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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Hohlrädern für Fahrzeuggetriebe.
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Das Verfahren des Innen-Drallräumens ist bekannt. Hierbei werden ein oder mehrere Werkstücke, z. B. Hohlräder, direkt aufeinandergelegt und es wird mit einem Räumwerkzeug eine Innenverzahnung, auch als Laufverzahnung bezeichnet, in das Hohlrad eingebracht. Problematisch ist, dass beim Anschnitt sehr hohe Kräfte auf das Hohlrad wirken und dieses dadurch dazu neigt, zu rotieren bis die Räumnadel tief genug eingedrungen ist, um genug Presskraft zu entwickeln. Dies wiederum hat den Nachteil, dass die auf die Flanken der Laufverzahnung des Hohlrads wirkenden Kräfte nicht optimal sind. Da es hier noch Verbesserungsbedarf gibt, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, diese Nachteile zu überwinden und ein entsprechendes Werkzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird ein Druckring zur Verwendung in einer Spannvorrichtung zum Innen-Drallräumen, wobei der Druckring eine Öffnung zum Einführen einer Räumnadel über eine Oberseite davon aufweist, und wobei der Druckring dazu eingerichtet ist, mit einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite auf einem zu bearbeitenden Bauteil in Form eines Hohlrads aufzuliegen. Dabei sind mehrere aus der Unterseite des Druckrings herausragende Stempel gebildet, die entlang seines Radius hintereinander angeordnet und, gleichartig gebildet sind, wobei jeder Stempel eine erste Kante aufweist, die in Richtung des Radius weist, sowie eine der ersten Kante gegenüberliegend angeordnete zweite Kante, wobei die erste Kante derart gebildet ist, dass sie höher ist als die zweite Kante.
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In einer Ausführung ist die maximale Höhe jedes Stempels kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner als 0,6mm.
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In einer Ausführung beträgt der Höhenunterschied zwischen erste Kante und zweiter Kante maximal 0,2mm.
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In einer Ausführung sind die Stempel in einem gleichmäßigen Abstand zueinander angeordnet.
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In einer Ausführung beträgt die Anzahl der Stempel 24, 48, oder mehr.
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In einer Ausführung ist das Material, aus dem der Druckring gebildet ist, härter als das Material des oder der Hohlräder. Alternativ ist mindestens der Bereich des Druckrings, welcher die Stempel aufweist, gehärtet, um härter als das Material des oder der Hohlräder zu sein.
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Ferner wird eine Spannvorrichtung zum Innen-Drallräumen bereitgestellt, aufweisend eine Räumauflage zur Aufnahme mindestens eines Bauteils in Form eines Hohlrads, sowie einen beschriebenen, auf der gegenüberliegenden Seite der Räumauflage angeordneten Druckring, wobei das oder die Hohlräder zwischen Räumauflage und Druckring gespannt werden können.
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In einer Ausführung können mindestens zwei Hohlräder zwischen Räumauflage und Druckring gespannt werden.
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Außerdem wird ein Hohlrad zur Verwendung in einem Getriebe eines Fahrzeugs bereitgestellt, das in der Spannvorrichtung hergestellt wurde.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer Spannvorrichtung zum Innen-Drallräumen gemäß dem Stand der Technik.
- 2 zeigt eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Spannvorrichtung zum Innen-Drallräumen.
- 3 zeigt eine Ansicht eines Druckrings gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des in 3 gezeigten Druckrings.
- 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Stempels des in 3 und 4 gezeigten Druckrings.
- 6 zeigt eine Ansicht einer Oberseite eines Hohlrads mit durch den Druckring eingebrachten Graten gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer Innenverzahnung, der sogenannten Laufverzahnung, von Hohlrädern 20, 21 mittels Drallräumen. Die Hohlräder 20, 21 werden dabei in Fahrzeuggetrieben von z.B. PKWs oder NKWs, insbesondere LKWs und Bussen, aber auch anderen Nutzfahrzeugen verwendet. Die Hohlräder 20, 21 können dabei auch eine Außenverzahnung etc. aufweisen. Dies spielt für die Erfindung keine Rolle. Das Drallräumverfahren ist bekannt. Hierdurch können insbesondere schräg verzahnte Hohlräder 20, 21, die z.B. in Planetengetrieben eingesetzt werden, hergestellt werden. Um die Schräge zu erreichen, wird die Räumnadel nicht nur senkrecht in das mittels Druckring 1 und Räumauflage 3 eingespannte Hohlrad bzw. Hohlräder 20, 21 eingeführt (genauer wird in der Regel die Spannvorrichtung entlang der Räumnadel geführt), sondern die Räumnadel rotiert auch (hat einen Drall). Das heißt, dass zwei gesteuerte Achsen vorhanden sind.
