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Die Erfindung betrifft ein Herstellverfahren zu einer Herstellung eines Spiralkegelrads.
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Aus der
DE 38 26 029 A1 ist bereits ein Herstellverfahren zu einer Herstellung eines Spiralkegelrads bekannt, bei dem eine Spiralverzahnung in einem Härtungsvorgang gehärtet und nach dem Härtungsvorgang in einem Hartbearbeitungsvorgang durch einen als ein Schälwälzfräsen ausgebildeten Hartbearbeitungsschritt feinbearbeitet wird.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Spiralverzahnung mit hoher Qualität kostengünstig herzustellen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein Herstellverfahren zu einer Herstellung eines Spiralkegelrads, insbesondere eines Spiralkegelrads eines Nutzkraftfahrzeugs, vorgeschlagen, bei dem eine Spiralverzahnung in einem Weichbearbeitungsvorgang durch ein kontinuierlich teilendes Wälzverfahren in einem Zweiflankenschnitt mittels eines einteiligen Messerkopfs in einen Rohling eingebracht, in einem Härtungsvorgang gehärtet und nach dem Härtungsvorgang in einem Hartbearbeitungsvorgang durch einen als ein Schälwälzfräsen ausgebildeten Hartbearbeitungsschritt feinbearbeitet wird. Durch das Einbringen der Spiralverzahnung mittels des einteiligen Messerkopfs in einem ungehärteten Zustand kann die Spiralverzahnung besonders wirtschaftlich bereitgestellt werden. Durch das Schälwälzfräsen der Spiralverzahnung in einem gehärteten Zustand kann diese mittels des einteiligen Messerkopfs eingebrachte Spiralverzahnung besonders genau abgebildet werden. Es kann insbesondere auf ein Läppen der in dieser Art eingebrachten Spiralverzahnung nach dem Härtungsvorgang verzichtet werden, wodurch die Herstellung des Spiralkegelrads mit einer in dieser Art eingebrachten Spiralverzahnung vereinfacht werden kann. Dadurch kann eine Prozesssicherheit erhöht werden, wodurch auf ein Testen nach der Feinbearbeitung verzichtet werden kann. Durch das Feinbearbeiten der gehärteten Spiralverzahnung mittels des Schälwälzfräsens kann eine Geräuschentwicklung und/oder ein Anlaufverschleiß des die in dieser Art eingebrachte Spiralverzahnung aufweisenden Spiralkegelrads reduziert werden. Weiter kann durch das Feinbearbeiten der gehärteten Spiralverzahnung mittels des Schälwälzfräsens ein die in dieser Art eingebrachte Spiralverzahnung aufweisendes Spiralkegelrad bereitgestellt werden, dessen Lebensdauer und Leistungsübertragung erhöht ist. Dadurch kann eine Herstellung einer Spiralverzahnung, die durch ein kontinuierlich teilendes Wälzverfahren in einem Zweiflankenschnitt mittels eines einteiligen Messerkopfs eingebracht wird, vereinfacht werden, wodurch eine Spiralverzahnung mit hoher Qualität kostengünstig hergestellt werden kann. Unter einem „Spiralkegelrad” soll insbesondere ein spiralverzahntes Kegelrad verstanden werden, wobei das Kegelrad vorzugsweise als ein Antriebsrad oder als ein Tellerrad ausgebildet ist, die vorteilhaft gemeinsam eine Kegelradpaarung ausbilden. Vorzugsweise ist das Spiralkegelrad als ein montagefertiges Spiralkegelrad ausgebildet. Unter einem „Weichbearbeitungsvorgang” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, in dem ein Rohling zur Herstellung des Spiralkegelrads in einem ungehärteten Zustand durch zumindest einen Welchbearbeitungsschritt bearbeitet wird. Unter einem „Härtungsvorgang” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, in dem der die Spiralverzahnung aufweisende Rohling zur Herstellung des Spiralkegelrads durch zumindest einen Härtungsschritt gehärtet wird. Unter einem „Hartbearbeitungsvorgang” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, in dem der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende Rohling zur Herstellung des Spiralkegelrads in einem gehärteten Zustand durch zumindest einen Hartbearbeitungsschritt bearbeitet wird. Vorzugsweise wird zur Einbringung der Spiralverzahnung in dem Weichbearbeitungsvorgang der Rohling gewälzt. Vorteilhaft sind auf dem einteiligen Messerkopf mehrere die Spiralverzahnung einbringende Schneidmesser angeordnet, die jeweils ein sphärisches Profil aufweisen, die vorzugsweise eine Höhenballigkeit der Spiralverzahnung erzeugen. Eine Längsballigkeit der Spiralverzahnung wird vorzugsweise durch eine Messerkopfneigung des einteiligen Messerkopfs erzeugt. Vorzugsweise wird die Spiralverzahnung in dem Weichbearbeitungsvorgang durch ein sogenanntes Spiroflex-Verfahren in den Rohling eingebracht. Unter einem „Feinbearbeiten” soll insbesondere ein Hartbearbeitungsschritt in dem Hartbearbeitungsvorgang verstanden werden, wodurch vorzugsweise Härteverzüge entfernt werden. Das Feinbearbeiten ist vorteilhaft als ein Nachverzahnen ausgebildet. Vorzugsweise erfolgt das Feinbearbeiten in dem Hartbearbeitungsvorgang durch ein kontinuierliches Verfahren. Das Feinbearbeiten in dem Hartbearbeitungsvorgang erfolgt vorteilhaft durch ein Verfahren, das dem kontinuierlich teilenden Wälzverfahren, durch das die Spiralverzahnung in dem Weichbearbeitungsvorgang eingebracht wird, entspricht.
