[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Kurzverzahnung
versehenen Synchronbauteils mit hinterschnittenen Zähnen für Schaltgetriebe durch
Genauschmieden, wobei die Zähne, welche jeweils mit ihrer radial inneren Seite an
einer gemeinsamen Zylinderfläche angesetzt und mit ihrem Fuß auf eine gemeinsame untere
Planfläche aufgesetzt sind, zunächst mit parallel verlaufenden Zahnflanken hergestellt
und anschließend fertiggestaucht werden.
[0002] Ein derartiges Verfahren zur Herstellung von der Kraftübertragung dienenden mit Klauen
bzw. Taschen ist aus der DE-A1-3 134 857 bekannt. Dort werden beim Vorschmieden Klauen
erzeugt, deren Kopfflächen wenigstens entlang ihrer mit den Kupplungsflächen gemeinsamen
Kanten mit Aufmaß hergestellt werden. Durch einen nachfolgenden Kalibrierschlag wird
die gewünschte Schrägstellung der Kupplungsflächen erzielt. Beim Kalibrieren können
die Klauen dabei zwischen quer zu den Kupplungsflächen verlaufenden Gesenkflächen
gestützt werden.
[0003] Ferner ist es bekannt (DE-B-2 040 413), beim Herstellen von Keilzahnrädern mit hinterschnittenen
Zähnen durch Vorpressen Zähne mit parallel verlaufenden Zahnflanken herzustellen,
die anschließend unter Ausbildung einer Dachform fertiggestaucht werden. Die Schräge
der Zahnflanken zur Erzielung der hinterschnittenen Zahnform wird hier mittels einer
besonderen Abschrägungsvorrichtung erzeugt, bei welcher radial bewegliche Stempel
in die Zahnlücken eingreifen.
[0004] Der Anwendung des bekannten Schmiedeverfahrens zur Herstellung von mit einer Kurzverzahnung
versehenen Synchronbauteilen für Schaltgetriebe sind zumindest bei hohen Genauigkeitsanforderungen
bzw. bei sehr kleinen Synchronbauteilen Grenzen gesetzt. Infolge der freien Verformung
der die Kupplungsflächen bildenden Seitenflanken der Klauen durch Stauchen des Kopfaufmasses
läßt sich die Genauigkeit der Ausbildung der Kupplungsflächen nicht beliebig steigern.
[0005] Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die uneingeschränkte
Anwendung des bekannten Verfahrens auf Synchronbauteile der eingangs genannten Art
zu ermöglichen und dabei eine erhöhte Genauigkeit bei der Ausbildung der Kupplungsflächen
zu erzielen.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichneten
Verfahrensschritte a) "Vorschmieden" und b) "Kaltkalibrieren" gelöst. Der Verfahrensschritt
a) kann durch Kalt- oder Warmschmieden verwirklicht werden; auch äquivalentes Kaltfließpressen
kommt in Frage.
[0007] Der Verfahrensschritt b), welcher sich auf einen oder mehrere Kalibrierschläge bezieht,
umfaßt eine dreistufige Verformung durch Kalibrieren, unterscheidet sich also insoweit
grundlegend von dem genannten Stand der Technik.
[0008] In einer ersten Stufe aa) werden die in Richtung der Zahnlänge mit Übermaß hergestellten
Zahnköpfe zunächst vorgestaucht; dabei bleiben die geraden, d.h. in radialen Ebenen
bezüglich der allen Zähnen gemeinsamen Zylinderfläche verlaufenden Zahnflanken im
wesentlichen noch erhalten. Es kommt zu einer Materialverdichtung, die dann in der
zweiten Kalibrierstufe gem. Merkmal bb) zu einer Kaltverfestigung insbesondere in
dem durch die untere Planfläche gestützten Fußbereich der Zähne führt. Diese Kaltverfestigung
im Fußbereich ist nicht nur sehr wesentlich für die genaue Ausformung der Zahnfußausrundung;
ihre besondere Wirkung besteht darin, daß sie beim anschließenden Fertigstauchen der
Zahnform gem. Merkmal cc) die Schräge der die Kupplungsfläche bildenden Zahnflanken
exakt steuert. Je nach Zahnhöhe, Hinterstellungswinkel der Zahnflanken und Flankenformgenauigkeit
kann eine gesenkseitige Abstützung der Zahnflanken zweckmäßig sein. Gleichzeitig wird
während der dritten Verformungsstufe die für Kurzverzahnungen charakteristische Dachform
der Zahnköpfe fertig ausgebildet, wobei die Zahnflanken ihre endgültige Schräge erhalten.