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Bei den bekannten Drallräumverfahren werden ein oder mehrere Hohlräder 20, 21 einzeln oder gestapelt von einem Zuführband auf eine Räumauflage 3 geschoben und ein Druckring 1 auf der Oberseite des obersten Hohlrads 20 (also des dem Druckring 1 am nächsten liegenden Hohlrads 20) angeordnet. Dies ist in 1 als Seitenansicht und in 2 als Schnittansicht gezeigt. Da der Druckring 1 als Ring gebildet ist, also eine durchgehende Öffnung 11 in seiner Mitte aufweist, kann eine Räumnadel eines Drallräumwerkzeugs zunächst im Schleichgang eingeführt werden, so dass die Bauteile, also das eine oder die gestapelten Hohlräder 20, 21 zum Werkzeug zentriert werden. Anschließend werden die Hohlräder 20, 21 zwischen Druckring 1 und Räumauflage 3 gespannt, wobei die Spannung stets so gehalten wird, dass eine gewisse Beweglichkeit insbesondere in radialer Richtung, also eine minimale Ausdehnung des Durchmessers während des Zerspan-Prozesses, gewährleistet sein muss.
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Problematisch ist, dass beim sogenannten Anschnitt der Verzahnung, also dem ersten Eintauchen der Zähne des Drallräumwerkzeugs in den Innendurchmesser des obersten Hohlrads 20, die Zerspankräfte maximal sind. Diese werden ausschließlich auf das oberste Hohlrad 20 ausgeübt. Die wirkenden Zerspankräfte stehen im Verhältnis zur Restzahndicke (RZD) der Räumnadel. Je geringer die RZD ist, desto höher ist die Pressung der Zähne der Räumnadel, und desto höher ist das auf das Bauteil in Drallrichtung wirkende Drehmoment. Das obere Bauteil neigt somit zur Rotation. Bei Hohlrädern mit großem Durchmesser, also z.B. ab 150 mm, Modul und Schrägungswinkel, wird dieser Effekt verstärkt.
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Ziel der Erfindung ist es nun, eine Rotation des Hohlrads 20 zu verringern, und zwar unabhängig von der RZD, wobei eine minimale Ausdehnung des Durchmessers des Hohlrads 20 während der Zerspanung möglich sein muss.
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Um die Rotation des obersten Hohlrads 20 zu verringern, wird nunmehr vorgeschlagen, die aktuell stets glatte, auf der Oberseite des obersten Hohlrads 20 aufliegende Unterseite des Druckrings 1, welche eine Planfläche ist und dadurch eine bestimmte Flächenpressung aufweist, abzuändern.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß, dass die bisher genutzte Planfläche des Druckrings 1 erweitert wird, indem aus der Unterseite des Druckrings 1 in Richtung oberstes Hohlrad 20 herausragende Stempel 10 gebildet werden, wie in 3 bis 5 gezeigt. Das dahinterliegende Konzept ist, dass der Druckring 1 aufgrund der gegen die Drehrichtung ausgerichteten erhöhten Kante 101 jedes Stempels 1 in das obere Hohlrad 20 eintaucht, sobald der Anschnitt gemacht wird, also sobald das Drallräumwerkzeug zum ersten Mal mit dem Hohlrad 20 in Kontakt kommt. Dadurch wird das minimale Verdrehen des Hohlrads 20, also dessen rotatorische Bewegung in Drallrichtung, deutlich verringert, wodurch eine Qualitätssteigerung der gefertigten Laufverzahnung des Hohlrads 20 erzielt wird. Insbesondere ändert sich durch das Verringern der Rotation des obersten Hohlrads 20 der Druck auf die Flanken der Laufverzahnung nicht mehr wie bisher. Somit wird auch das Drallräumwerkzeug nicht mehr so stark belastet und kann länger verwendet werden.
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Vorteilhaft sind die Stempel 10 einstückig aus dem Druckring 1 heraus gebildet, und alle Stempel 10 sind gleichartig gebildet, weisen also dieselbe Form und Höhe h1, h2 auf.
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Die Stempel 10 sind außerdem entlang des Radius des Druckrings 1 hintereinander und in einem Abstand zueinander angeordnet, wie in 3 und 4 zu sehen.