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Weiter wird für das Herstellverfahren vorgeschlagen, dass mittels des einteiligen Messerkopfs die Spiralverzahnung mit einer konstanten Zahnhöhe und einer verlängerten Epizykloide als Flankenlängslinie eingebracht wird, wodurch eine besonders vorteilhafte Spiralverzahnung bereitgestellt werden kann. Unter einer „konstanten Zahnhöhe” soll insbesondere eine Zahnflankengeometrie der Spiralverzahnung verstanden werden, bei der ein Kopfkegelwinkel und ein Fußkegelwinkel gleich groß sind, so dass die Zahnhöhe über eine Zahnbreite konstant ist.
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Ferner wird für das Herstellverfahren vorgeschlagen, dass die Spiralverzahnung mittels Stabmessern feinbearbeitet wird. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Feinbearbeitung realisiert werden. Vorzugsweise sind die Stabmesser auf einem einteiligen Messerkopf angeordnet. Der Messerkopf ist vorteilhaft als ein Stirnmesserkopf ausgebildet. Eine Anzahl von Messergruppen ist vorzugsweise unerheblich. Die Stabmesser weisen vorteilhaft eine geometrisch definierte Schneide auf, durch die vorzugsweise in dem als das Schälwälzfräsen ausgebildeten Hartbearbeitungsschritt kontinuierlich die Spiralverzahnung nachverzahnt wird. Vorteilhaft wird der einteilige Messerkopf, der in dem Weichbearbeitungsvorgang zum Einbringen der Spiralverzahnung verwendet wird, ebenfalls zur Feinbearbeitung der Spiralverzahnung in dem Hartbearbeitungsvorgang verwendet.
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Insbesondere ist es für das Herstellverfahren vorteilhaft, wenn die Spiralverzahnung mittels der Stabmesser, die ein gemeinsames Zentrum aufweisen, feinbearbeitet wird, wodurch die Feinbearbeitung weiter verbessert werden kann.
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Weiter wird ein Spiralkegelrad, insbesondere eines Nutzkraftfahrzeugs, das eine Spiralverzahnung mit einer konstanten Zahnhöhe als Zahnflankengeometrie und eine verlängerte Epizykloide als Flankenlängslinie aufweist, wobei die Spiralverzahnung durch ein kontinuierlich teilendes Wälzverfahren in einem Zweiflankenschnitt mittels eines einteiligen Messerkopfs eingebracht und in einem gehärteten Zustand mittels eines Schälwälzfräsens feinbearbeitet ist, vorgeschlagen. Dadurch kann ein geräuscharmes und langlebiges Spiralkegelrad bereitgestellt werden, das eine hohe Leistungsübertragung und einen geringen Anlaufverschleiß aufweist. Vorzugsweise ist das Spiralkegelrad durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren hergestellt. Das Spiralkegelrad ist vorteilhaft als ein Spiroflex-weichverzahntes Spiralkegelrad ausgebildet.
