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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
US-Patentanmeldung 15/228 106 , eingereicht am 4. August 2016, deren Beschreibung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bilden von Oberflächenmerkmalen (z.B. einer Reihe von Zähnen und/oder Nuten) in einer ringförmigen Außenfläche eines Zahnrades.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Automatikgetriebe, Drehmomentwandler und dergleichen haben viele Bauteile mit komplizierten Oberflächenmerkmalen. Zum Beispiel kann ein Planetengetriebe Zahnräder oder Planetenträger mit einer Reihe sich wiederholender Nuten und Zähne auf der Außenfläche des Bauteils haben. Bekannt ist, die Nuten dieser Bauteile unter Verwendung eines oder mehrerer Kaltrollwerkzeuge zu bilden.
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In
DE 10 2010 019 522 wird zum Beispiel eine Einheit offenbart, die ein Außenprofil mit einem Untergesenk hat, das ein schalenförmiges Rohteil auf einem Dorn aufnimmt. Das Profil hat ein Obergesenk, das axial gegenüber dem Untergesenk einstellbar ist, wobei das Obergesenk mehrere Kaltrollkörper hat, die über den Umfang des Rohteils hinweg verteilt sind. Die Profilrollkörper sind in einem Haltering untergebracht, der aus zwei Ringteilen gebildet ist, die komplementär zueinander gestaltet sind.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Werkzeug zum Bilden eines ringförmigen Werkstücks bereitgestellt. Das Werkzeug enthält ein oder mehrere innere Formbauteile, die einen Umkreis definieren. Das Werkzeug enthält auch eine Vielzahl äußerer Formbauteile, die gemeinsam ringförmig um eine Mittelachse und radial außerhalb des Umkreises angeordnet sind. Jedes äußere Formbauteil hat eine Innenfläche, die dem inneren Formbauteil und einer gegenüberliegenden Außenfläche zugewandt ist. Jede Innenfläche definiert ein Oberflächenmerkmal zum Bilden eines entsprechenden äußeren Oberflächenmerkmals auf dem Werkstück. Das Werkzeug enthält auch ein Vorschubbauteil, das entlang der Achse verschoben wird, damit das äußere Formbauteil radial innen zum Werkstück hin verschoben wird, um die äußeren Oberflächenmerkmale auf dem Werkstück zu bilden.
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Jede Außenfläche des äußeren Formbauteils kann in Bezug auf die Mittelachse schräg verlaufen, und das Antriebsbauteil kann eine Innenfläche enthalten, die in Bezug auf die Mittelachse schräg verläuft. Die Innenfläche des Vorschubbauteils kann entlang der Außenflächen der äußeren Formbauteile gleiten, um die äußeren Formbauteile zu veranlassen, sich radial nach innen zum Werkstück hin zu bewegen, um die Oberflächenmerkmale in das Werkstück einzupressen.
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Der Umkreis der Außenfläche des inneren Formbauteils kann eine Reihe von Oberflächenmerkmalen zum Bilden entsprechender innerer Oberflächenmerkmale auf dem Werkstück definieren.
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Bei dem einen oder den mehreren Formbauteilen kann es sich um ein einziges zylindrisches inneres Formbauteil handeln. Alternativ kann es sich bei dem einen oder den mehreren Formbauteilen um eine Vielzahl innerer Formbauteile handeln, die gemeinsam den Umkreis definieren.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Bilden eines ringförmigen Werkstücks Positionieren des ringförmigen Werkstücks zwischen einem im Allgemeinen zylindrischen inneren Formbauteil und einer Vielzahl äußerer Formbauteile, wobei jedes äußere Formbauteil auf einer Auflage angeordnet ist und eine Außenfläche hat. Das Verfahren beinhaltet auch Verschieben eines Vorschubbauteils zur Auflage hin und gegen die Außenflächen, um die äußeren Formbauteile zu veranlassen, entlang der Auflage zu gleiten und sich gegen das ringförmige Werkstück zu pressen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält ein System zum Bilden eines Zahnrads eine Auflage und eine Vielzahl äußerer Formbauteile, die durch die Auflage gestützt werden und ringförmig um eine Mittelachse angeordnet sind. Die äußeren Formbauteile sind dazu vorgesehen, sich entlang der Auflage auf die Mittelachse zu und von dieser weg zu bewegen. Jedes äußere Formbauteil ist von der Mittelachse weg gekippt. Ein Vorschubbauteil ist selektiv mit mindestens einem der äußeren Formbauteile verbunden.