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Ferner sind die Stempel 10 in einer Ausführung in Form eines Sägezahns gebildet. Dabei ist eine Höhe h1 der Kante 101 größer als die Höhe h2 der Kante 102, die ihr gegenüberliegt. Die Höhen h1 und h2 weisen also einen Versatz zueinander auf, wobei Höhenunterschied h1-h2 zwischen erste Kante 101 und zweiter Kante 102 maximal 0,2mm beträgt. Die maximale Höhe der Kanten 101, 102 ist insgesamt sehr gering und liegt im Bereich von deutlich unter einem Millimeter, vorteilhaft in etwa bei 0,5mm. Somit entspricht die Gesamthöhe der Stempel maximal der Höhe h1. Ebenso ist der Versatz minimal, also deutlich geringer als die Höhe h2 der Kante 102, aber groß genug, dass die Kante 101 schräg ist. Eine der Kanten 101, 102 taucht beim Anschnitt in das oberste Hohlrad 20 ein. Vorteilhaft ist dies die Kante 101, 102 welche gegen die Drehrichtung des obersten Hohlrads 20 (und damit auch gegen die Drallrichtung) weist. Weiter vorteilhaft ist das die Kante 101 mit der größeren Höhe (hier h1).
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Selbstverständlich sind die beschriebenen Kanten 101, 102 die Kanten 101, 102 des Stempels 10, die nicht parallel zur Wand des Druckrings 1 sind, sondern im Wesentlichen senkrecht dazu.
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Bei der Auslegung der Stempel 10 sind die zu erreichende Flächenpressung durch die Stempel 10 ebenso wie die durch die Stempel 10 zu erzielende Reibung zwischen Druckring 1 und oberstem Hohlrad 20 in Einklang zu bringen, also die richtige Mischung zu finden. Insbesondere muss die Reibung hoch genug sein, damit ein Durchrutschen des obersten Hohlrads 20 verhindert wird. Die Anzahl der Stempel 10 wird dabei je nach Anwendung gewählt, ebenso wie die Winkel der einzubringenden Laufverzahnung, Breite und Höhe der Stempel 10, Durchmesser der zu bearbeitenden Hohlräder 20, 21, wirkende Kräfte und weitere, für den Prozess zu bestimmende oder festzulegende Parameter. Dabei können bei großen Hohlrädern 20 in Getriebeanwendungen, also Hohlrädern ab ca. 150mm Durchmesser, 24 oder 48 Stempel 10 verwendet werden.
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Die Stempel 10 sind in einer Ausführung in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet.
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Damit sich die Stempel 1 in das Hohlrad 20 eingraben können, ist mindestens dieser Bereich des Druckrings 1 gehärtet (z.B. mittels Randschichthärten) oder besteht aus einem härteren Material als das Hohlrad 20.
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Die Anwendung ist besonders vorteilhaft, je größer der Durchmesser des zu bearbeitenden Hohlrads 20, 21 ist, da die Neigung zur Rotation stärker wird, je größer der Durchmesser des Hohlrads 20, 21 ist.
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Aufgrund der vorgeschlagenen Adaption des Druckrings 1, so dass nunmehr eine Anzahl an Stempeln 10 daraus herausragt und beim Anschnitt im Zerspanprozess in die Oberseite des obersten Hohlrads 20 eintaucht und dadurch ein Verdrehen deutlich reduziert wird, wird die Qualität des obersten Hohlrads 20 verbessert. Außerdem können die Werkzeuge (Räumnadeln), welche aktuell bereits vor Ende ihrer Standzeit aussortiert werden, bis zum maximalen Ende der Standzeit der Räumnadel genutzt werden. Auch ist die benötigte Ausdehnung des Durchmessers weiterhin möglich.
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Nach dem Zerspanprozess befinden sich auf der Oberseite, also der oberen Planfläche, des oberen Hohlrades 20, also der Auflagefläche des Druckrings 1 Grate 201 aufgrund des Eintauchens der Sägezähne, wie in 6 dargestellt. Diese können in einem der nachfolgenden Prozesse, z.B. beim Entgraten der Laufverzahnung, ebenfalls behandelt und verringert werden.
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Aufgrund des geänderten Spannkonzepts, d.h. der Anbringung von schrägen Stempeln 10 an der Druckseite des Spannmittels, wird die Qualität der Laufverzahnung auch bei schlecht bewerteten Werkzeugen, also solchen mit geringer RZD, beibehalten. Dadurch besteht die Möglichkeit, bereits aussortierte Werkzeuge, welche eine geringe RZD besitzen, aber noch nicht am Ende ihrer Standzeit sind, weiterhin einzusetzen. Die Nutzbarkeit der Räumnadeln wird dadurch erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckring
- 10
- Stempel
- 101
- erste, höhere Kante
- 102
- zweite Kante
- h1
- Höhe erste Kante
- h2
- Höhe zweite Kante
- 11
- Oberseite mit Öffnung für Räumnadel
- 20, 21
- Bauteil, Hohlrad
- 201
- Grat, Einkerbung
- 3
- Räumauflage
