dabei von der Querschnittskontur der Schneidzähne des Wälzschälwerkzeugs 3 ab. Zur Änderung der Fertigzahnkontur 6 in der Fertigungsstraße muss somit lediglich das Werkzeug 3 ausgetauscht werden. Darüber hinaus müssen die Fertigungsparameter der Maschine geändert werden.
Der Aufbau der verwendeten Wälzschälvorrichtung WS ist in den Zeichnungen nur grob schematisch dargestellt, 1 zeigt ein Werkstück 1, welches eine Innenverzahnung aufweist, wobei die Zähne eine Rohzahnkontur 5 aufweisen. Der Rohling 1 wird von einer nicht dargestellten Werkstückspindel drehangetrieben. Er dreht dabei um die Werkstückdrehachse 2. Die Drehachse 4 des Wälzschälwerkzeugs 3 verläuft windschief zur Drehachse 2 des Werkstückes. Werkzeug 3 und Werkstück 2 werden jeweils von mit einer sogenannten elektronischen Welle miteinander verbundenen Einzelantriebsmotoren angetrieben. Dies erfolgt ohne ein Getriebe. Werkstück 1 und Werkzeug 3 sind direkt über einer Welle mit den sie treibenden Elektromotoren verbunden. Bei den Antriebsmotoren handelt es sich um sogenannte Torque-Motoren. Mit die sen Motoren können Werkstückspindel und Werkzeugspindel in einem im Wesentlichen festen Drehzahlverhältnis kontinuierlich drehangetrieben werden, wobei die Schneidkanten des windschief zum Werkstück 1 stehenden Werkzeug 3 schälend in die Zähne des Werkstücks 1 eingreifen. Während dieser Schälbearbeitung wird das Werkstück 1 in Achsrichtung 2 in Richtung des Pfeiles V vorgeschoben. Bei einer hohen Drehzahl gleicht die Bearbeitung einem Hämmern, wobei sich die Verzahnung, insbesondere Schrägverzahnung des Werkzeuges 3 innerhalb der Verzahnung des Werkstücks 1 abwälzt.
Werkstückspindelmotor und Werkzeugspindelmotor werden von einer nicht dargestellten Synchronisationsregelung angesteuert. Diese Synchronisationsregelung erhält von einem nicht dargestellten Drehgeber Winkelstandsinformationen von der Werkstückspindel und der Werkzeugspindel. Sowohl Werkstückspindel als auch Werkzeugspindel besitzen jeweils einen Drehgeber, der Pulse der Synchronisationsregelung zuleitet. Aus diesen Winkelstandsinformationen werden Wechsel- bzw. Dreh-Antriebsströme erzeugt, um den Werkstückspindelmotor bzw. den Werkzeugspindelmotor anzutreiben. Beide Motoren sind Torque-Motoren. Sie besitzen eine Vielzahl von dem Stator oder dem Rotor in gleichmäßiger Winkelverteilung zugeordnete Wicklungen, die mit jeweils dem Wechsel- oder dem Dreh-Strom bestromt werden und die mit dem Rotor oder dem Stator in gleichmäßiger Winkelverteilung zugeordneten Magneten zusammenwirken, wobei diese Magnete Permanentmagnete sein können. Bei einem Torque-Motor übersteigt die Anzahl der Magnete oder die Anzahl der Wicklungen mindestens zehn. Eine besondere Steifigkeit des Antriebs wird dadurch erreicht, dass die Anzahl der Magnete ungleich der Anzahl der Wicklungen ist. Die Anzahl der Magnete kann kleiner oder größer sein als die Anzahl der Wicklungen. Dies hat bei einer gleichmäßigen Umfangsverteilung der Magnete bzw. der Wicklungen zur Folge, dass jeweils nur ein bis drei Wicklungen jeweils einem Magneten gegenüberliegen. Die übrigen Wicklungen liegen winkelversetzt zu den ihnen zugeordneten Magneten. Die Anzahl der Wick lungen kann größer als 12, 16, 20, 28, 36, 50 oder 72 sein. Die Anzahl der Magnete unterscheidet sich von der Anzahl der Wicklungen um mindestens 2, 4, 8, 12, 18, 24 oder 30.
