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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines ringförmigen Teiles mit Innenverzahnung,
insbesondere einer Schiebemuffe, nach dem Oberbegriff des
Patenanspruches 1.
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Aus der DE 198 20 645 A1 geht ein Verfahren hervor, bei dem
der Muffenkörper einer Schiebemuffe im spanlosen
Formgebungsprozess aus Blech mit einem Absatz am Außenumfang
und mit einer Innenverzahnung am Innenumfang einstückig
hergestellt wird. Die Schaltgabelführung weist die Form von
zwei Ringen auf, die am Absatz fixiert sind. Ein Problem einer
derartigen Herstellung besteht darin, dass der
Formgebungsprozess vergleichsweise aufwendig und daher teuer
ist. Dies gilt ebenso für an sich bekannte spanabhebende
Herstellungsverfahren.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein
Verfahren zu schaffen, mit dem ein ringförmiges Teil mit
Innenverzahnung, insbesondere eine Schiebemuffe, relativ
einfach und daher kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst.
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Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass das
erfindungsgemäße Verfahren erstmalig die Herstellung von
Ringteilen mit Innenverzahnung, insbesondere von Schiebemuffen
durch Querfließpressen ermöglicht. Vorteilhafter Weise können
dabei gleichzeitig die Geradeverzahnung sowie die seitlich
daran anschließenden Dachformen der Innenverzahnung
hergestellt werden. Aufwendige Verfahrensschritte, wie sie bei
der Herstellung derartiger Ringteile mit Innenverzahnung durch
ein Rollverfahren erforderlich sind (getrennte Schritte zur
Herstellung der Geradeverzahnung sowie der Dachverzahnungen)
können daher entfallen. Ebenso sind die bekannten,
nachteiligen Verfahrensschritte einer spanabhebenden Technik
nicht erforderlich.
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Vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren zum
Querfließpressen automatisch auf einer entsprechend
gestalteten Querfließpresseinrichtung erfolgen, der die
entsprechend dimensionierten Ausgangsringteile zugeführt
werden.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung werden in einer weiteren
Presseinrichtung in die Innenverzahnung Hinterschnitte
eingebracht, wie sie beispielsweise bei Schiebemuffen üblich
sind. Das Einbringen dieser Hinterschnitte kann dabei wieder
vergleichsweise einfach und automatisch erfolgen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen hervor.
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Im folgenden werden die Erfindungen und deren Ausgestaltungen
im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 die Ansicht einer nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Schiebemuffe von der
Stirnseite her;
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Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Schnittes II-
II in Umfangsrichtung durch zwei benachbarte
Zähne der Innenverzahnung;
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Fig. 3 eine Ansicht von oben in Längsrichtung auf einen
Teilbereich eines Zahnes der Innenverzahnung;
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Fig. 4 eine Seitenansicht der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Schiebemuffe gemäß Fig. 1;
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Fig. 5 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Ausgangsringteil zur Herstellung eines
Ringteiles mit Innenverzahnung;
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Fig. 6A in schematischer Darstellung eine
Querfließpresseinrichtung zur Ausführung des
Querfließpressschrittes zur Herstellung der
Innenverzahnung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren, wobei der Zustand vor dem
Querfließpressen dargestellt ist;
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Fig. 6B die Querfließpresseinrichtung der Fig. 6A,
wobei der Zustand nach dem Querfließpressen
dargestellt ist; und
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Fig. 7, 8 eine weitere Presseinrichtung zur Herstellung
wenigstens einer Hinterschneidung in den
Zahnteilen der Innenverzahnung gemäß einer
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Fig. 8 eine Weiterbildung der Erfindung.
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Zu der Erfindung führten die folgenden Überlegungen. Zur
Herstellung eines Ringteiles mit Innenverzahnung,
beispielsweise einer Schiebemuffe gemäß den Fig. 1 bis 4,
können die beim Stand der Technik aufwendigen
Verfahrensschritte vermieden werden, wenn das Ringteil mit
Innenverzahnung durch Querfließpressen hergestellt wird.
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Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine nach dem vorliegenden
Verfahren hergestellte Schiebemuffe 1. Im wesentlichen besteht
diese Schiebemuffe 1 aus einem ringförmigen Körper 3, an den
die einzelnen, in axialer Richtung verlaufenden Zahnteile 5
einer Innenverzahnung angeformt sind. Außenseitig kann der
Körper 3 ringförmige Schaltvorsprünge 7 aufweisen, die in
axialer Richtung der Schiebemuffe 1 voneinander beabstandet
sind und eine Verschiebung der Schiebemuffe 1 in axialer
Richtung ermöglichen. Diese Schaltvorsprünge werden
beispielsweise durch eine spanabhebende Operation hergestellt.
