DE3625594A1 - Verfahren zur herstellung eines elliptischen zahnrads - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines elliptischen zahnrads

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Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elliptischen Zahnrades, welches hauptsächlich für ein Fahrrad verwendet wird, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines elliptischen Zahnrades, das aus Aluminiumblech hergestellt ist.
Im allgemeinen wird ein Zahnrad für ein Fahrrad in runder oder elliptischer Form gebildet und aus Eisen- oder Aluminiumblechen hergestellt.
Ein elliptisches, aus Aluminiumblech hergestelltes Zahnrad, das wegen seines geringen Gewichtes vorteilhaft ist, kann durch Austanzen aus einem hauptsächlich verwendeten Aluminiumblech als Ausgangsmaterial hergestellt werden, dessen Dicke jener der vorzusehenden Zahnteile entspricht; nach dem Ausstanzen des Blechs besteht kein Erfordernis, die Dicke der Zahnabschnitte zum Erzielen der Zahnteile noch nachzurichten, was dahingehend zu einer einfachen Arbeit führt, so daß eine wirtschaftliche Produktion erzielt wird. Der Grundabschnitt des Zahnrades, der die Zahnteile ausschließt, weist jedoch eine unzulängliche Festigkeit auf.
Um die Nachteile auszuräumen, verwendet man als Ausgangsmaterial herkömmlicherweise ein Aluminiumblech, dessen Dicke größer ist als jene der herzustellenden Zahnteile; das Aluminiumblech wird unter Verwendung einer Presse ausgestanzt, um ein Zwischenelement mit einer Anzahl von Zahnabschnitten am äußeren Umfang zu bilden. Das Zwischenelement wird dann am Umfang an beiden Seitenflächen der Zahnabschnitte spanend bearbeitet, und zwar durch Verwendung einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine oder einer herkömmlichen Drehmaschine, um die Dicke der Zahnabschnitte zu verringern, verglichen mit der wesentlichen Dicke des Zwischenprodukts, wobei hierdurch die Zahnteile gebildet werden.
Die numerisch gesteuerte Fräsmaschine kann, wenn sie für die spanende Bearbeitung der Zahnabschnitte des elliptischen Zwischenprodukts verwendet wird, das durch Ausstanzen des Aluminiumblechs auf die oben erwähnte Weise gebildet wurde, einen Schnittvorgang von derselben Länge in radialer Erstreckung einwärts von den Spitzen aller Zahnabschnitte auf den Seiten der größeren und kleineren Hauptachse des Zwischenprodukts durchführen, es benötigt jedoch stundenlange spanende Bearbeitung, ist für die Massenerzeugung ungeeignet und ist bei der Bearbeitung teuer.
Eine herkömmliche Drehmaschine könnte auch für die spanabhebende Bearbeitung an den Zahnabschnitten verwendet werden, um die Zahnteile zu bilden. Dieses Verfahren ist billiger und kann die für den spanenden Vorgang erforderliche Zeit verringern, verglichen mit der Arbeit bei einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine. Bei diesem Verfahren bei Anwendung einer Drehmaschine wird jedoch, da die Zahnabschnitte am Zwischenprodukt, das in Drehung versetzt wird, durch ein Schneidwerkzeug abgespant werden, eine radial einwärts gerichtete Fläche des Zwischenprodukts, an welcher der Schnittvorgang durch das Schneidwerkzeug ausläuft bzw. endet, kreisförmig, so daß das Maß des spanend abgetragenen Abschnitts in radialer Richtung an der Seite der größeren Hauptachse des Zahnrades an den Zahnabschnitten größer ist als bei der Seite der kleineren Hauptachse, was zum Problem der niedrigeren Festigkeit der Zahnteilabschnitte an der Seite der Hauptachse führt.
