DE4321779A1 - Verfahren zum Herstellen eines blechernen Starterkranz-Zahnrads und nach dem Verfahren hergestelltes Starterkranz-Zahnrad - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Her­ stellen eines blechernen Starterkranz-Zahnrad nach dem Ober­ begriff des Anspruch 1 und auf ein nach diesem Verfahren hergestelltes Starterkranz-Zahnrad.

Um Mißverständnissen vorzubeugen, sei nachstehend die Grob-Methode zur Herstellung einer Außenverzahnung durch Kaltumformung bei relativ dünnwandigen hohlen Werkstücken kurz erläutert, obschon sie in Schrift und Praxis weltweit bekannt ist:

Man erzeugt dabei durch Kaltumformung gleichzeitig das Außenprofil und ein Innenprofil , welche Profile verschieden sein können. Dazu wird der rohrförmige Teil des Rohlings, auf einen dem Innenprofil entsprechenden Dorn aufgezogen. Das Werkstück erhält in diesem Zustand einen Werkstückvor­ schub, bei welchem es entlang seiner Werkstückachse verscho­ ben und um die Werkstückachse gedreht wird. Während dieses Werkstückvorschubs wird das Werkstück von außen mit ringar­ tig profilierten Walzen bearbeitet, wobei man mit jeder Wal­ ze in auf die Profilteilung und den Werkstückvorschub abge­ stimmter rascher Folge schlagartige Einzelwalzvorgänge aus­ führt. Diese Einzelwalzvorgänge führt man im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufenden Sinne aus. Mit der gleichen Walze nacheinander geführte Einzel­ walzvorgänge sind dabei auf einer schraubenlinienförmigen Zone angeordnet, wobei die Zone durch den Werkstückvorschub bestimmt wird. Die in Profillängsrichtung in der gleichen Zahnlücke aufeinanderfolgenden Einzelwalzvorgänge werden hinsichtlich ihres Angriffs am Werkstück sich teilweise überdeckend geführt. Bei diesem Verfahren der Kaltumformung auf einem profilierten Dorn wird mit jedem Einzelwalzvorgang Werkstoff entlang eines jeweils relativ kleinen Werkstück­ abschnitts in hauptsächlich radialer Richtung in die Lücken des Dorns befördert. Ein derartiges, auf relativ dickwandige Werkstücke bezogenes Verfahren ist in der CH-PS 579 427, FR-PS 75 385 39 und der DE-OS 25 49 230 veröffentlicht.

Bekanntlich bezeichnet man den Anlasser von Verbren­ nungsmotoren meist in der deutschen Sprache und in vielen anderen Sprachen als Starter.

Bei Kraftfahrzeugmotoren, beispielsweise bei Automobi­ len, wird vorwiegend der elektrische Zahnkranz-Durchdreh- Starter verwendet. Bei diesem Starter ist ein von der Fahr­ zeugbatterie gespeister Elektromotor vorgesehen, welcher zum Starten ein Ritzel antreibt. Dieses Ritzel wird während des Startvorgangs mit dem am Motor angebrachten Starterkranz- Zahnrad in Eingriff gebracht.

Dies bedingt auch, daß Starterkranz-Zahnräder echte Laufradverzahnungsverhältnisse aufweisen.

Im Gegensatz zu gewissen anderen im Kraftfahrzeugsektor vorkommenden Blech-Verzahnungen, wie beispielsweise Zahnrie­ menscheiben, Kupplungslamellenträgern und Vielkeilrohren, handelt es sich bei der Verzahnung des Starterkranz-Zahnrads um eine Verzahnung mit echter Laufradgeometrie, also um echte Zahnräder mit relativ hoher (radial gemessener) und schmaler (axial gemessener) Verzahnung, welche mit einem anderen echten Zahnrad (dem Ritzel) kämmend in Eingriff kommen.

Man hat zur Herstellung eines Starterkranzes mit einer Verzahnung, die echte Laufradgeometrie aufweist, ein bei­ spielsweise in der US-PS 4,796,345 wiedergegebenes Verfahren vorgeschlagen.

Leider haben die nach dem Verfahren der US-PS 4,796,345 in der gerade geschilderten Weise hergestellten Starter­ kranz-Zahnräder manchmal den Nachteil, daß die Wandstärke an den Zahnflanken für gewisse Verwendungen sehr knapp ist.