[0009] Es ist grundsätzlich möglich, die drei Verformungsstufen gemäß Merkmal b) von Patentanspruch
1 mittels eines sog. "vorauseilenden" Gesenks innerhalb eines einzigen Kalibrierschlags
zu verwirklichen. Zweckmäßig ist jedoch die Anwendung zweier Kalibrierschläge, wobei
der erste die Verformungsstufen aa) und bb) verwirklicht, der zweite schließlich die
Verformungsstufe cc).
[0010] Die Praxis hat gezeigt, daß nach diesem Verfahren hergestellte Synchronbauteile eine
allen Anforderungen für Schaltgetriebe im Kraftfahrzeugbau genügende Kurzverzahnung
aufweisen.
[0011] Im Rahmen einer Ausgestaltung der Erfindung ist bei der Herstellung des Halbzeugs
von Bedeutung, daß die Zylinderfläche im Bereich der Zahnköpfe durch eine obere Planfläche
begrenzt ist, über welche die Zahnköpfe des Halbzeugs mit wenigstens einem Teil ihres
Aufmaßes hinausragen und daß beim Fertigstauchen die Zähne derartig verformt werden,
daß die Zahnköpfe in oder unterhalb der oberen Planfläche enden.
[0012] Der Verformungsgrad beim Stauchen der Zahnköpfe ist dabei so zu steuern, daß spätestens
während des Fertigstauchens die am Halbzeug ausgebildeten Zähne in einem zwischen
oberer Planfläche und fertiger Zahnkopfform liegenden Bereich von der Zylinderfläche
abgeschert werden. Es ist in diesem Zusammenhang leicht vorstellbar, daß das abgescherte
Material unter Ausbildung der schrägen Zahnflanken in Richtung der Zahnlücke hin ausgeformt
wird; dabei bildet die allen Zähnen gemeinsame Zylinderfläche eine wirksame, die Verformung
nicht behindernde Stützfläche, die mit dem Zahn im Bereich der größten Zahnbreite
unverbunden sein kann.
[0013] Im folgenden wird die Herstellung eines Synchronbauteils anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 einen axialen Halbschnitt durch ein Synchronbauteil,
Fig. 2 einen perspektivischen Abschnitt des Synchronbauteils in der Seitenansicht
mit Zähnen in unterschiedlichen Verformungsstufen und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Zahnes in drei unterschiedlichen Verformungsstufen.
[0014] Der in Fig. 1 dargestellte Halbschnitt durch ein aus einer Vielzahl möglicher Varianten
ausgewähltes Synchronbauteil 1 mit Mittelbohrung 2 zeigt einen mit schraffiertem Querschnitt
dargestellten Ringkörper 3, an welchem zwischen einer oberen Planfläche 4 und einer
unteren Planfläche 5 eine Zylinderfläche 6 ausgebildet ist. An der Zylinderfläche
6 sind die Zähne 7 einer Kurzverzahnung angesetzt, wobei über den Umfang des Synchronbauteils
1 verteilt insgesamt vier Segmente 8 mit jeweils fünf daran angesetzten Zähnen vorgesehen
sind.
[0015] Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem derartigen Segment 8 mit einem fertig geformten
Zahn 7 und zwei weiteren Zähnen, welche Durchgangsstadien des Herstellungsverfahrens
darstellen. Der rechte Zahn mit der Bezeichnung aa) entspricht der Zahnform des nach
dem Warmschmiedeverfahren hergestellten Halbzeugs. Dieser Zahn besitzt, bezogen auf
das Segment 8, längs Radialebenen verlaufende Zahnflanken 9 sowie einen dachartig
geformten Zahnkopf 10, wobei die Dachform etwas oberhalb der oberen Planfläche 4 des
Segments 8 zu liegen kommt. Links ist ein mit cc) bezeichneter fertiger Zahn 7 dargestellt,
allerdings mit stark übertrieben gezeichneter Neigung die Kupplungsflächen bildenden
Zahnflanken 9. Dieser Zahn ist gegenüber dem rechts dargestellten Zahn der Verformungsstufe
aa) in seiner Länge deutlich verkürzt, und zwar als Ergebnis zweier Stauchvorgänge
nämlich aus der Schmiedeform aa) in die in Fig. 3 dargestellte Zwischenform bb) und
danach in die Endform cc). Die beiden letztgenannten Verformungsstufen bb) und cc)
werden bevorzugt durch zwei nacheinander erfolgende Kalibrierschläge verwirklicht.
Gemäß Fig. 2 fällt die Spitze des Zahnkopfs des fertigen Zahns 7 etwa mit der Planfläche
4 zusammen. Dieser geometrische Zusammenhang ist jedoch nicht zwingend. Der Zahnkopf
kann bei anderen Synchronbauteilen geringfügig sowohl über die obere Planfläche 4
hinausragen als auch darunterliegen.