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Durch die Bewegung des Vorschubbauteils zur Auflage hin werden die äußeren Formbauteile zur Mittelachse hin gepresst, um eine Außenfläche des Zahnrades zu bilden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Teilansicht eines Werkzeugs gemäß einer Ausführungsform in einer geschlossenen oder Arbeitsstellung, in der das Werkzeug Zähne an einem Zahnrad bildet.
- 2 ist eine perspektivische Teilansicht in einer offenen oder Ruhestellung, in der das Werkzeug keine Zähne an einem Zahnrad bildet.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht des Werkzeugs, in der verschiedene Komponenten komplett gezeigt sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Hierin werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist jedoch klar, dass es sich bei den offenbarten Ausführungsformen nur um Beispiele handelt und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; bestimmte Merkmale können vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten einzelner Komponenten zu zeigen. Deshalb sollten bestimmte hierin offenbarte strukturelle oder funktionelle Einzelheiten nicht als Einschränkung, sondern nur als repräsentative Grundlage zur Unterrichtung des Fachmanns ausgelegt werden, um die Ausführungsformen auf verschiedene Weise anzuwenden. Dem Fachmann ist klar, dass verschiedene unter Bezugnahme auf eine der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit verschiedenen in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulichten Merkmalen kombiniert werden können, um nicht ausdrücklich veranschaulichte oder beschriebene Ausführungsformen entstehen zu lassen. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale führen zu repräsentativen Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbare Kombinationen und Modifikationen können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen wünschenswert sein.
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Es sollte klar sein, dass Bezugnahmen auf Richtungen (z.B. „nach unten“, „nach oben“, „innerhalb“, „außerhalb“, „innen“, „außen“ usw.) zum Beschreiben der Ausführungsformen eines Werkzeugs und eines Zahnrades in ihrer in den Figuren gezeigten Ausrichtung dienen. Diese Begriffe sind angesichts der Stellung des Werkzeugs und des Zahnrades auszulegen, die in ihrer jeweiligen Anordnung und Ausrichtung in den Figuren gezeigt ist. Wenn sich zum Beispiel ein Antriebsbauteil im Folgenden „nach unten“ bewegt, ist dieser Begriff als „nach unten in Bezug auf die in den Figuren gezeigte Ausrichtung“ zu verstehen, desgleichen ist klar, dass das Werkzeug andere Ausrichtungen (z.B. angewinkelt, auf dem Kopf stehend usw.), wenn es gerade zum Bilden des Zahnrades verwendet wird. Desgleichen sind die Begriffe „innen“ und „außen“ in Bezug auf eine Mittelachse des Werkzeugs zu verwenden.
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Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dieser Offenbarung werden ein Werkzeug, ein System und ein Verfahren zum Bilden eines Zahnrades bereitgestellt. Die Zähne des Zahnrades werden in linearer Richtung durch Kaltpressen in die Flächen gebildet, während beim Kaltrollen das Kaltrollwerkzeug über die Fläche gerollt wird.
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1 zeigt ein Werkzeug 10 zum Kaltpressen von Zähnen auf dem Zahnrad 12. In 1 ist das Werkzeug 10 in einer Arbeitsstellung gezeigt, in der die Zähne gerade auf den Flächen des Zahnrades 12 gebildet werden. In 2 ist das Werkzeug 10 in einer offenen Ruhestellung gezeigt, in der das Zahnrad gerade weder die Zähne des Zahnrades 12 bildet. In 2 ist das Zahnrad nicht gezeigt, um das Werkzeug 10 deutlicher zu zeigen.
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Das Werkzeug 10 enthält eine Auflage 20, ein Vorschubbauteil 30, eine Vielzahl äußerer Formbauteile 40 und ein inneres Formbauteil 50. Diese Komponenten sowie das Zahnrad 12 können eine gemeinsame (nicht gezeigte) Achse haben. Diese Komponenten pressen gemeinsam äußere Zähne 14 und innere Zähne 16 in die Flächen des Zahnrades 12. Die Auflage 20, das Vorschubbauteil 30 und das innere Formbauteil 50 erstrecken sich in einem vollständigen Kreis um das Zahnrad 12 herum, jedoch sind diese Komponenten in den 1 bis 3 der Anschaulichkeit halber nur teilweise gezeigt; komplett sind die Komponenten in 3 gezeigt. Zwar wird außerdem in den Figuren nur ein äußeres Formbauteil gezeigt, jedoch sollte klar sein, dass dies ebenso nur der Veranschaulichung dient; um das Zahnrad 12 herum erstrecken sich eine Vielzahl äußerer Formbauteile. Gemäß einer Ausführungsform entspricht die Anzahl äußerer Formbauteile 40 der Anzahl der äußeren Zähne 14 des Zahnrades.
