DE19911296A1 - Verfahren zur spanlosen Herstellung eines eine Nabe aufweisenden Getriebeteiles - Google Patents

Abstract

Es soll ein Verfahren zur spanlosen Herstellung eines eine Nabe aufweisenden Getriebeteiles, insbesondere einer Poly-V-Riemenscheibe, aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geschaffen werden, wobei das Getriebeteil geeignet sein soll, das erforderliche Drehmoment durch Reibschluß übertragen zu können. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, daß die Ronde ausschließlich durch Kaltumformung zum Getriebeteil umgeformt wird, wobei der innere Nabenbereich des Getriebeteiles durch materialverfestigende und verdickende Umformung aus der Ronde geformt und der äußere Bereich der Ronde entsprechend der gewünschten Profilierung des Getriebeteiles umgeformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanlosen Herstellung eines eine Nabe aufweisenden Getriebeteiles, insbesondere ei­ ner Poly-V-Riemenscheibe, aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, sowie ein Getriebeteil aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit Nabe.

Es ist beispielsweise im Automobilbau insbesondere aus Gründen der Gewichtsreduzierung seit langem bekannt, Bauelemente zur Drehmomentübertragung, wie Poly-V-Riemenscheiben, aus Alumini­ um durch Kaltumformung herzustellen. Für solche kaltumformen­ den Herstellverfahren werden relativ weiche Aluminiumlegierun­ gen mit guten Tiefzieheigenschaften eingesetzt. Diese Alumini­ umlegierungen weisen als typische Materialeigenschaften eine Zugfestigkeit von 160 bis 200 N/mm² und eine Oberflächenhärte von ca. 50 HB auf.

Diese Festigkeitswerte der Aluminiumlegierungen reichen für eine direkte Verbindung der Nabe der Riemenscheibe mit der Welle des Aggregats durch reibschlüssige Verbindungen nicht aus. Daher muß die Verbindung von z. B. Riemenscheiben aus Alu­ minium auf andere Weise, nämlich mit einem zusätzlichen Naben­ bauteil erfolgen. Dazu wird an die radial ausgerichtete Naben­ fläche der Riemenscheibe aus Aluminium eine getrennte Nabe aus einem ausreichend festen metallischen Werkstoff angeschraubt oder in sonstiger geeigneter Weise befestigt. Solche Naben werden als Sinter- oder Schmiedeteile gefertigt. Da der metal­ lische Werkstoff der Nabe eine ausreichende Festigkeit auf­ weist, kann eine derartige Nabe mit der Welle des Aggregats durch eine reibschlüssige Verbindung, wie beispielsweise durch einen Preß- oder Schrumpfsitz, verbunden werden. Ersichtlich sind solche zweiteiligen Getriebeteile mit separater Nabe sehr aufwendig herzustellen und kostenintensiv.

Grundsätzlich sind für Riemenscheiben aus Blech Fertigungsver­ fahren bekannt, bei denen die Nabe einstückig durch einen Kaltumformprozeß angeformt wird (z. B. DE 44 00 257 C1). In dieser Druckschrift ist ein Verfahren beschrieben, das eine kostengünstige Herstellung eines Getriebeteils mit Nabe aus einer Ronde ermöglichen, die Materialgefügeveränderungen der Ronde möglichst gering halten und die Wanddicke des Getriebe­ teils ausgehend von gleicher Rondenstärke beliebig wählbar machen soll. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren vor­ geschlagen, bei dem eine rotierende Blechplatine durch Drücken mittels Drückrollen in ihrer Dicke verringert und zu einem von der Blechplatine vorstehenden zylindrischen Vorsprung verformt wird, der den Nabenbereich bildet.

Dieses Verfahren stellt eine kostengünstige Lösung zur Her­ stellung eines Getriebeteils aus einer Blechronde mit inte­ grierter Nabe dar. Für das Anformen einer Nabe an ein Getrie­ bebauteil aus einer Ronde aus Aluminium ist es jedoch ungeeig­ net, weil die Festigkeitseigenschaften der für die Kaltumfor­ mung einsetzbaren Aluminiumlegierungen für eine Drehmoment­ übertragung, insbesondere für eine reibschlüssige Drehmoment­ übertragung, mittels einer angeformten Nabe völlig unzurei­ chend sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mit der gleichwohl Getriebeteile mit angeformter Nabe aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geschaffen werden können, wobei diese Getriebeteile geeignet sein sollen, das erforderliche Drehmoment durch Reibschluß übertragen zu kön­ nen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs bezeichne­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ronde aus­ schließlich durch Kaltumformung zum Getriebeteil umgeformt wird, wobei der innere Nabenbereich des Getriebeteils durch materialverfestigende und verdickende Umformung aus der Ronde geformt und der äußere Bereich der Ronde entsprechend der ge­ wünschten Profilierung des Getriebeteils umgeformt wird.