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Außerdem wird eine Herstellvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Herstellverfahrens vorgeschlagen, wodurch ein besonders geräuscharmes und langlebiges Spiralkegelrad mit einer besonders vorteilhaften Spiralverzahnung kostengünstig bereitgestellt werden kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine Prozesskette eines erfindungsgemäßen Herstellverfahrens zu einer Herstellung eines erfindungsgemäßen Spiralkegelrads und
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2 einen Messerkopf einer erfindungsgemäßen Herstellvorrichtung zu einer Feinbearbeitung einer Spiralverzahnung des Spiralkegelrads.
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Die 1 zeigt schematisch eine Prozesskette eines Herstellverfahrens zu einer Herstellung eines Spiralkegelrads 10 eines Nutzkraftfahrzeugs. Durch das Herstellverfahren kann ein als ein Antriebskegelrad ausgebildetes Spiralkegelrad 10 einer Spiralkegelradpaarung und/oder ein als ein Tellerrad ausgebildetes Spiralkegelrad 10 der Spiralkegelradpaarung hergestellt werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Herstellung des als das Antriebskegelrad ausgebildeten Spiralkegelrads 10 beschrieben. In dem Herstellverfahren wird ein Rohling 13 in eine Verfahrensrichtung 18 durch mehrere Verfahrensschritte zur Herstellung des Spiralkegelrads 10 bearbeitet. Der Rohling 13 wird nacheinander in einem Weichbearbeitungsvorgang 11, in einem Härtungsvorgang 14 und in einem Hartbearbeitungsvorgang 15 bearbeitet, wobei das Spiralkegelrad 10 nach dem Hartbearbeitungsvorgang 15 fertiggestellt ist. Der Rohling 13 wird zuerst in dem Weichbearbeitungsvorgang 11 in einem ungehärteten Zustand bearbeitet, danach in dem Härtungsvorgang 14 gehärtet und anschließend in dem Hartbearbeitungsvorgang 15 in einem gehärteten Zustand bearbeitet. Nach dem Hartbearbeitungsvorgang 15 folgt als letzter Verfahrensschritt ein Waschvorgang 19, wodurch das Spiralkegelrad 10 montagefertig ausgebildet ist.
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Der Weichbearbeitungsvorgang 11 weist vier Weichbearbeitungsschritte 20, 21, 22, 23 auf, die in die Verfahrensrichtung 18 ausgehend von dem Weichbearbeitungsschritt 20 hintereinander durchgeführt werden, wobei der Weichbearbeitungsschritt 23 als ein letzter Weichbearbeitungsschritt in dem Weichbearbeitungsvorgang 11 ausgebildet ist. In dem Weichbearbeitungsschritt 20 wird eine Kontur des Spiralkegelrads 10 gedreht. In dem Weichbearbeitungsschritt 21 erfolgt ein Gewindedrehen. In dem Weichbearbeitungsschritt 22 wird eine Steckverzahnung gefräst. In dem Weichbearbeitungsschritt 23 wird eine Spiralverzahnung in den Rohling 13 eingebracht. Die Spiralverzahnung des Spiralkegelrads 10 wird in dem Weichbearbeitungsschritt 23 hergestellt. In dem Weichbearbeitungsschritt 23 wird der Rohling 13 weichverzahnt. Die Spiralverzahnung wird in dem Weichbearbeitungsschritt 23 in den ungehärteten Rohling 13 eingebracht. In dem Weichbearbeitungsschritt 23 des Weichbearbeitungsvorgangs 11 wird die Spiralverzahnung durch ein kontinuierlich teilendes Wälzverfahren in einem Zweiflankenschnitt mittels eines einteiligen Messerkopfs 12 in den Rohling 13 eingebracht (vgl. 2). In dem Weichbearbeitungsschritt 23 wird mittels des einteiligen Messerkopfs 12 die Spiralverzahnung mit einer konstanten Zahnhöhe und einer verlängerten Epizykloide als Flankenlängslinie eingebracht. Der einteilige Messerkopf 12 bringt eine Spiralverzahnung mit einer konstanten Zahnhöhe und einer verlängerten Epizykloide als Flankenlängslinie in den Rohling 13 ein. Der Messerkopf 12 ist ungeteilt ausgeführt. Der Rohling 13 wird in dem Weichbearbeitungsschritt 23 gewälzt. Die Spiralverzahnung wird in dem Weichbearbeitungsschritt 23 mittels mehrerer Stabmesser 17, die jeweils ein sphärisches Profil aufweisen und um ein gemeinsames Zentrum auf dem einteiligen Messerkopf 12 angeordnet sind, eingebracht. Diese Stabmesser 17 erzeugen in dem Weichbearbeitungsschritt 23 eine Höhenballigkeit der Spiralverzahnung. Eine Messerkopfneigung des einteiligen Messerkopfs 12 erzeugt eine Längsballigkeit der Spiralverzahnung in dem Weichbearbeitungsschritt 23. Die Spiralverzahnung wird in dem Weichbearbeitungsschritt 23 durch ein sogenanntes Spiroflex-Verfahren in den Rohling 13 eingebracht. Die Spiralverzahnung wird durch das Spiroflex-Verfahren vor dem Härten eingebracht. Bei der Herstellung des als das Tellerrad ausgebildeten Spiralkegelrads 10 entfallen die Weichbearbeitungsschritte 21, 22.