Profilierte, also eine ausgeprägte Zahnung aufweisende Dorne sind an sich empfindlich, haben eine relativ kurze Standzeit und sind zudem teuer in der Herstellung.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde Star­ terkranz-Zahnräder aus Blech nach der Grob-Methode so her­ zustellen, daß insbesondere der Nachteil der manchmal zu geringen Wandstärke nicht auftritt.

Zur Lösung der Erfindungsaufgabe wird das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren und ein danach hergestelltes Star­ terkranz-Zahnrad vorgeschlagen.

Ein erfindungsgemäßes Starterkranz-Zahnrad, welches eine echte Laufradgeometrie aufweisende Außenverzahnung aufweist, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellt, bei welchem ein blecherner Rohling, welcher einen zu einer Werkstückachse hin verlaufenden Radflansch in einstüc­ kiger Verbindung mit einem parallel und koaxial zur Werk­ stückkachse zylindrisch verlaufenden Mantel aufweist, am genannten Mantel nach der Grob-Methode zu der eine echte Laufradverzahnung aufweisenden Außenverzahnung kalt umge­ formt wird, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß durch die Grobsche Kaltumformung die Wandstärke des Mantels des Rohling dergestalt verändert wird, daß der Abstand des Fußkreises (also der Zahlückenboden) vom im nächstgelegenen Ort der Innenfläche des umgeformten Mantels kleiner ist, als die besagte Wandstärke des Mantels des Rohlings, wobei der Fußkreises der Außenverzahnung immer innerhalb des Mantels verläuft.

Vorzugsweise erfolgt die Kaltumformung des Flansches auf einem Dorn.

Der Dorn ist vorzugsweise zylindrisch oder schwach wel­ lig ausgebildet.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Starterkranz-Zahnrad aus Blech, welches eine von außen zu seiner Werkstückachse hin verlaufenden Radflansch hat, an welchem radial zuäußerst ein rohrartig parallel und koaxial zur Werkstückachse verlaufender, nach der Grob-Methode kalt umgeformter Zahnkranz einstückig angeformt ist, wobei der Zahnkranz (13) eine aus dem kalt umgeformten Stahlblech bestehende, echte Laufradgeometrie aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Fußkreis der Außenverzahnung immer innerhalb des die Außenverzahnung aufweisenden fer­ tigen Mantels verläuft.

Überraschenderweise wurde nämlich festgestellt, daß man ein erfindungsgemäßes Starterkranz-Zahnrad auf ähnliche Weise herstellen kann, wie beim Walzen ins Volle (also wie beim Walzen einer Außenverzahnung an einem vollen Werk­ stück). Man braucht dabei den Blech-Rohling, also das hohle Blechteil NICHT auf einen Profildorn aufzubringen. Schon das alleine bedeutet eine enorme Erleichterung und Einsparung, weil alle, teilweise recht empirischen Maßnahmen zur Her­ stellung des Profildorns nunmehr überflüssig sind. Die erheblichen Kosten eines solchen gezahnten Dorn entfallen nicht nur einmal, sondern immer wieder, weil ja ein solcher Dorn nicht lange haltbar ist.

Statt dessen kann man einen zylindrischen oder einen et­ was welligen Dorn verwenden, der billig und dauerhaft ist.

Wie bei den ins Volle gewalzten Profilen, kann man auch bei der Erfindung einen Rohling aus einem Stahl verwenden, welcher der Oberflächenhärtung zugänglich ist.

Daher sind ausreichend kalt umformbare und danach (z. B. durch Induktionshärtung) oberflächenhärtbare Stahlbleche für den Rohling verwendbar. Wie in der Technik allgemein üblich, ist dabei die Optimierung durch einfache Versuche möglich.