Der Wälzschälvorrichtung ist zumindest eine Zahnflanken oder Zahnstirnflächenbearbeitungsvorrichtung H, A nachgeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Wälzschälvorrichtung WS zunächst eine Vorrichtung zum Erzeugen von Hinterlegungen oder Rasttaschen H nachgeordnet. Die Funktionsweise einer derartigen Vorrichtung wird von der DE 41 17 365 C1 oder von der DE 42 00 418 C1 oder von der DE 199 33 137 A1 DE beschrieben, weshalb der Inhalt dieser Druckschriften vollinhaltlich in dieser Anmeldung aufgenommen wird. Die Erzeugung von Hinterlegungen erfolgt beispielsweise in einem rotativen Verfahren, bei dem die Werkstückachse und die Werkzeugachse kontinuierlich in einem festen Drehzahlverhältnis drehangetrieben werden. Der Vorschub erfolgt durch eine Überlagerung der Phasenlagenänderung mit einer Abstandsvariation der beiden parallel zueinander angeordneten Achsen der Werkstückspindel und der Werkzeugspindel. Dabei werden die der 4 mit 8 bezeichneten Hinterlegungen in die Zahnflanken eingearbeitet.
Der Hinterlegungsvorrichtung H ist schließlich eine Abdachvorrichtung A nachgeordnet, mit welcher die Stirnflächen der Zähne bearbeitet werden, wie es das US 4,726,720 bzw. die DE 32 40 165 beschreiben. Letztgenannte Anmeldung wird vollinhaltlich mit in diese Anmeldung integriert. Dort werden mit zwei gegensinnig drehangetriebenen Schlagmessern Dachflächen an den Stirnflächen der Zähne erzeugt. Diese sind in der 4 mit der Bezugsziffer 9 angedeutet.
Es ist wesentlich, dass alle Verfahrensschritte der Vorrichtungen U, WS, H und A trocken erfolgen. Die einzelnen Bearbeitungsmaschinen, U, WS, H, A sind mit nicht dargestellten Werkstücktransportvorrichtungen, insbesondere Förderbändern und Pufferspeichern miteinander verbunden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Wälzschälvorrichtung WS, die Vorrichtung zum Erzeugen von Hinterlegungen H und die Vorrichtung zum Abdachen A von einer Maschine ausgebildet, so dass Umspannzeiten für das Werkstück vermindert werden. Der ganze Prozess kann dann auf einer Umformvorrichtung und auf einer Zerspanvorrichtung durchgeführt werden. Die Vorbereitung des Werkstückes muss nicht notwendigerweise durch Umformen erfolgen. Die Rohzahnkontur kann auch durch Vorräumen oder einen anderen geeigneten Prozess erzeugt werden.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims

Verfahren zum Herstellen von innenverzahnten Werkstücken, insbesondere Schiebemuffen, wobei die Zähne des Werkstücks (1) durch Wälzschälen (WS) auf Fertigzahnkontur (6) gebracht werden, und anschließend die Zahnflanken und/oder die Zahnstirnflächen mit einem Schneidkantenwerkzeug (H, A) bearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Wälzschälen (WS) auf die Fertigzahnkontur (6) zu bringenden Werkstücke (1) durch Umformen (U) vorverzahnt werden, wobei die Rohzahnkontur (5) der Zähne des Rohlings mit Aufmaß erzeugt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverzahnung durch ein Vorräumen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohzahnkonturen (5) durch ein Rollverfahren erzeugt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufmaß der Rohzahnkontur (5) 0,1 mm bis 0,3 mm, insbesondere ca. 0,2 mm beträgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflankenbearbeitung (H) und/oder die Stirnflächenbearbeitung (A) mit einem Schlagmesser, insbesondere einem Einzahnschlagmesserwerkzeug oder einem Mehrzahnschlagmesserwerkzeug erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schneidkantenwerkzeug Hinterlegungen, Rasttaschen oder dergleichen und/oder Abdachungen an den Zahnstirnflächen erzeugt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung der Zahnflanken bzw. der Zahnstirnflächen durch ein rotatives Verfahren erfolgt, bei dem das Werkstück kontinuierlich drehangetrieben wird und ein kontinuierlich drehangetriebenes Schneidkantenwerkzeug die Zähne spanabhebend bearbeitet.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Verfahren ausgehend von einem im Wesentlichen unverzahnten ringförmigen Rohling trocken durchgeführt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (2) und/oder die Werkzeugspindel (4) der den Wälzschälschritt (WS) durchführenden Werkzeugmaschine von Torque-Motoren angetrieben werden.
Fertigungsstraße zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine Umformvorrichtung zum Erzeugen von mit einer Rohzahnkontur (5) versehenen Zähne, eine der Umformvorrichtung (U) nachgeordnete Wälzschälvorrichtung (WS) zum Fertigen der Fertigzahnkonturen (6) der Zähne und eine der Wälzschälvorrichtung (WS) nachgeordnete Zahnflanken- und/oder Zahnstirnflächenbearbeitungseinrichtung (H, A).
Fertigungsstraße nach Anspruch 10 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb von Werkzeugspindelachse (4) und Werkstückspindelachse (2) aller spanabhebenden Vorrichtungen und insbesondere der Wälzschälvorrichtung (WS) mit Torque-Motoren erfolgt.