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Das Werkzeug 10 bildet Zähne des Zahnrades 12 wie folgt. Das Zahnrad 12 wird auf der Auflage 20 oder einer anderen (nicht gezeigten) Unterlagefläche positioniert. Zu Anfang des Bildungsprozesses wird das Vorschubbauteil 30 zum Beispiel durch eine Hydraulik vorwärtsgeschoben oder -gepresst. Während das Vorschubbauteil 30 nach unten verschoben wird, greift dieses in die äußeren Formbauteile 40 ein, um diese entlang der Auflage 20 nach innen auf das Zahnrad 12 zu pressen. Bei weiterem Vorschub zwingt das Vorschubbauteil 30 die äußeren Formbauteile 40 weiter nach innen und drückt diese gegen das Zahnrad 12. Das Zahnrad 12 wird zwischen die äußeren Formbauteile 40 und das innere Formbauteil 50 gepresst, wobei jedes der Bauteile 40, 50 mit Oberflächenmerkmalen zum Bilden entsprechender äußerer Zähne 14 und innerer Zähne 16 im Zahnrad 12 ausgestattet ist.
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Die Auflage 20 hat eine im Allgemeinen ebene obere Fläche 22. Die obere Fläche 22 kann mit Spuren oder Nuten versehen sein, die sich von der Mittelachse aus radial nach außen erstrecken. Diese Spuren oder Nuten führen die äußeren Formbauteile 40 nach innen und außen, wenn diese durch das Vorschubbauteil 30 nach innen und außen gepresst werden. Die unteren Flächen der äußeren Formbauteile 40 können jeweils einen entsprechenden Vorsprung haben, der in eine der Spuren oder Nuten passt. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die obere Fläche 22 mit sich radial erstreckenden Vorsprüngen versehen sein, die jeweils in eine entsprechende Nut oder Spur an der unteren Fläche eines entsprechenden äußeren Formbauteils 40 passt. Das Zusammenwirken der Nuten oder Spuren mit den Vorsprüngen ist nur ein Beispiel dafür, eine gleitende Verbindung zwischen den äußeren Formbauteilen 40 und der Auflage 20 herzustellen.
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Das Vorschubbauteil 30 kann sich nach unten zur Auflage 20 hin und nach oben von der Auflage 20 weg bewegen, um die Formbauteile 40 selektiv gegen das Zahnrad 12 zu pressen und von diesem zu trennen. Das Vorschubbauteil 30 enthält eine Innenfläche 32, die der Mittelachse zugewandt ist. Gemäß einer Ausführungsform steht die Innenfläche 32 schräg in Bezug auf die Mittelachse, sodass die Oberkante der Innenfläche 32 der Mittelachse näher steht als die Unterkante der Innenfläche 32. 3 zeigt, dass die Innenfläche 32 eine Kegelstumpfform annehmen kann.
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Die äußeren Formbauteile 40 haben entsprechende Außenflächen 42, die in das Vorschubbauteil 30 eingreifen, wenn dieses verschoben wird. Die Außenfläche 42 jedes Formbauteils 40 steht schräg in Bezug auf die Mittelachse, sodass die Oberkante der Außenfläche 42 der Mittelachse näher steht als die Unterkante der Innenfläche 32. Die Form der Außenfläche 42 jedes äußeren Formbauteils 40 entspricht der Form der Innenfläche 32 des Vorschubbauteils 30. Gemäß einer Ausführungsform gehen die Flächen 32, 42 eine frontale Beziehung miteinander ein, wenn das Vorschubbauteil verschoben wird, um ein gleichmäßiges lineares Verschieben der äußeren Formbauteile 40 zur Mittelachse hin sicherzustellen.
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Wenn sich das Vorschubbauteil in einer Ruhestellung oder offenen Stellung (z.B. in 2) befindet, ist das Vorschubbauteil von den äußeren Formbauteilen 40 beabstandet und greift nicht direkt in die äußeren Formbauteile 40 ein. Wenn das Formbauteil 30 verschoben wird, greift die Innenfläche 32 des Vorschubbauteils in die Außenflächen 42 der äußeren Formbauteile 40 ein. Die schrägen Flächen setzen wie oben beschrieben die Abwärtsbewegung des Vorschubbauteils 30 in eine radiale Bewegung (d.h. zum Zahnrad 12 hin) jedes der äußeren Formbauteile 40 um.