Beispielsweise sind folgende Verfahrensparameter gut geeignet:

• - Blechstärken am Radflansch in der Größenordnung von ca. 3 mm haben sich als gut praktikabel erwiesen.
• - Die Blechstärke des Mantels des Rohlings sollte allerding vorteilhaft das Mehrfache, beispielsweise das mindestens Zweieinhalbfache betragen.
• - Moduln von ca. 2 bis 2,5 ergeben gute Resultate.
• - Walzkopfdrehzahlen von 1200 bis 1400 Umdrehungen pro Minute sind vorzüglich geeignet.
• - Axialvorschübe von 3 bis 6 mm pro Werkstückumdrehung ergeben sauber ausgebildete Verzahnungen, wenn bei den vor­ stehenden Walzkopfdrehzahlen mit zwei Walzköpfen gewalzt wird, und dabei jeder Walzkopf je eine einrippige Walze ent­ hält. Bei mehrrippigen Walzen (z. B. bei Walzen mit 2 oder 3 Rippen) kann der Axialvorschub entsprechend erhöht werden, weil die Bearbeitungsdichte größer ist. Das gilt auch, wenn mehr als eine Walze im Walzkopf ist und die Drehzahlen ana­ log gehalten werden.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Blech-Starterkranz-Zahnrad hat neben den genannten wirt­ schaftlichen Vorteilen auch den Vorteil sicherer Reprodu­ zierbarkeit bei seiner Herstellung.

Ferner ist der Vorteil erhöhter Präzision bei geringerem Aufwand gegeben. Außerdem ist der Vorteil großer Dauerhaf­ tigkeit vorhanden.

Nicht zuletzt ist es auch vorteilhaft, daß die Wand­ stärken im Bereich der Zahnflanken erheblich größer als bei der Herstellung auf einem gezahnten Dorn ausfallen können, so daß auch die Belastbarkeit gesteigert werden kann.

Bei einem Werkstoff guter Qualität treten beim Walzen auf einem gezahnten Profildorn sehr hohe elastische Rückfe­ derungskräfte auf, weil der Werkstoff zwischen dem harten Profildorn und den harten Walzen schlagartig geformt wird. Nach der Erfindung benötigt man keinen Profildorn mehr, so daß die elastische Rückfederung sehr erheblich geringer ist. In der Folge kann auch mit erheblich größeren Vorschü­ ben gefahren werden. Ein Vergleich mit den Verhältnissen beim Walzen ins Volle ist nur teilweise möglich, weil hier das Werkstück vorwiegend oder doch zumindest teilweise als hohl anzusehen ist.

Ein Blech-Starterkranz-Zahnrad, welches nach einer der genannten bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, vermag allerhöchsten Ansprüchen zu genügen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schemati­ schen Zeichnung beispielsweise besprochen.

Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Grob-Maschine in einer ge­ eigneten Ausführung, das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Starter­ kranz-Zahnrads,

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Axial-Ansicht eines Starterkranz-Zahnrads,

Fig. 3 einen gegenüber Fig. 2 vergrößerten Schnitt nach Linie III-III durch den Rohling vor der Kaltum­ formung,

Fig. 4 einen der Fig. 3 ähnlichen Schnitt durch das fertige Starterkranz-Zahnrad,

Fig. 5 ein vergrößertes quer zur Achse Z geschnittenes Detail V aus Fig. 2 des Rohlings im Bereich des Flansches, und

Fig. 6 ein der Fig. 5 ähnliches Detail des Starterkranz- Zahnrads im Bereich des Zahnkranzes.

Das fertige Starterkranz-Zahnrad 1 gemäß Fig. 2, 4 und 6 wurde in erfindungsgemäßer Weise nach der vorstehend schon geschilderten Grob-Methode hergestellt. Man ging dabei von einem Rohling 100 (Fig. 3 und 5) mit einem kleineren Außendurchmesser aus. Durch die dem Walzen ins Volle ähnli­ cheren Verhältnisse beim erfindungsgemäßen Verfahren wird nämlich der Außendurchmesser größer, weil Material vom Zahngrund her zur Zahnspitze hin fließt. (Es ist also nicht so wie beim eingangs genannten bekannten Verfahren, bei wel­ chem das Material radial in die Lücken des Dorns befördert und der Außendurchmesser dabei verkleiner wird.)

Der Rohling 100 hat einen Radflansch 111 und einen damit einstückig verbundenen zylindrischen Mantel 112. Es sei hier angenommen, daß der Rohling 100 aus härtbarem Stahlblech besteht.