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In dem Härtungsvorgang 14 wird eine Stoffeigenschaft verändert. Der Härtungsvorgang 14 weist einen Härtungsschritt 24 und einen Bearbeitungsschritt 25 auf, die in die Verfahrensrichtung 18 ausgehend von dem Härtungsschritt 24 hintereinander durchgeführt werden. Der Bearbeitungsschritt 25 ist als ein letzter Verfahrensschritt in dem Härtungsvorgang 14 ausgebildet. In dem Härtungsschritt 24 erfolgt ein Einsatzhärten, in dem ein Aufkohlen, ein Härten und anschließend ein Anlassen des die Spiralverzahnung aufweisenden Rohlings 13 erfolgt. Nach dem Härtungsschritt 24 weist der die Spiralverzahnung aufweisende Rohling 13 einen weichen und zähen Kern, aber eine harte Oberfläche auf. In dem darauffolgenden Bearbeitungsschritt 25 erfolgt ein Richten des durch das Einsatzhärten gehärteten Rohlings 13, wodurch eine Maßhaltigkeit verbessert wird.
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Der Hartbearbeitungsvorgang 15 weist drei Hartbearbeitungsschritte 26, 16, 27 auf, die in die Verfahrensrichtung 18 ausgehend von dem Hartbearbeitungsschritt 26 hintereinander durchgeführt werden, wobei der Hartbearbeitungsschritt 27 als ein letzter Hartbearbeitungsschritt in dem Hartbearbeitungsvorgang 15 ausgebildet ist. Der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende Rohling 13 wird zuerst durch den Hartbearbeitungsschritt 26, dann durch den Hartbearbeitungsschritt 16 und anschließend durch den Hartbearbeitungsschritt 27 hartbearbeitet. In dem Hartbearbeitungsschritt 26 erfolgt ein Schleifen. Der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende Rohling 13 wird in dem Hartbearbeitungsschritt 26 geschliffen. In dem Hartbearbeitungsschritt 26 werden Lagersitze geschliffen. In dem Hartbearbeitungsschritt 16 erfolgt eine Feinbearbeitung, wodurch Härteverzüge entfernt werden. Der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende Rohling 13 wird in dem Hartbearbeitungsschritt 16 nachverzahnt. Der Hartbearbeitungsschritt 16 ist als Schälwälzfräsen ausgebildet. Der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende Rohling 13 wird nach dem Härtungsvorgang 14 in dem Hartbearbeitungsvorgang 15 durch den als Schälwälzfräsen ausgebildeten Hartbearbeitungsschritt 16 feinbearbeitet. In dem Hartbearbeitungsschritt 16 wird der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende Rohling 13 zur Nachverzahnung schälwälzgefräst. Er wird in dem Hartbearbeitungsschritt 16 zur Feinbearbeitung hartgeschält. Nach dem Hartbearbeitungsschritt 16 erfolgt in dem Hartbearbeitungsschritt 27 ein Festigkeitsstrahlen. Der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende Rohling 13 wird in dem Hartbearbeitungsschritt 27 festigkeitsgestrahlt. In dem Hartbearbeitungsschritt 27 werden Druckeigenspannungen, vor allem in einem Zahnfuß zur Erhöhung einer Zahnfußfestigkeit, eingebracht. Durch das Festigkeitsstrahlen nach dem Feinbearbeiten in dem als das Schälwälzfräsen ausgebildeten Hartbearbeitungsschritt 16 bricht eine Oberflächenstruktur, wodurch eine Geräuschentwicklung reduziert wird. Grundsätzlich kann das Festigkeitsstrahlen zusätzlich oder alternativ zu dem Festigkeitsstrahlen nach dem Hartbearbeitungsschritt 16 auch nach dem Bearbeitungsschritt 25 in dem Härtungsvorgang 14 erfolgen, wodurch das Festigkeitsstrahlen als ein letzter Verfahrensschritt in dem Hätungsvorgang 14 ausgebildet ist.