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Jedes äußere Formbauteil enthält auch eine Innenfläche 44, die mit Oberflächenmerkmalen 46 ausgestattet ist. Gemäß einer Ausführungsform haben die Oberflächenmerkmale 46 die gewünschte Form der äußeren Zähne 14 des Zahnrades. Während die äußeren Formbauteile 40 gegen das Zahnrad 12 und auf dieses gepresst werden, werden die Oberflächenmerkmale 46 gegen die Außenfläche des Zahnrades 12 gepresst und bilden die äußeren Zähne 14.
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Gemäß einer Ausführungsform, bei der innere Zähne des Zahnrades 12 gebildet werden, enthält das innere Formbauteil 50 eine Außenfläche 52 mit einer Vielzahl von Oberflächenmerkmalen 54. Diese Oberflächenmerkmale 54 haben die gewünschte Form der inneren Zähne 16. Die Außenfläche 52 und die Oberflächenmerkmale 54 setzen der radial nach innen gerichteten Presskraft von den äußeren Formbauteilen 40 eine Widerstandskraft entgegen. Wenn das Vorschubbauteil 30 die äußeren Formbauteile 40 gegen das Zahnrad 12 presst, können daher sowohl die äußeren Zähne 14 als auch die inneren Zähne 16 gleichzeitig gebildet werden.
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Unter Verwendung des oben beschriebenen Werkzeugs kann ein Verfahren zum Bilden eines ringförmigen Werkstücks wie eines Zahnrades 12 durchgeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird das Zahnrad 12 zwischen dem im Allgemeinen zylindrischen inneren Formbauteil 50 und einer Vielzahl äußerer Formbauteile 40 angeordnet. Jedes äußere Formbauteil 40 ist auf der Auflage 20 gleitend angeordnet. Das Vorschubbauteil 30 zur Auflage hin und gegen die Außenflächen 42 der äußeren Formbauteile 40 verschoben Dies bewirkt, dass die äußeren Formbauteile 40 entlang der Auflage gleiten und gegen das Zahnrad 12 gepresst werden. Die äußeren Formbauteile 40 können voneinander beabstandet sein, können jedoch einen gemeinsamen Umkreis oder Umfang definieren, dessen Größe durch Verschieben des Vorschubbauteils 30 nach oben und unten verstellbar ist.
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Es sollte klar sein, dass es sich bei dem oben beschriebenen Zahnrad 12 um einen von vielen Zahnradtypen handeln kann, beispielsweise ein Hohlrad, einen Planetenträger, ein Sonnenrad usw. Es ist bekannt, dass es viele verschiedene Zahnradtypen in einem Getriebe oder Drehmomentwandler eines Fahrzeugs gibt, und das oben beschriebene Werkzeug und System zum Bilden von Zahnrädern kann bei jedem Zahnradtyp eingesetzt werden. Wenn bei einem bestimmten zu bildenden Zahnrad keine inneren Zähne vorgesehen sind, kann das innere Formbauteil 50 ohne äußere Oberflächenmerkmale ausgestattet sein. Desgleichen können, wenn bei einem bestimmten zu bildenden Zahnrad keine äußeren Zähne vorgesehen sind, die äußeren Formbauteile 40 gleichermaßen ohne innere Oberflächenmerkmale ausgestattet sein.
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Durch Verwendung des Werkzeugs dieser Offenbarung wird im Gegensatz zu dem herkömmlichen Kaltrollverfahren von Zahnrädern die Anzahl der beweglichen Bauteile verringert. Dadurch sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass die Teile beschädigt werden. Durch die Anzahl der rotierenden Bauteile ist das Kaltrollverfahren aufwendiger als das Verfahren dieser Offenbarung zur Bildung von Zahnrädern.
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Es sollte klar sein, dass relative Begriffe wie „im Allgemeinen“ in einem Ausdruck wie „im Allgemeinen zylindrisches inneres Formbauteil“ Oberflächenmerkmale wie Höcker oder Nuten auf den Außenflächen beinhalten können, jedoch wird der Fachmann auch dann zugestehen, dass das Bauteil insgesamt „im Allgemeinen“ zylindrisch ist.
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Zwar sind oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden, jedoch sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche erfasst werden. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sollen keine Einschränkung darstellen und nur zum Beschreiben dienen, und es ist klar, dass daran verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesensgehalt und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Die oben beschriebenen Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden, die gegebenenfalls nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht werden. Zwar sind möglicherweise verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden, die gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften Vorteile bieten oder bevorzugt sind, jedoch ist dem Fachmann einsichtig, dass ein oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der jeweiligen Anwendung und Umsetzung abhängen. Zu diesen Eigenschaften gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. Demgemäß liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben worden sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 15228106 [0001]
- DE 102010019522 [0004]