Anders als beim Verfahren nach DE 44 00 257 C1, gemäß welchem ausdrücklich Materialgefügeveränderungen der Blechronde ver­ mieden werden sollen, ist es überraschend gelungen, Ronden aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung allein durch einen Kaltumformprozeß im zu bildenden Nabenbereich materialverfe­ stigend umzuformen, und zwar derart, daß eine Steigerung der Ausgangshärte der Ronde von mehr als 50% erzielt werden kann, ohne daß es zu einer Kaltversprödung des Aluminiumwerkstückes kommt. Damit ist es möglich, einteilige Getriebeteile aus Alu­ minium aus einer Ronde mit angeformter Nabe zu schaffen, die zur Drehmomentübertragung, insbesondere mittels Reibschluß ge­ eignet sind.

Um die gewünschte Materialverfestigung auf den Nabenbereich zu begrenzen und eine problemlose Umformung des äußeren Bereiches der Ronde zur Herstellung der gewünschten Profilierung sicher­ zustellen, ist vorteilhaft vorgesehen, daß der äußere Bereich der Ronde erst nach der Bildung des Nabenbereiches umgeformt wird. Während der Umformung des Nabenbereiches werden die äu­ ßeren Bereiche der Ronde nicht von den Umformwerkzeugen be­ rührt, wodurch sichergestellt ist, daß die Aluminiumlegierung in diesem Bereich ihre ursprüngliche Kaltumformbarkeit behält, so daß es in diesem Bereich zu keiner Materialgefügeverände­ rung kommt, die sich negativ auf das Profilieren auswirken könnte. Erst im Zuge der Kaltumformung zur Profilierung ergibt sich für diese Bereiche ebenfalls eine Steigerung der Festig­ keitswerte, die dem Endprodukt zugute kommen.

Ganz besonders vorteilhaft ist vorgesehen, daß in den Nabenbe­ reich durch Kaltumformung eine Nabenprofilierung eingeformt wird. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung ergibt sich die besonders vorteilhafte und kostengünstige Möglichkeit, Wellen-Naben-Verbindungen zu realisieren, die auf Reibschluß beruhen. Beispielhaft kann es sich dabei um eine sogenannte 3- K-Profilierung handeln, wie diese in DE 42 09 153 C2 beschrie­ ben ist. Bei einem solchen 3-K-Profil sind am Umfang der Welle und der Nabe angeordnete Kreiskeile vorgesehen, deren Form eine logarithmische Spirale bilden. Die Drehmomentübertragung erfolgt durch Reibschluß. Die ideale Kraftübertragung erfolgt bei reibschlüssigen Verbindungen durch Flächenberührung zwi­ schen Welle und Nabe. Beim Verdrehen der Nabe gegen die Welle kommt es zur Flächenberührung. Da diese Flächenberührung beim Fügen der Welle-Naben-Verbindung noch nicht vorliegt, erlaubt diese Verbindungstechnik eine kostengünstige Montage und eine Übertragung von großen Kräften und Momenten. Als Nachteil wur­ de bisher die aufwendige Herstellung einer solchen profilier­ ten Welle und Nabe angesehen, da man die logarithmische Spira­ le der Kreiskeile nur durch aufwendige und numerisch gesteuer­ te Werkzeugmaschinen herstellen konnte. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch hier eine Möglichkeit, kostengünstig geometrisch schwierig gestaltete Formen von Verbindungselemen­ ten unter gleichzeitiger Erzielung verbesserter Festigkeits­ eigenschaften für Aluminiumlegierungen zu realisieren.