Die Wandstärke 116 zwischen der Außenfläche 114 und der Innenfläche 115 des Mantels 112 ist hier größer als die (nicht bezeichnete) Wandstärke des Radflansches 111. Man kann aber auch einen gleich dicken Radflansch verwenden, wenn dies vorteilhaft erscheint.

Dieser Rohling 100 wird im vorliegenden Beispiel mittels der Vorrichtung 2 (Fig. 1) nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren im Rahmen der Grob-Methode in das Starterkranz-Zahrad 1 kalt umgeformt.

Die Vorrichtung Z (Fig. 1) hat in ihrem Maschinengestell 20 einen auf der Werkstückachse Z gelegenen Haltestempel 21, welcher sich nach Maßgabe der Bewegung des Gegenstempels 22 (auch er liegt auf der Achse Z) von diesem bewegt. Zwischen den beiden Stempeln 21, 22 wird der Rohling 100 eingespannt. Dabei greift ein Zentrierteil 23 analog einem zylindrischen Dorn in den Rohling 100 ein, um ihn an der Innenfläche 115 zu stützen und zur Werkstückachse Z zu zentrieren.

Nun wird der Gegenstempel 22 durch den Antriebsschlitten 24 in Richtung des Pfeiles R so rotiert, daß die Rotations­ bewegung des das Werkstück bildenden Rohlings 100 synchron zur Rotatinsbewegung R der beiden Walzköpfe 3 erfolgt. Die Walzköpfe 3 werden durch einen nicht dargestellten, an sich bekannten Antrieb rotiert, wobei die Synchronisation zur Rotationsbewegung R des Werkstücks 100 durch an sich bekann­ te mechanische und/oder elektronische Mittel in an sich bekannter Weise erfolgt.

Außerdem wird der Antriebsschlitten 24 in Abstimmung auf die Walzkopfrotation W durch die Schraubenspindel 25 in Richtung des Pfeils A axial vorgeschoben, wobei der Antrieb 26 der Schraubenspindel 25 auch von den elektronischen Steu­ ermitteln bestimmbar ist.

Die Walzköpfe 3 können durch Stellstempel in Richtung der Doppelpfeile D zum Werkstück zu oder davon weg gestellt werden. In der Regel stellt man sie in der dargestellten Situation auf die richtige Distanz ein und läßt sie dort bis das Walzen beendet ist, oder aber man verstellt sie im Zuge des Walzens über eine NC-Achse nach Maßgabe der tech­ nologischen Erfordernisse. Für den Rückschub und Auswurf des fertigen Starterkranz-Zahnrads kann man sie nötigenfalls verstellen.

In jedem Walzkopf ist nur eine Walze 32 gezeichnet, welche im Schnitt die Form eines Zahnlückenprofils aufweist; natürlich mit geringen Abweichungen zur Kompensation der elastischen Rückfederung, die hier relativ bescheiden ist. Es könnten aber auch mehr Walzen vorhanden sein, womit sich die Antriebsverhältnisse entsprechend ändern würden.

Durch den Walzvorgang entsteht in der für die Grob-Me­ thode typischen Weise allmählich das Starterkranz-Zahnrad 1 (Fig. 2, 4 und 6), dessen Flansch 11 weitgehend dem Flansch 111 des Rohlings 100 entspricht, mit der Ausnahme, daß eine gewisse Umformung in Randbereich der Außenverzahnung 13 erfolgt, was durch die Gegenüberstellung der Fig. 3 und 4 deutlich wird. Es bildet sich die Außenverzahnung 13 mit echter Laufradgeometrie, während sich die Innenfläche 15 dem Stempel anpassend wenig bis gar nicht verändert.

Weil hier kein stark gezahnter Dorn vorhanden ist, kann die Wandstärke 16 (Fig. 4) relativ groß sein, was die Be­ lastbarkeit und Dauerhaftigkeit des Starterkranz-Zahrads in seinem kritischen Bereich wesentlich gegenüber einem solchen nach dem Stand der Technik (siehe Einleitung) steigert.

Wie man vor allem aus den Fig. 2 und 4 deutlich sieht, ist die Außenverzahnung 13 recht hoch (in radialer Richtung gemessen) aber recht schmal (in axialer Richtung gemessen) wie dies bei Starterkränzen üblich ist. Die Zeichnung gibt naturgemäß die Feinheiten der echten Laufradverzahnung kaum wieder.

