DE3742516C2 - Verfahren zur Herstellung eines schrägverzahnten Innenzahnrades und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines schrägverzahnten Innenzahnrades der im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Gattung sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens mit den Oberbegriffs-Merk­ malen des Patentanspruchs 2.

Aus der US-4 452 060 ist ein Verfahren zum Herstellen eines schrägverzahnten Innenzahnrades aus einem Rohling bekannt, bei welchem ein an seinem Außenumfang mit einem schrauben­ förmigen Ansatz versehenes Preßwerkzeug durch eine Bohrung im Rohling unter gleichzeitiger Relativverdrehung hindurch­ gedrückt wird, so daß an der inneren Umfangsfläche des Roh­ lings ein schraubenförmiger Gang entsteht. Um bei diesem Verfahren die Einführung des Preßwerkzeuges in die Bohrung des Rohlings zu erleichtern, muß dessen Eingangsöffnung durch spanende Bearbeitung erweitert werden. Durch diese spanende Bearbeitung erhöht sich der Herstellungsaufwand um die Bearbeitungszeiten, was zu einem insbesondere bei Massenartikeln unerwünschten Anstieg der Herstellungskosten führt. Da bei diesem Vorgehen das Ausformen der Zähne durch ein Vorwärtsfließpressen erfolgt und der Kopfendbereich des Preßstempels nicht unterstützt wird, ist es schwierig, Innenzahnräder mit einer hohen koaxialen Genauigkeit zu er­ halten.

Aus der US-3 753 365 ist eine Vorwärts-Hohlstrangpresse be­ kannt, bei der mehrere Preßstücke kreisförmig um einen Form­ hohlraum angeordnet sind. Ein Preßdorn hat einen mit nega­ tivem Schrägzahnprofil versehenen schmaleren Endabschnitt, der mittels eines Druckzylinders in der Mittenachse des von Druckstücken gebildeten Kranzes verschoben werden kann. Auf diesen Preßdorn wird ein durchgehend rohrförmiges Werkstück aufgeschoben, das mit beiden Endflächen an je einem durch Hydraulikzylinder verschiebbaren Kopf abgestützt wird. Das Werkstück besitzt im Bereich des nicht-profilierten glatten Preßdorns einen wesentlich größeren Außen- und Innendurch­ messer, so daß es beim Durchschub durch die Preßstücke radial zusammengedrückt wird. Bei der Ausformung des Innen­ profils sind außerordentlich hohe Preßkräfte erforderlich, weil eine axiale Relativbewegung zwischen dem rohrförmigen Werkstück und den Preßstücken auftritt, die außerordentlich hohe Reibungskräfte zur Folge hat. Darüber hinaus muß zur Erzielung der für die Ausbildung der Schrägzähne erforder­ lichen Verdrehbewegung des Werkstückes der gesamte Preßkopf incl. der Hydraulikzylinder verdreht werden, was Abdich­ tungsprobleme bei der Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit verur­ sacht. Diese bekannte Vorwärts-Hohlstrangpresse ist somit technisch außerordentlich aufwendig, da eine Vielzahl von Hydraulikzylindern für die unterschiedlichen Bewegungen der Einzelteile notwendig ist.

Aus der US-3 299 680 ist eine Vorrichtung zum Umformen von relativ dünnwandigen hülsenförmigen Werkstücken bekannt, die in vorgegebenen Abschnitten durch radiales Zustellen von mehreren gegeneinander winkelversetzten Walzen mit profi­ liertem Walzenmantel eingedrückt werden.

Aus der DE-25 51 156 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von hohlzylindrischen Körpern mit in ihrer Längsachse verlaufenden inneren Nuten, Rillen oder Kerben bekannt, bei dem ein napfförmiger Rohling kraftschlüssig auf einen rotierenden Dorn aufgeschoben wird, wobei dieser Dorn eine entsprechende Rillung an seiner Umfangsfläche aufweist. Durch Druck auf den Außenmantel des napfförmigen Rohlings wird unter Verringerung des Außendurchmessers und durch Vor­ wärtsstrecken der Rohling auf den Dorn formschlüssig kalt aufgewalzt. Dabei erfolgt die Umformung des Werkstücks durch eine radiale Zustellung der insgesamt drei am Außenmantel des hohlzylindrischen Rohlings angreifenden Walzen, wobei der Dorn zusammen mit dem Werkstück um seine Längsachse ro­ tiert und durch eine anschließende axiale Vorschubbewegung des Dorns zusammen mit dem Werkstück regelmäßig eine gewisse Längung des Werkstücks bewirkt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, an dem hohlzylindrischen Werkstück gleichzeitig mit dem Einwalzen eines inneren Schrägzahnpro­ fils an seinem Außenumfang eine maßgenaue Ringnut herzu­ stellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß werden in einem einzigen Umformvorgang ein inneres Schrägzahnprofil und gleichzeitig eine äußere von einem Endflansch begrenzte Ringnut im Werkstück ausgeformt. Von besonderer Bedeutung dabei ist, daß nur der umzuformende Abschnitt des Werkstücks axial unverschiebbar eingespannt wird, so daß trotz der aufgrund der schrägen Ausrichtung der Verzahnung auftretenden hohen Axialkräfte die äußere Ringnut mit der erforderlichen Genauigkeit eingewalzt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Umformvorgang erfolgt ein Materialfluß aus dem Innenbereich des Rohlings in radialer Richtung in die Zahnlücken des Dorns hinein und gleichzei­ tig ein axial gerichteter Materialfluß im Außenwandbereich bei der Ausbildung der Ringnut, wobei durch diesen axialen Materialfluß der Ringflansch zwischen dem mitdrehenden Ge­ genhalter und der Walzenstirnseite gebildet wird.