[0016] Die mittlere Zahndarstellung gem. Fig. 2 zeigt übereinandergezeichnet einen fertigen
Zahn 7 (in durchgezogenen Linien) und einen geschmiedeten Zahn (in gestrichelten Linien),
gemäß der rechten Form cc) des Halbzeugs. Die mittlere Zahndarstellung soll den Verformungsgrad
vom Vorschmieden zum Fertigkalibrieren demonstrieren. Dies geht besonders deutlich
auch aus der Darstellung gem. Fig. 3 hervor. Gemäß Fig. 3 ist die zylindrische Fläche
6, in die Ebene projeziert, zwischen zwei strichlierten Linien dargestellt. Auch hier
ist die jeweilige Verformung von der Verformungsstufe aa) für Vorschmieden zu bb)
für Vorstauchen und weiter zu cc) für Fertigstauchen zur Verdeutlichung der Verhältnisse
übertrieben dargestellt. Die beiden letztgenannten Verfahrensstufen finden innerhalb
des Kalibriervorgangs statt und zwar durch einen oder mehrere Kalibrierschlag bzw.-schläge.
Wesentlich ist dabei, daß beim Vorstauchen - in der Verformungsstufe bb) -eine Kaltverfestigung
innerhalb der Zonen 11 um die Fußausrundung 12 der Zähne erzielt wird. Diese Kaltverfestigung
ist wesentliche Ursache dafür, daß die die Kupplungsflächen bildenden Zahnflanken
9 des fertig kalibrieren Zahnes 7 eine formgenaue, ebene Fläche bilden, die in der
jeweils gewünschten Schräge zur Verbreiterung des Zahnkopfes hin nach oben verläuft.
[0017] Mittels eines nicht dargestellten, an sich bekannten vorlaufenden Gesenks, ist es
beim Kalibrieren in der Verformungsstufe bb) möglich, zuerst die Fußausrundung 12
durch Vorstauchen des Zahnes aus der Verformungsstufe aa) in die Verformungsstufe
bb) zu erzeugen. Dabei kommt es in der Verformungsstufe bb) zu einer kaumerkennbaren
Schrägstellung der Zahnflanken 9. Erst beim Fertigstauchen innerhalb der Verformungsstufe
cc) erhalten diese die gewünschte Schrägstellung. Ein Vergleich der links dargestellten
Verformungsstufe aa) mit der rechts dargestellten Endstufe cc) läßt auf der Zylinderfläche
6 den schraffiert dargestellten Scherbereich 13 erkennen, aus welchem ein Werkstofftransport
stattfindet, der im Ergebnis die Kopfverbreiterung des fertigen Zahnes ermöglicht.
Die Zahnformen der Fig. 2 und 3 sind im wesentlichen schematisch dargestellt. In Wirklichkeit
sind die Kanten insbesondere der Zwischenformen aa) und bb) etwas gerundet und die
Schrägstellung der Zahnflanken in der Endform cc) ist deutlich geringer. Nach dem
ersten Kalibrierschritt (Verformungsstufe bb) können die Zahnflanken in Kopfnähe leicht
konvex, darunter geringfügig konkav verlaufen, wie in Fig. 3 durch eine strichlierte
Linie "f" gezeigt.
1. Verfahren zum Herstellen eines miteiner Kurzverzahnung versehenen Snchronbauteils
(1) mit hinterschnittenen Zähnen (7) für Schaltgetriebe durch Genauschmieden, wobei
die Zähne (7), welche jeweils mit ihrer radial inneren Seite an einer gemeinsamen
Zylinderfläche (6) angesetzt und mit ihrem Fuß auf eine gemeinsame untere Planfläche
(4) aufgesetzt sind, zunächst mit parallel verlaufenden Zahnflanken (9) hergestellt
und anschließend fertiggestaucht werden, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
a) Durch Vorschmieden wird ein Halbzeug hergestellt, dessen Kurzverzahnung Zähne (7)
mit einem den fertigen Zahnkopf (10) überhöhendem Aufmaß aufweist.