Außerdem ermöglicht es diese Arbeitsweise, daß man Stahlbleche verwendet, welche der Oberflächenhärtung, bei­ spielsweise durch Induktionshärtung, zugänglich sind, ohne daß bei der Kaltumformung Nachteile entstehen.

In der Zeichnung sind die nachstehenden Teile bezeichnet:

A Axial -Vorschub-Richtung des Rohlings 100.
D Zu- und Wegstell-Richtung der Walzköpfe 3.
R Rotationsbewegungs-Richtung des Rohlings 100.
W Rotationsrichtung von der Walzköpfe 3.
Z Werkstückachse.
  1 Starterkranz-Zahnrad; aus Rohling 100 hergestellt.
  11 Radflansch des Starterkranz-Zahnrads 1.
  12 Mantel des Starterkranz-Zahnrads 1.
  13 Außenverzahnung am Mantel 12.
  14 Fußkreis bei Zahnlückenboden der Außenverzahnung 13.
  15 Innenfläche des Mantels 12.
  16 Wandstärke vom Zahnlückenboden 14 zur Innenfläche 15.
100 Rohling zur Herstellung des Starterkranz-Zahnrads 1.
111 Radflansch des Rohlings 100.
112 Mantel des Rohlings 100.
114 Außenfläche des Mantels 112.
115 Innenfläche des Mantels 112.
116 Wandstärke des Mantels 112 zwischen der Außenfläche 114 und der Innenfläche 115.
  2 Vorrichtung.
 20 Maschinengestell von 2.
 21 Haltestempel von 2.
 22 Gegenstempel von 2.
 23 Zentrierteil von 22.
 24 Antriebsschlitten von 2.
 25 Schraubenspindel von 2.  26a Antrieb von 25.   3 Walzköpfe von 2.  32 Walze in 3.

Claims (5)

1 . Verfahren zum Herstellen eines Starterkranz-Zahnrads aus Blech, welches eine echte Laufradgeometrie aufweisende Außenverzahnung aufweist, bei welchem ein blecherner Roh­ ling (100), welcher einen zu einer Werkstückachse (Z) hin verlaufenden Radflansch (111) in einstückiger Verbindung mit einem parallel und koaxial zur Werkstückachse (Z) zylin­ derartig verlaufenden Mantel (112) aufweist, am genannten Mantel (112) nach der Grob-Methode kalt zu der echte Lauf­ radgeometrie aufweisenden Außenverzahnung (13), umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kaltumformung nach der Grob-Methode die Wandstärke (116) des Mantels (112) des Rohling (100) dergestalt verän­ dert wird, daß der Abstand (16) des Fußkreises (14) zum nächstgelegenen Punkt der Innenfläche (15) des fertigen Mantels (12) kleiner ist, als die besagte Wandstärke (116) des Mantels (112) des Rohlings (100), wobei der Fußkreis (14) der Außenverzahnung (13) immer innerhalb des die Außenverzahnung (13) aufweisenden fertigen Mantels (12) verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltumformung des Rohling-Mantels (112) zum fer­ tigen Zahkranz-Mantel (12) auf einem Dorn (23) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltumformung des Rohling-Mantels (112) zum Zahnk­ ranz-Mantel (12) auf einem zylindrischen bis gewellten Dorn (23) erfolgt.

4. Nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestelltes Starterkranz-Zahnrad (1) aus Blech, mit einem von Außen zu seiner Werkstückachse (Z) hin verlaufenden Radflansch (11), an welchem radial zu äußerst ein rohrartig parallel und koaxial zur Werkstückachse (Z) verlaufender, nach der Grob-Methode kalt umgeformter Zahnkranz (13) ein­ stückig angeformt ist, an welchem Zahnkranz (13) eine aus kaltumgeformtem Stahlblech bestehende, echte Laufradgeome­ trie aufweisende Außenverzahnung (14) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußkreis (14) der Außenverzahnung (13) immer inner­ halb des die Außenverzahnung (13) aufweisenden fertigen Flansches (12) verläuft.

5. Starterkranz-Zahnrad (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (15) des Mantels (12) zylindrisch bis wellig ausgebildet ist.