In ganz besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Umformung der Ronde zur Erzeugung des Nabenbereiches mit wenigstens einer Drückrolle ausgeführt wird, deren Rollen­ geometrie, Vorschubgeschwindigkeit und Eindringtiefe in die Ronde derart gewählt werden, daß die jeweils erforderliche Ma­ terialverfestigung im Nabenbereich erreicht wird. Durch Steue­ rung dieser Verfahrensparameter ist es möglich, die jeweils gewünschte Materialverfestigung zu erreichen, ohne daß es zu einer Versprödung kommt, die eine Verwendung des Bauteiles insbesondere als sicherheitsrelevantes Bauteil, wie beispiels­ weise bei der Verwendung als Antriebselement für eine Lenk­ hilfepumpe, verhindern würde. Die Festlegung dieser Verfah­ rensparamater hängt dabei von der jeweils verwendeten Alumini­ umlegierung, der Rondendicke und den für das Getriebeteil not­ wendigen Festigkeitswerten ab.

Die Erfindung sieht auch ein Getriebeteil aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit Nabe vor, die da­ durch gekennzeichnet ist, daß es aus einer ausschließlich durch Kaltumformung umgeformten Ronde mit angeformten Nabenbe­ reich besteht. Dabei ist der Nabenbereich vorzugsweise mit ei­ ner eingeformten Nabenprofilierung versehen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispiels­ weise näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur ein erfindungsgemäßes Getriebeteil im Schnitt.

Ein als Poly-V-Riemenscheibe ausgebildetes erfindungsgemäßes Getriebeteil ist in der Zeichnung allgemein mit 1 bezeichnet. Dieses Getriebeteil 1 ist einstückig aus einer Ronde aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, was auf unterschiedliche Weise geschehen kann, beispielsweise nach dem in DE 44 00 257 C1 be­ schriebenen Verfahren.

Aus der nicht dargestellten Ronde ist das Getriebeteil 1 also ausschließlich durch Kaltumformung hergestellt, wobei der in­ nere Nabenbereich 2 des Getriebeteils 1 durch materialverfe­ stigende und verdickende Umformung aus der Ronde geformt wird. In diesen Nabenbereich 2 kann innenseitig eine Nabenprofilie­ rung eingeformt werden.

Der Nabenbereich 2 des Getriebeteils 1 geht in einen radialen Wandbereich 3 mit reduzierter Wandstärke über, in diesem ra­ dialen Wandbereich 3 können zu Gewichtseinsparungen Lochungen 4 vorgesehen sein.

Der radiale Wandbereich 3 geht außenseitig in einen axial er­ streckten Bereich 5 mit Profilierung, hier einer Poly-V-Profi­ lierung 6, über.

Wird das Getriebeteil 1 aus einer Aluminiumronde nach einem Drückverfahren hergestellt, erfolgt die Umformung der Ronde zur Erzeugung des verdickten Nabenbereiches 2 mit wenigstens einer Drückrolle, deren Rollengeometrie, Vorschubgeschwindig­ keit und Eindringtiefe in die Ronde derart gewählt werden, daß die jeweils erforderliche Materialverfestigung im Nabenbereich 2 erreicht wird. Die Wahl dieser Verfahrensparameter hängt da­ bei jeweils von der verwendeten Aluminiumlegierung, der Ron­ dendicke und den für das Getriebeteil notwendigen Festigkeits­ werten ab.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf das darstellte Ausfüh­ rungsbeispiel beschränkt. Anstelle einer Poly-V-Riemenscheibe eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auch für andere Getriebeteile mit Nabe, die auf einer Welle anzuordnen sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur spanlosen Herstellung eines eine Nabe auf­ weisenden Getriebeteiles, insbesondere einer Poly-V-Rie­ menscheibe, aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ronde ausschließlich durch Kaltumformung zum Ge­ triebeteil umgeformt wird, wobei der innere Nabenbereich des Getriebeteils durch materialverfestigende und ver­ dickende Umformung aus der Ronde geformt und der äußere Bereich der Ronde entsprechend der gewünschten Profilierung des Getriebeteils umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Bereich der Ronde erst nach der Bildung des Nabenbereiches umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nabenbereich durch Kaltumformung eine Nabenprofi­ lierung eingeformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung der Ronde zur Erzeugung des Nabenbereiches mit wenigstens einer Drückrolle ausgeführt wird, deren Rollen­ geometrie, Vorschubgeschwindigkeit und Eindringtiefe in die Ronde derart gewählt werden, daß die jeweils erforderliche Materialverfestigung im Nabenbereich erreicht wird.

5. Getriebeteil aus einer Ronde aus Aluminium oder einer Alu­ miniumlegierung mit Nabe, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer ausschließlich durch Kaltumformung umgeform­ ten Ronde mit angeformten Nabenbereich (2) besteht.

6. Getriebeteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenbereich (2) mit einer eingeformten Nabenprofilie­ rung versehen ist.