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Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt II-II in Umfangsrichtung durch
zwei benachbarte Zahnteile 5 der Fig. 1. Die Fig. 3 zeigt im
Schnitt einen Teilbereich einer Ansicht III-III von oben auf
ein Zahnteil 5. Es ist erkennbar, dass jedes Zahnteil 5
stirnseitig zwei seitliche Schrägen 9' und eine nach innen zu
und nach oben verlaufende Schräge 9" aufweist. Diese Schrägen
9' und 9" dienen beim Einschieben der Schiebemuffe 1 in die
Längsverzahnung (Keilnuten) einer nicht dargestellten Welle
als sogenannte Einfahrschrägen. In der aus der Fig. 3
ersichtlichen Weise können die Zahnteile 5 Hinterschneidungen
11 aufweisen, die zu Schaltzwecken dienen.
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Das Ausgangsringteil 10 liegt in der Form eines geschmiedeten
Ringrohlings vor, der vorzugsweise gestrahlt und geglüht ist.
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Gemäß Fig. 6A wird das Ausgangsringteil 10, in eine
Formfließpresseinrichtung 90 eingelegt, die im wesentlichen
aus einem eine Innenbohrung 12 aufweisenden Matrizenteil 13,
einer darin angeordneten Hülsenstempeleinrichtung, die ein
oberes Hülsenstempelteil 15 und ein unteres Hülsenstempelteil
17 umfasst, und einer Innenstempeleinrichtung besteht, die ein
oberes Innenstempelteil 19 und ein unteres Innenstempelteil 21
aufweist. Das obere Innenstempelteil 19 und das untere
Innenstempelteil 21 sind in einer Bohrung 20 des oberen
Hülsenstempels 15 und einer Bohrung 18 des unteren
Hülsenstempels 17 in axialer Richtung bewegbar. Im
geschlossenen Zustand bilden das obere Innenstempelteil 19 und
das untere Innenstempelteil 21 in der Umfangsrichtung
nebeneinander angeordnete Hohlräume 27, in denen beim
Fließpressvorgang die einzelnen Zahnteile 5 der
Innenverzahnung hergestellt werden. Das obere Innenstempelteil
19 und das untere Innenstempelteil 21 greifen im geschlossenen
Zustand über eine Verzahnung 23 ineinander ein, die eine
exakte Ausrichtung des oberen Innenstempelteils 19 und des
unteren Innenstempelteils 21 in der axialen Richtung und vor
allem auch in der Umfangsrichtung zueinander bewirken, sodass
im geschlossen Zustand die genannten Hohlräume 27 durch
Aneinandersetzen von Teilhohlräumen 27', 27" exakt gebildet
werden. Jeder Hohlraum 27 besteht nämlich in axialer Richtung
gesehen aus einem ersten Teilraum 27', der in dem unteren
Innenstempelteil 21 angeordnet ist, und einem daran
anschließenden zweiten Teilraum 27", der in dem oberen
Innenstempelteil 19 vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist der Hohlraum 27 zwischen dem oberen
Innenstempelteil 19 und dem unteren Innenstempelteil 21 so
aufgeteilt, dass der erste Teilraum 27' zur Ausbildung einer
Dachverzahnung 9', 9" eines Zahnteiles 5 und der zweite
Teilraum 27" zur Ausbildung der Geradverzahnung und der
anderen Dachverzahnung des Zahnteiles 5 der Innenverzahnung
dient. Dies hat den Vorteil, dass beim Querfließpressen ein
möglicher Grat nicht im Bereich der Geradverzahnung, sondern
am Übergang Dachverzahnung/Geradverzahnung entsteht, wo später
in der weiter unten erläuterten Weise eine Hinterschneidung
erzeugt wird.
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Die ringförmigen Druckflächen 16 des oberen
Hülsenstempelteiles 15 und des unteren Hülsenstempelteiles 17
verlaufen quer zur Längsachse LA der Formfließpresseinrichtung
90.
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Gemäß Fig. 5 wird bei der Herstellung eines vorliegenden
Ringteiles 1 mit Innenverzahnung, beispielsweise einer
Schiebemuffe, von einem Ausgangsringteil 10 ausgegangen, das
einen Innendurchmesser Di, einen Außendurchmesser Da, eine
radiale Dicke D und eine axiale Länge L1 aufweist. Durch die
gepunkteten Linien ist in der Fig. 5 diejenige Länge L2
angedeutet, auf die das Ausgangsringteil 10 beim
Formfließprozess verkürzt wird, wobei das dabei verdrängte
Materialvolumen in den Hohlraum 27 fließt, um die Zahnteile 5
der Innenverzahnung zu bilden, wie dies nachfolgend im
Zusammenhang mit der Fig. 6B noch näher erläutert wird.