Es ist Zweck der Erfindung, das Problem zu überwinden. Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines elliptischen Zahnrades aus Aluminiumblech vorzusehen, wodurch man wirksam und rasch ein elliptisches Zahnrad aus Aluminiumblech durch einen spanlosen und einen spanenden bzw. einen Preß- und einen Schnittvorgang mittels einer herkömmlichen Maschinendrehbank bzw. Drehmaschine bilden kann, und das Absinken der Festigkeit der Zahnteilabschnitte an der Seite der Hauptachse des elliptischen Zahnrades ausräumen kann.
Das Herstellungsverfahren für ein elliptisches Zahnrad der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- ein Formgebungsvorgang für ein Zwischenprodukt, wobei ein Aluminiumblech einem Prägevorgang ausgesetzt wird, um am äußeren Umfangsabschnitt überzustehen, wobei das Zwischenprodukt eine elliptische Form aufweist und mit Zahnabschnitten versehen ist, und wobei der Vorsprung sich in einer Richtung, und zwar in Richtung der Dicke der Platte, und in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt erstreckt (der der Mitte näher liegt als der äußere Umfangsabschnitt), um hierdurch einen Flansch am äußeren Umfangsabschnitt zu bilden, an welchem eine Anzahl von Zahnabschnitten ausgebildet ist, und
- ein Bildungsvorgang für die Zahnteile, bei welchem die äußere Oberfläche, in Richtung der Erstreckung des Vorsprungs gesehen, des Flansches am Zwischenprodukt spanend in Richtung der Dicke des Blechs bearbeitet wird, um die Dicke des die Zahnabschnitte bildenden Teils in Vergleich zur wesentlichen bzw. größeren Dicke des Zwischenprodukts zu verringern, um hierbei die Zahnteile zu bilden.
Die Erfindung ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Aluminiumblech ausreichende Dicke aufweist, um die erforderliche Festigkeit zu liefern, durch Bearbeitung in einer Presse so ausgestanzt wird, daß es eine elliptische Form aufweist, und einer Preßbearbeitung am äußeren Umfangsabschnitt unterzogen wird, der mit Zahnabschnitten versehen ist, so daß er in einer Richtung, und zwar in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs, in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt vorspringt, so daß ein Zwischenprodukt erzeugt wird, welches eine elliptische Form aufweist und die Querschnittsform eines Tellers mit Rand bzw. einer Schüssel mit Flansch aufweist.
Das zweite Merkmal der Erfindung liegt darin, daß der die Zahnabschnitte bildende Teil (d. h. der Flanschabschnitt, der in einer Richtung und in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt vorspringt, welcher seinerseits als Grundabschnitt des elliptischen Kettenzahnrades dient und jener Abschnitt ist, der die Festigkeit liefert) einer spanenden Bearbeitung unterzogen wird, um die Dicke des die Zahnabschnitte bildenden Teils entsprechend jener Antriebskette auszubilden, die beim Fahrrad verwendet wird. In anderen Worten, da der die Zahnabschnitte bildende Teil, d. h. der Flansch, der in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs in Bezug auf den Grundabschnitt vorspringt, spanend bearbeitet werden soll, kann die spanende Bearbeitung unter Verwendung einer handelsüblichen Maschinendrehbank vorgenommen werden (wie dies bei der Bildung eines runden Zahnrades auch der Fall ist), ohne Verwendung einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine, und bei dem Verfahren findet keinerlei Schnittvorgang an jenem Grundabschnitt statt, der die Festigkeit erfordert, während gleichzeitig es das Verfahren ermöglicht, daß nur jener die Zahnabschnitte bildende Teil tatsächlich auch spanend bearbeitet wird, bei welchem die spanende Bearbeitung erforderlich ist.
Im Ergebnis kann ein elliptisches Zahnrad wirksam und rasch durch Ausstanzen in einer spanlosen Bearbeitung durch eine Presse und durch spanende Bearbeitung mittels einer Maschinendrehbank hergestellt werden, ohne daß man eine Absenkung der Festigkeit des Zahnrades verursacht.
Die obigen und weiteren Ziele und neuartige Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung noch deutlicher ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.