Im Patentanspruch 2 ist eine besonders zweckmäßige Vorrich­ tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an­ gegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung von schrägverzahnten Innenzahn­ rädern im Längsschnitt;

Fig. 2 den Rohling für ein Kupplungs- Zahnrad in längsgeschnittener perspektivischer Darstellung;

Fig. 3 ein aus dem Rohling nach Fig. 2 hergestelltes Zahnrad für eine Flanschkupplung mit einer äußeren Ringnut und einer Innenverzahnung;

Fig. 4 die wesentlichen Teile einer anderen Ausführung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt.

Die Walzvorrichtung nach Fig. 1 dient zum Ausformen einer schrägen Innenverzahnung an einem Rohling für ein Zahnrad einer Flanschkupplung für das Freilaufgetriebe eines Kraftfahrzeug-Anlassers.

Das in Fig. 2 gezeigte hohlzylindrische Werkstück 1 aus Stahl ist durch Kaltfließpressen geformt und weist einen zylindrischen Abschnitt 1A mit größerem Durchmesser sowie einen Ab­ schnitt 1B mit kleinerem Durchmesser auf. Beide Abschnitte 1A und 1B sind über einen radialen Zwischenbereich miteinander verbunden. Mehrere An­ sätze 1C sind an der Innenwand des Abschnitts 1A angeformt und begrenzen Aufnahmeräume 1D für Lagerrollen.

Im folgenden wird anhand der Fig. 1 das Ausformen einer Schrägverzahnung 1E an der Innenwand des Ab­ schnitts 1B erläutert. Ein Dorn 2 ist auf einem Teil seiner Mantelfläche mit einem schraubenförmig verlaufenden negati­ ven Schrägzahnprofil 2A versehen und wird in den Abschnitt 1B des Werkstücks 1 eingeschoben. Der Dorn 2 ist in einer Spindel 3 befestigt und wird durch einen nicht dargestellten Antrieb gedreht. Das hohl­ zylindrische Werkstück 1 wird an einer Endfläche seines Zwischenbereiches durch einen zylindrischen Ansatz 3A der Spindel 3 gehaltert. Das Ende des Abschnitts 1B des Werkstücks 1 stützt sich gegen eine Endfläche 4A eines Gegenhalters 4 ab, in dessen Bohrung der Endab­ schnitt 2B des Dorns 2 aufgenommen ist.

Auf einer parallel zum Dorn 2 ausgerichteten Trägerwelle 5 ist eine Walze 7 über ein Nadellager 6 frei drehbar gela­ gert. Die Trägerwelle 5 ist an Armen 51 befestigt und kann senkrecht zur Achse des Dorns 2 zugestellt werden. Ein Deckel 52 ist an einem Ende der Trägerwelle 5 angeschraubt. Durch einen Schmierölkanal 5A wird Schmieröl in das Nadel­ lager 6 eingeführt.

Im Betrieb wird die Spindel 3 durch den Antrieb gedreht, wodurch auch das Werkstück 1 mitgenommen wird. Gleichzeitig wird die Walze 7 auf den zylindrischen Abschnitt 1B des Werkstücks 1 radial zugestellt. Dabei wird das Material des zwischen der Spindel 3 und dem Gegenhalter 4 eingespannten Werkstücks in seinem Abschnitt 1B in das Schräg­ zahnprofil 2A des Dorns durch plastische Verformung eingepreßt, wodurch die in Fig. 3 dargestellte Schrägverzahnung 1E an der Innenwand dieses Abschnitts 1B aus­ geformt wird. Die äußere Mantelfläche des Ab­ schnitts 1B wird ebenfalls plastisch verformt, wobei sich durch die Einwirkung der Walze 7 neben einer Ringnut 1F ein Endflansch 1G bildet. Das so hergestellte Zahnrad wird anschließend vom Dorn 2 durch Verdrehen ab­ genommen. Die Ringnut 1F dient für den Eingriff eines Schaltfingers, der das Zahnrad mit einem Motorritzel kuppelt.