b) Durch einen oder mehrere nachfolgende Kalibrierschläge wird auf das kalte Halbzeug
derart eingewirkt, daß
aa) zunächst die Zahnköpfe (10) vorgestaucht werden, wobei die Zähne an ihren radial
äußeren Seiten gesenkseitig abgestützt werden,
bb) gleichzeitig mit dem Vorstauchen oder durch einen weiteren Kalibrierschlag durch
Ausrundung der Zahnflanken (9) zur unteren Planfläche (5) eine Kaltverfestigung jeweils
im Fußbereich (11, 12) der Zähne (7) erzeugt wird und
cc) beim Fertigstauchen die Zahnköpfe eine Dachform und die Zahnflanken die ihrer
Hinterschneidung entsprechende Schrägstellung erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderfläche (6)
im Bereich der Zahnköpfe durch eine obere Planfläche (4) begrenzt ist, über welche
die Zahnköpfe des Halbzeugs mit wenigstens einem Teil ihres Aufmaßes hinausragen und
daß beim Fertigstauchen die Zähne (7) derart verformt werden, daß die Zahnköpfe in
Höhe oder unterhalb der oberen Planfläche (4) enden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Stauchen der Zahnköpfe,
spätestens während des Fertigstauchens, die am Halbzeug ausgebildeten Zähne in einem
zwischen oberer Planfläche (4) und fertiger Zahnkopfform liegenden Bereich (13) von
der Zylinderfläche (6) abgeschert werden.
1. Method for the production of a synchronous component (1) provided with short toothing,
with teeth (7) having a back taper for change-over gears by precision forging, in
which case the teeth (7), which are respectively attached by their radially inner
side to a common cylindrical surface (6) and attached by their base to a common lower
plane surface (5), are first of all produced with tooth flanks (9) extending in parallel
and are then subject to final upsetting, characterised by the following steps of the
method:
a) By preliminary forging a semi-finished product is produced, whereof the short toothing
comprises teeth (7) with an admeasurement exceeding the finished tooth tip (10).
b) The effect of one or more successive sizing blows to the cold semi-finished product
is such that
aa) first of all the tips (10) of the teeth are pre-upset, the teeth being supported
adjacent the die on their radially outer sides,
bb) at the same time as the pre-upsetting or due to a further sizing blow, by rounding
the flanks (9) of the teeth with respect to the lower plane surface (5), cold work-hardening
is produced respectively in the base region (11, 12) of the teeth (7) and
cc) at the time of final upsetting, the tips of the teeth acquire a roof shape and
the flanks of the teeth acquire the inclined position corresponding to their back
taper.
2. Method according to Claim 1, characterised in that the cylindrical surface (6)
is limited in the region of the tips of the teeth by an upper plane surface (4), beyond
which the tips of the teeth of the semi-finished product project with at least part
of their admeasurement and that at the time of final upsetting, the teeth (7) are
deformed so that the tips of the teeth terminate at the level of or below the upper
plane surface (4).
3. Method according to Claim 2, characterised in that at the time of upsetting of
the tips of the teeth, at the latest during final upsetting, the teeth formed on the
semi-finished product are sheared off the cylindrical surface (6) in a region (13)
lying between the upper plane surface (4) and the final shape of the tooth tip.
1. Procédé pour la fabrication d'un composant synchrone muni d'une denture courte
avec dents contre- dépouillées, pour changements de vitesse, par forgeage précis,
dans lequel les dents, qui sont accolées chacune par leur côté intérieur radialement
à une surface cylindrique commune et sont posées par leur pied sur une surface plane
inférieure commune, sont tout d'abord fabriquées avec des flancs de dent dirigés parallèlement
et ensuite finies par refoulement, caractérisé par les étapes de procédé suivantes:
a) Par ébauchage, on fabrique un semi-produit dont la denture courte présente des
dents (7) ayant une dimension supérieure à celle de la tête de dent finie (10).
b) Par un ou plusieurs coups de calibrage successifs, on agit sur le semi-produit
froid de telle sorte que:
aa) on ébauche tout d'abord par refoulement les têtes de dent (10), les dents se soutenant
mutuellement du côté de la matrice, à leurs côtés radiaux extérieurs,
bb) en même temps que l'ébauchage par refoulement, ou par un-autre coup de calibrage,
par arrondissement des flancs de dent (9) vers la surface plane inférieure (5), on
provoque un écrouissage, chaque fois dans la région de pied des dents (7) et
cc) lors du finissage par refoulement, les têtes de dent prennent une forme de toit
et les flancs de dent acquièrent la position oblique correspondant à leur contre-dépouille.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface cylindrique
(6) est limitée dans la région des têtes de dent par une surface plane supérieure
(4) au-delà de laquelle les têtes de dent du semi-produit s'avancent par au moins
une partie de leur surmesure et que lors du finissage par refoulement, on déforme
les dents (7) de telle sorte que les têtes de dent se terminent à la hauteur ou en
dessous de la surface plane supérieure (4).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lors du refoulement
des têtes de dent, au plus tard pendant le finissage par refoulement, on sépare par
cisaillement,de la surface cylindrique (6), les dents constituées sur le semi-produit,
dans une région (13) située entre la surface plane supérieure (4) et la forme finie
de tête de dent.