In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Zwischenprodukts, das durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist,
Fig. 2 die teilweise vergrößerte Ansicht eines Längsschnitts durch das Zwischenprodukt,
Fig. 3 eine erläuternde Ansicht, die die spanlosen Bearbeitungen des Zwischenprodukts zeigen,
Fig. 4 eine Frontansicht eines elliptischen Zahnrades, welches durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde,
Fig. 5 die Ansicht eines Schnitts, der längs Linie V-V in Fig. 4 vorgenommen wurde, und
Fig. 6 die Ansicht eines Schnitts, der längs Linie VI-VI in Fig. 4 vorgenommen wurde.
Das Ausgangsmaterial bei dem Herstellungsverfahren eines elliptischen Zahnrads der vorliegenden Erfindung verwendet ein Aluminiumblech mit einer Dicke (T), beispielsweise 2,8 mm, und einer durch Wärmebehandlung in einer Lösung bzw. Vergütungsglühen erhöhten Härte.
Als erstes wird das Aluminiumblech durch eine Preß- bzw. Prägemaschine spanlos bearbeitet, um ein Zwischenprodukt 1 auf eine solche Weise auszubilden, daß dessen äußerer Umfangsabschnitt eine elliptische Form aufweist, mit Zahnabschnitten versehen ist und in einer Richtung, und zwar in Richtung der Breitenerstreckung des Blechs, in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt 10 (der näher der Mitte des Teils 1 als der äußere Umfangsabschnitt liegt) vorspringt, um hierdurch einen Flansch 11 am äußeren Umfangsabschnitt zu bilden, und der Flansch 11 wird mit einer Anzahl von Zahnabschnitten 12 ausgebildet.
Das Zwischenprodukt 1 ragt, wie in Fig. 2 gezeigt, am äußeren Umfangsabschnitt (d. h. dem Flansch 11, der mit den Zahnabschnitten 12 ausgebildet ist) in einer Richtung und in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs (d. h. in Fig. 2 zur linken Seite hin) in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt (10) vor und weist die Querschnittsform eines Tellers mit Rand bzw. einer Schüssel mit Flansch auf.
Als nächstes wird der Flansch 11 des Zwischenprodukts 1 spanend an einer Außenoberfläche 11 a, in Richtung des Überstands gesehen, um 0,8 mm in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs spanend bearbeitet, so daß die Dicke (H) der Zahnabschnitte 12 um 0,8 mm kleiner ist als die Dicke (T) (2,8 mm) des Zwischenprodukts 1, wodurch Zahnteile 2 mit einer Dicke von 2,0 mm geschaffen werden.
Die Ausbildung des Zwischenprodukts 1 kann durch Verwendung einer Presse durch gleichzeitige Bearbeitung beim Ausstanzen und beim Herstellen des Vorsprungs hergestellt werden. Es ist bevorzugt, ein Zwischenprodukt hauptsächlich durch die nachfolgenden vier Vorgänge einer Prägebearbeitung zu bilden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist:
(1) Ein erster Vorgang (I) zum Ausstanzen des Aluminiumblechs (1 A) mit 2,8 mm Dicke, so daß es elliptisch ist.
(2) Ein zweiter Vorgang (II), bei welchem das elliptische Element (1 B) an dem äußeren Umfangsabschnitt in einer Richtung, in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs gesehen, in Bezug auf den mittleren Abschnitt nach vorne versetzt wird, um einen Flansch 11 zu bilden.
(3) Ein dritter Vorgang (III), bei welchem das elliptische Element (1 B) am Flansch 11 gestanzt wird, um die Zahnabschnitte 12 zu bilden, und auch am mittleren Teil, um den radial nach innen weisenden Abschnitt (d. h. den Grundabschnitt) 10 zu bilden, und um auch mehrere Montageschenkel 13 zu bilden, welche sich von dem radial einwärts gelegenen Abschnitt (dem Grundabschnitt) 10 radial nach innen erstrecken.