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Mit der beschriebenen Formfließpresseinrichtung 90 wird in der
folgenden Weise gearbeitet. Zunächst wird das Ausgangsringteil
10 der Fig. 5 zwischen das obere Hülsenstempelteil 15 und das
untere Hülsenstempelteil 17 eingelegt, sodass die ringförmigen
Druckflächen 16 derselben an der oberen bzw. unteren
Stirnseite des Ausgangsringteiles 10 zur Anlage gelangen
können. Dabei werden oder sind bereits die Innenstempelteile
19, 21 geschlossen und werden diese mit der Kraft P2 einer
hydraulischen Vorspannung gegeneinander gedrückt, wobei der
Hohlraum 27 zur Herstellung der Zahnteile 5 bebildet wird. Das
äußere Matrizenteil 13 bleibt dabei vorzugsweise statisch in
seiner Lage.
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Gemäß Fig. 6B werden nun die Innenstempelteile 15, 17 mit
einer Kraft P1 aufeinander zu bewegt, wobei das untere
Innenstempelteil 17 vorzugsweise statisch in seiner Lage
verbleibt und das obere Innenstempelteil 15 bewegt wird. Dabei
wird die Länge L1 des Ausgangsringteiles 10 auf die Länge L2
des Ringteiles 1 verkürzt, wobei das der Verkürzung
entsprechende Materialvolumen des Ausgangsringteiles 10 zur
Bildung der Zahnteile 5 der Innenverzahnung in der Richtung
der Pfeile F in den Hohlraum 27 "fließt" bzw. gepresst wird.
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Das Formfließpressen kann bei einer Temperatur ausgeführt
werden, die vorzugsweise zwischen Raumtemperatur und etwa
1200°C, insbesondere zwischen etwa 1000°C und 1200°C liegt.
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Da sich beim Formfließpressen Stoffüberläufe und Grate
ergeben, werden diese durch Entgraten entfernt. Durch
Entbondern werden Phosphatschichten und Rost entfernt.
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Im folgenden wird im Zusammenhang mit der Fig. 7 das
Einbringen der in der Fig. 3 dargestellten Hinterschnitte 11
in die Zahnteile 5 der Innenverzahnung gemäß einer
Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens näher erläutert.
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Zu diesem Zweck wird eine weitere Formfließpresseinrichtung
100 verwendet, die im wesentlichen aus einem Matrizenteil 101
mit einem Auswerfer 102 und einem Abstreckbereich 107, einem
in Umfangsrichtung mehrfach geteilten Stempelteil 103, das
einen Innendorn 105 konzentrisch umgibt, und einem Pressteil
109 besteht.
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Die einzelnen, in der Umfangsrichtung des Stempelteiles 103
gemäß Fig. 8 angeordneten Kreisringteile 104 sind in radialer
Richtung bewegbar. Zu diesem Zweck sind ihre dem Matrizenteil
101 abgewandten oberen Endbereiche radial beweglich in einem
Halteringteil 111 gelagert, das wiederum in einem, den
Innendorn 105 oberhalb des Stempelteiles 103 umgebenden
Ringteil 113 befestigt ist. Vorzugsweise ist das Halteringteil
111 mit einem Innengewinde 114 eines axial über das
Stempelteil 103 nach oben hinausragenden Vorsprungbereiches
116 auf einem Außengewinde 117 des Ringteiles 113 verschraubt.
An seiner dem Matrizenteil 101 abgewandten Seite besitzt das
Ringteil 113 ein radial nach außen vorstehendes, den
Vorsprungbereich radial übergreifendes Flanschteil 119, das
sich an einem den Innendorn 103 umgebenden Querringteil 120
abstützt, das vom Innendorn 103 radial nach außen verläuft und
das Flanschteil 119 radial übergreift. Das Flanschteil 119 und
das Querringteil 120 greifen über eine Radialverzahnung 121
ineinander ein, die dazu dient die Teile 119, 116, und 103 in
Umfangsrichtung exakt in Bezug auf die Teile 120 und 105
festzulegen und in die richtige Position zu bringen.
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Das Halteringteil 111 weist vorzugsweise in radialer Richtung
verlaufende Führungsstifte 125 auf, die in entsprechende
radial verlaufende Bohrungen 127 der oberen Bereiche der
Kreisringteile 104 des Stempelteiles 103 eingreifen.
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Die Außenfläche des Querringteiles 120 greift in eine Bohrung
des bereits erwähnten Pressteiles 109 ein und ist an diesem
fixiert, wobei ein axialer Bereich 130 des Pressteiles 109
axial nach unten in Richtung auf das Matrizenteil 101 verläuft
und mit einem radial nach innen vorstehenden Flanschbereich
131 an der Außenfläche des Halteringteiles 111 anliegt, wobei
die Teile 111 und 130 in axialer Richtung gegeneinander
verschiebbar sind.