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Zur Durchführung des als Schälwälzfräsen ausgebildeten Hartbearbeitungsschritts 16 wird der einteilige Messerkopf 12 mit den Stabmessern 17 verwendet. Der einteilige Messerkopf 12 wird somit in dem Weichbearbeitungsvorgang 11 und dem Hartbearbeitungsvorgang 15 verwendet. Er wird zur Einbringung der Spiralverzahnung in dem Weichbearbeitungsschritt 23 und zur Feinbearbeitung in dem Hartbearbeitungsschritt 16 verwendet. Die Spiralverzahnung wird mittels der Stabmesser 17, die das gemeinsame Zentrum aufweisen, in dem Hartbearbeitungsschritt 16 feinbearbeitet. Der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende Rohling 13 wird mittels der Stabmesser 17 in dem Hartbearbeitungsschritt 16 nachverzahnt. Die Feinbearbeitung in dem Hartbearbeitungsschritt 16 erfolgt durch das kontinuierlich teilende Wälzverfahren, das zur Einbringung der Spiralverzahnung in dem Weichbearbeitungsschritt 23 angewendet wird. Der Rohling 13 wird zur Herstellung des Spiralkegelrads 10 durch das kontinuierlich teilende Wälzverfahren in dem Zweiflankenschnitt mittels des einteiligen Messerkopfs 12 weichbearbeitet und nach dem Härten hartbearbeitet. Die Spiralverzahnung wird in dem Hartbearbeitungsschritt 16 kontinuierlich durch das Schälwälzfräsen nachverzahnt.
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Bei dem als Schälwälzfräsen ausgebildeten Hartbearbeitungsschritt 16 wird der einteilige Messerkopf 12 und der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende Rohling 13 rotierend angetrieben. Der einteilige Messerkopf 12 wird dabei um eine einzige Rotationsachse notierend angetrieben. Nach dem als Schälwälzfräsen ausgebildeten Hartbearbeitungsschritt 16 wird der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende und nachverzahnte Rohling 13 in dem Hartbearbeitungsschritt 27 zur Erhöhung der Dauerfestigkeit festigkeitsgestrahlt. Nach dem Festigkeitsstrahlen in dem Hartbearbeitungsschritt 27 wird der die gehärtete Spiralverzahnung aufweisende und nachverzahnte Rohling 13 in dem Waschvorgang 19 gewaschen, wodurch das Spiralkegelrad 10 montagefertig ist. Zur Herstellung des Spiralkegelrads 10 wird der Rohling 13 somit zuerst in dem ungehärteten Zustand bearbeitet, wobei die Spiralverzahnung eingebracht wird, daraufhin gehärtet und anschließend in dem gehärteten Zustand bearbeitet, wobei die Spiralverzahnung durch das Schälwälzfräsen feinbearbeitet und damit nachverzahnt wird. Bei der Herstellung des als das Tellerrad ausgebildeten Spiralkegelrads 10 erfolgt in dem Hartbearbeitungsschritt 26 ein Hartdrehen einer Rückseite und daraufhin das Schälwälzfräsen zur Feinbearbeitung.
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Durch das Herstellverfahren weist das Spiralkegelrad 10 des Nutzkraftfahrzeugs die Spiralverzahnung mit der konstanten Zahnhöhe als Zahnflankengeometrie und der verlängerten Epizykloide als Flankenlängslinie auf, die durch das kontinuierlich teilende Wälzverfahren in dem Zweiflankenschnitt mittels des einteiligen Messerkopfs 12 eingebracht und in einem gehärteten Zustand mittels des Schälwälzfräsens feinbearbeitet ist. Das Spiralkegelrad 10 weist eine durch das sogenannte Spiroflex-Verfahren hergestellte Spiralverzahnung auf, die in dem gehärteten Zustand mittels des Schälwälzfräsens feinbearbeitet ist. Eine Herstellvorrichtung zur Durchführung des Herstellverfahrens und damit zur Herstellung des Spiralkegelrads 10 ist teilweise in der 2 dargestellt. Die 2 zeigt den einteiligen Messerkopf 12 der Herstellvorrichtung. Auf dem einteiligen Messerkopf 12 sind die Stabmesser 17 um ein gemeinsames Zentrum angeordnet. Der einteilige Messerkopf 12 weist eine einzige Rotationsachse auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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