(4) Ein vierter Vorgang (IV) zur Bildung abgeschrägter Flächen (12 a, 12 b) durch Prägen der Oberflächen an beiden Seiten der Spitzen der Zahnabschnitte 12.
Das Zwischenprodukt 1 kann auch nur durch den ersten und zweiten Vorgang der Prägebearbeitung und nicht durch alle die oben erwähnten vier Vorgänge gebildet werden.
Das durch die Prägebearbeitung bzw. spanlose Bearbeitung auf die oben erwähnte Weise gebildete Zwischenprodukt 1 wird dann bei normaler Temperatur ausgehärtet, so daß es eine Härte (gerade HRB 80 oder mehr) aufweist, um eine ausreichende Widerstandsfähigkeit (oder Streckgrenze, Streckfestigkeit) gegenüber der Kette für Fahrräder zu erhalten. Diese Kaltaushärtung wird vor der spanenden Bearbeitung des Flansches 11 am Zwischenprodukt 1 vorgenommen; dann wird die Bildung der Zahnteile 2 vorgenommen. Die Kaltaushärtung kann aber auch nach der spanenden Bearbeitung des Flansches vorgenommen werden. Ferner kann in Abhängigkeit von der Auswahl des Ausgangsmaterials auch kein Erfordernis für die Kaltaushärtung vorliegen.
Die spanende Bearbeitung des Flansches wird hauptsächlich durch eine herkömmliche Maschinendrehbank vorgenommen, wobei das Zwischenprodukt 1 durch ein Spannfutter in der Drehbankeinrichtung der Maschine getragen und gedreht wird, und ein Schneidwerkzeug radial von einem Punkt im Drehweg der äußeren Umfangskante 1 a des Flansches an der Seite der größeren Hauptachse des Zwischenprodukts 1 bis zu einem Punkt im Drehweg der ersten inneren Umfangskante 1 b des Flansches an der Seite der kleineren Hauptachse bewegt wird.
Was vom Schneidwerkzeug spanend abgetragen wird, ist lediglich die Außenoberfläche auf der vorspringenden Seite des Flansches 11, welcher in Bezug auf die Hauptebene des Zwischenprodukts 1 übersteht. Somit ist die Breite des Flansches 11 in radialer Richtung so eingestellt, daß sie über den gesamten Umfang des Flansches hinweg gleich bleibt, so daß das Maß des Schnittvorganges (W 1) in radialer Richtung auf der Seite der größeren Hauptachse gleich ist dem Schnittmaß (W 2 in radialer Richtung an der Seite der kleineren Hauptachse.
Somit wird keine Absenkung der Festigkeit an den Zahnteilabschnitten auf der Seite der größeren Hauptachse veranlaßt, wodurch die gleichförmige Festigkeit eines jeden Zahnteils 2 geliefert wird.
Das Maß des Überstands des Flansches 11 am Zwischenprodukt 1, das die Querschnittsform eines Tellers mit Rand aufweist, kann bevorzugt eine solche Größe aufweisen, daß es gerade der Unterschied zwischen der Dicke (T) des Zwischenprodukts 1 und der Dicke (H) der Zahnteile ist oder größer ist.