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Zwischen dem Flanschteil 119 und dem Flanschbereich 131 ist
ein Energiespeicher 137 wirksam, der die Teile 130 und 113
axial auseinander drückt und vorzugsweise die Form einer in
eine nach oben offene Innenbohrung 133 des Flanschbereiches
131 eingesetzten Feder aufweist.
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Der Innendorn 105 weist eine sich zu seinem unteren Ende hin
konisch verjüngende Schräge 140 auf, die sich an
entsprechenden schrägen Flächen 144 der Kreisringteile 104
des Stempelteiles 103 abstützen kann, die schräg nach innen
und nach unten verlaufen, wie dies später noch näher erläutert
wird.
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Die unteren Endbereiche der Kreisringteile 104 weisen in den
sich radial nach innen erstreckenden und axial verlaufenden
Vertiefungen 150 jeweils radial nach außen ragende Vorsprünge
144 zur Herstellung der Hinterschneidungen 11 auf. In axialer
Richtung zu der dem Querringteil 120 zugewandten Seite, d. h.
also nach oben, schließt an jedem Kreisringteil 104 eine
radial nach außen vorstehende Schulter 147 an, die in der
später näher erörterten Weise mit dem Abstreckbereich 107
zusammen wirkt.
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Mit der voranstehend beschriebenen Formfließpresseinrichtung
wird wie folgt gearbeitet. Zunächst wird eine in der oben
beschriebenen Weise hergestellte Schiebemuffe 1 mit
Innenverzahnung auf das Matrizenteil 101 aufgelegt und beim
Abwärtsbewegen des Stempelteiles 103 zusammen mit dem
Innendorn und den Elementen 120, 109, 113 und 111 durch die
Schulter 147 in die Öffnung 155 des Matrizenteiles 101 über
den sich nach unten und innen verjüngenden, schrägen
Abstreckbereich 107 abgestreckt. Dies bedeutet, dass der
ringförmige Körper der Schiebemuffe 1 dünner gemacht wird,
wobei der Außendurchmesser des Körpers, beginnend am unteren
Ende fortlaufend verkleinert wird und das dabei verdrängte
Material radial in die Vertiefungen 150 der Kreisringteile 104
des Stempelteiles 103 fließt, die bei der Abwärtsbewegung fest
am Innendorn 105 anliegen. Genauer gesagt liegen dabei die
Schrägen 140 und 142 aneinander an.
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In seiner Umfangsrichtung ist die Schiebemuffe 1 so
ausgerichtet, dass jeweils ein Zahnteil 5 einer Vertiefung 150
zugeordnet ist, in der die Hinterschneidungen 11 hergestellt
werden, und dass die Übergangsbereiche zwischen zwei
benachbarten Kreisringteilen 104 zu entsprechenden
Zwischenräumen zwischen zwei benachbarten Zahnteilen 5
ausgerichtet sind, so dass sich die Kreisringteile 104 radial
bewegen können.
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Das beim Abstrecken in die den Zahnteilen 5 jeweils
zugeordneten Vertiefungen 150 fließende Material umformt die
in den Vertiefungen 150 angeordneten Vorsprünge 144, die den
herzustellenden Hinterschneidungen 11 entsprechen. Dabei sind,
wie dies die Fig. 8 schematisch und am Beispiel von zwei
Zahnteilen 5 zeigt, die Vertiefungen 150 in Bezug auf die
Zahnteile 5 so bemessen, dass sie das beim Abstrecken an der
Schräge des Abstreckbereiches 107 verdrängte und in die
Vertiefungen 150 hinein fließende Material sowie auch das an
den Vorsprüngen 133 verdrängte Material aufnehmen können.
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Nach der Herstellung der Hinterschneidungen 11 in den
Zahnteilen 5 wird zum Entformen der Schiebemuffe 1 der
Innendorn 105 zusammen mit den Elementen 120 und 109 nach oben
gezogen, wobei sich die Schrägen 140 und 142 voneinander
trennen und die Kreisringteile 104 sich nach radial innen
bewegen, wie dies durch den Pfeil R1 angedeutet ist. Die
Hinterschneidungen 11 werden dann von den Vorsprüngen 144
freigegeben und das Stempelteil 103 wird zusammen mit den
Elementen 111 und 113 durch die zuvor bei der Abwärtsbewegung
des Innendornes 105 und der Elemente 120, 119 130 gespannte
Feder 133 schlagartig nach oben bewegt. Die Schiebemuffe 1
kann dann durch den Auswerfer 102 in der Richtung des Pfeiles
R2 nach oben ausgeworfen werden.