Bei dem beschriebenen Verfahren ist das Werkstück 1 mit seinem Abschnitt 1B in Achsrichtung unverschieb­ bar auf dem mit dem negativen Schrägzahnprofil versehenen Teil 2A des Dorns 2 eingepaßt, wodurch die inneren Schrägverzahn­ nungen 1E sowie gleichzeitig auch die Ringnut 1F mit ausrei­ chender Genauigkeit ausgeformt werden und Nachbearbeitungen entfallen können. Da durch die Wirkung der Walze 7 die Ring­ nut 1F in der Außenwandung des Ab­ schnitts 1b eingewalzt wird, erübrigen sich die bisher hierfür notwendigen spanenden Bearbeitungen, so daß sich die Produktivität verbessert.

Die Ausführung nach Fig. 4 dient zum Ausformen einer Schräg­ verzahnung 10A an der Innenwand des zylindrischen Abschnitts mit größerem Durchmesser 10B eines topfförmigen Werkstücks 10.

Ein Dorn 12 trägt auf der Mantelfläche seines Mittelteils 12A mit größerem Durchmesser ein Schrägzahnprofil, wobei ein angrenzender glattwandiger Dornabschnitt 12B in der Bohrung eines Gegen­ halters 11 gelagert und der andere Dornabschnitt 12C in einer Spindel 13 eingespannt ist. Der Abschnitt mit kleinerem Durchmesser 10C des Werkstückes 1C ist auf den Dornabschnitt 12B aufgeschoben, und zwar bei axial abgezogenem Gegenhalter 11. Wie darge­ stellt, wird der Abschnitt 10B zwischen dem Gegenhalter 11 und der Spindel 13 eingepannt, wodurch eine axiale Lagesicherung des gesamten Werkstücks 10 er­ reicht wird.

Beim Ausformvorgang wird die Spindel 13 gedreht und eine Walze 14 wird auf die Außenwand des Werkstück-Abschnitts 10B senkrecht zur Achse des Dorns 12 zugestellt, so daß dieser Werkstück-Abschnitt 10B in Übereinstimmung mit dem Schräg­ zahnprofil des Dornmittelteils 12A plastisch zu einer schrägen Innenverzahnung verformt wird. Ein so bear­ beitetes Erzeugnis wird als Getrieberad in einem Automatik­ getriebe verwendet.

Die nach dem vorstehenden Verfahren hergestellten Zahnräder können eine geringe axiale Länge aufweisen und über einen Teil oder auch über ihre gesamte axiale Länge mit einer inneren Schrägverzahnung versehen werden. Die nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren hergestellten Keilrücken sind durch den Walzvorgang kaltgehärtet, so daß sich ein Tempern des Fertigproduktes erübrigen kann.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines schrägverzahnten Innen­ zahnrades, bei dem das Werkstück auf einen das Negativ­ profil der Verzahnung tragenden Dorn aufgeschoben und auf diesem axial gehalten ist, der Dorn zusammen mit dem Werkstück in Drehbewegung versetzt und Material aus dem Wandbereich des Werkstücks in das Negativprofil des Dorns mittels mindestens einer parallel zum Dorn frei drehbar gelagerten Walze unter plastischer Verformung eingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum gleichzeitigen Herstellen der Schrägverzahnung (1, 1E, 10A) und einer Ringnut (1F) am Außenumfang des Werk­ stückes (1) der Vorschub der Walze (7; 14) in radialer Richtung erfolgt und die axiale Halterung (3, 4; 11, 13) eine Längenänderung des Werkstückes (1) im Umformungsbe­ reich während des Walzvorganges verhindert.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach An­ spruch 1, bestehend aus
einem drehangetriebenen Dorn mit negativem Zahnprofil, mindestens einer parallel zur Dornachse frei drehbar ge­ lagerten Walze, und
mit einer Halterung zur axialen Festlegung des hohl­ zylindrischen Werkstücks auf dem Dorn,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walze (7; 14) radial vorschiebbar ist und
daß die Halterung (3, 4; 11, 13) aus einer mitrotieren­ den Spindel (3; 13) mit einer radialen Stützfläche für das eine Ende des umzuformenden Werkstückbereiches (1B; 10B) und
einem drehbar gelagerten, axial verschiebbaren Gegenhal­ ter (4; 11) mit einer radialen Spannfläche für das ande­ re Ende des umzuformenden Werkstückbereiches (1B; 10B) besteht, wobei der Dorn (2; 12) in der Spindel (3; 13) angeordnet und das freie Ende des Dorns (2B; 12B) in dem Gegenhalter (4; 11) aufgenommen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem negativen Zahnprofil (12A) versehene Ab­ schnitt des Dorns (12) einen größeren Durchmesser auf­ weist als die beidseitig angrenzenden glattwandigen Dornabschnitte (12B; 12C).