Wie aus dem Obigen ersichtlich, wird ein Zwischenprodukt 1 zuerst auf eine solche Weise hergestellt, daß ein Aluminiumblech mit einer Dicke, die ausreicht, um die erforderliche Festigkeit zu liefern, spanlos bearbeitet wird bzw. gepreßt wird, so daß der äußere Umfangsabschnitt, der mit den Zahnabschnitten 12 versehen ist, in einer Richtung und in Richtung der Dickenerstreckung des Blechs in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt 10 übersteht, um hierdurch einen Flansch 11 am äußeren Umfangsabschnitt zu bilden, wobei am Flansch 11 eine Anzahl von Zahnabschnitten 12 ausgebildet sind, so daß das Zwischenprodukt 1 die Querschnittsform eines Tellers mit Rand aufweist und in der Frontansicht elliptisch ist. Dann wird der Flansch 11 des Zwischenprodukts 1 in Richtung der Dickenerstreckung des Bleches an der äußeren Umfangsfläche 11 a in Richtung des Überstands so spanend bearbeitet, daß die Dicke des die Zahnabschnitte 12 bildenden Teils in Bezug auf die Gesamtdicke des Zwischenprodukts 1 verringert wird, wobei dann Zahnteile 2 gebildet werden, die eine Dicke aufweisen, welche mit der zu verwendenden Antriebskette übereinstimmt. Im Ergebnis kann der Schnittvorgang durch Verwendung einer herkömmlichen Drehmaschine vorgenommen werden, und es kann vorgesehen werden, daß das Schnittmaß in radialer Richtung auf der Seite der größeren Hauptachse gleich jenem auf der Seite der kleineren Hauptachse ist, wobei die Absenkung der Festigkeit der Zahnteilabschnitte an der Seite der größeren Hauptachse vermieden wird und hierdurch eine gleichförmige Festigkeit an jedem Zahnteilabschnitt geliefert wird, wobei eine hohe Festigkeit des Zahnrads insgesamt, ein leichtes Zahnrad und ein billig herzustellendes Zahnrad erzielt werden kann.
Die in der Erfindung erwähnte elliptische Form sollte nicht auf eine Ellipse begrenzt sein, welche in Bezug auf die größere und kleinere Hauptachse symmetrisch geformt ist, sondern kann auch eine verformte Ellipse umfassen, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.
Während ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die speziellen Merkmale hiervon beschränkt, welche lediglich erläuternd sind und keine Beschränkung bilden sollen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines elliptischen Zahnrads, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
(a) ein Formgebungsvorgang eines Zwischenprodukts, wobei ein Aluminiumblech gepreßt wird, um den äußeren Umfangsabschnitt des Zwischenprodukts zu veranlassen, eine elliptische Form anzunehmen, und mit Zahnabschnitten so versehen wird, daß er in der Richtung in Richtung der Dickenerstreckung in Bezug auf den radial einwärts gelegenen Abschnitt des Zwischenprodukts überzusteh, um einen Flansch am äußeren Umfangsabschnitt zu bilden, wobei am Flansch eine Anzahl von Zahnabschnitten ausgebildet sind, und
(b) ein Formgebungsvorgang für die Zahnteile, bei welchem der Flansch des Zwischenerzeugnisses in Richtung der Dickenerstreckung an der äußeren Oberfläche in Projektionsrichtung des Flansches spanend abgetragen wird, um die Dicke des die Zähne bildenden Teils in Vergleich mit der Gesamtdicke des Zwischenelements zu verringern und somit die Zahnteile zu bilden.
2. Verfahren zur Herstellung eines elliptischen Zahnrads nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formgebungsvorgang des Zwischenproduktes die folgenden Merkmale aufweist:
- ein erster Vorgang, bei welchem ein Aluminiumblech durch Bearbeitung in einer Presse ausgestanzt wird,
- ein zweiter Vorgang, bei welchem der äußere Umfangsabschnitt des elliptischen Elements geprägt wird, um in einer Richtung und in Richtung der Dickenerstreckung in Bezug auf einen mittleren Abschnitt des elliptischen Elements so vorzuspringen, daß ein Flansch gebildet wird,
- ein dritter Vorgang, bei welchem der Flansch des elliptischen Elements durch Bearbeitung in einer Presse ausgestanzt wird, um Zahnabschnitte zu bilden, und ein mittlerer Abschnitt des elliptischen Elements durch Arbeit in der Presse ausgestanzt wird, um mehrere Montageschenkel zu bilden, und
- ein vierter Vorgang, bei welchem die Oberflächen der Seiten der Spitzen der Zahnabschnitte durch eine Bearbeitung in der Presse geprägt werden.
3. Verfahren zur Herstellung eines elliptischen Zahnrads nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenprodukt hergestellt wird, nachfolgend einer Kaltvergütungsbehandlung ausgesetzt wird und dann mit den Zahnteilen ausgebildet wird.
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