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Dokumentenidentifikation DE102005053989B4 04.09.2008
Titel Verfahren zur Herstellung eines Kupplungskörpers
Anmelder GETRAG FORD Transmissions GmbH, 50735 Köln, DE
Erfinder Helms, Georg, 74391 Erligheim, DE
Vertreter Müller-Gerbes Wagner Albiger Patentanwälte, 53225 Bonn
DE-Anmeldedatum 10.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005053989
Offenlegungstag 24.05.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.09.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.09.2008
IPC-Hauptklasse B21D 53/26(2006.01)A, F, I, 20051110, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B21D 53/28(2006.01)A, L, I, 20051110, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines scheibenförmigen Kupplungskörpers mit einer Außenverzahnung.

Derartige Kupplungskörper werden beispielsweise in Kupplungseinheiten von Schaltgetrieben in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Sie arbeiten dort hauptsächlich als Element für die Übertragung von Drehmomenten von einer Schaltmuffe zu einem Gangrad des Schaltgetriebes. Der Begriff „Kupplungskörper" soll im Sinne der Erfindung auch Synchronringe in derartigen Kupplungseinheiten erfassen.

Beispielsweise offenbart die DE 39 01 501 A1 einen Kupplungskörper, der in einem Wechselgetriebe an einem Zahnrad befestigt ist. Für den Eingriff einer Schaltmuffe weist der Kupplungskörper eine Außenverzahnung auf. Die einzelnen Zähne der Außenverzahnung sind an einem ersten axialen Ende dachartig ausgebildet bzw. weisen an diesem ersten axialen Ende eine Anspitzung auf. Des weiteren weisen die Zähne, gesehen von dem ersten axialen Ende aus in Richtung eines zweiten axialen Endes des Zahnes, einen Abschnitt auf, in dem sich die Querschnitte der Zähne verjüngen. Derartige Hinterlegungen stellen sicher, dass ein Eingriff zwischen diesem Kupplungskörper und einer Schiebemuffe, die eine Innenverzahnung aufweist und in axialer Richtung auf den Kupplungskörper geschoben werden kann, sich unter Last im Schaltgetriebe nicht unbeabsichtigt löst.

Wie bekannt, können im Vergleich zur spanabhebenden Bearbeitung die Herstellungskosten des Kupplungskörpers durch eine spanlose Fertigung gesenkt werden. Üblicherweise werden die scheibenförmigen Kupplungskörper aus einer Platine geprägt oder gestanzt, wobei beispielsweise ein Ziehstempel einer entsprechenden Präge- oder Stanzvorrichtung in axialer Richtung des zu fertigenden Kupplungskörpers wirkt. Die beschriebenen Profile, nämlich Anspitzungen, Hinterlegungen oder auch andere Profilierungen der Zähne können in spanloser Fertigung nur aufwendig eingebracht werden. Beim Stanzen der scheibenförmigen Kupplungskörper aus einer Platine ist zudem der Materialeinsatz sehr hoch. Auch kann der Übergang von Anspitzung und Hinterlegung nur mit großem Aufwand scharfkantig gestaltet werden, wobei ein scharfkantiger Übergang kurze Schaltwege im Schaltgetriebe begünstigt.

Um die Herstellung eines Kupplungskörpers mit hinterschnittenen Zahnprofilen zu vereinfachen, schlägt die DE 100 36 088 A1 vor, für die Herstellung des Kupplungskörpers zwei Scheiben zu verwenden, die zumindest abschnittsweise stirnseitig aneinander liegen und entsprechend aneinander befestigt sind. Der Kupplungskörper wird dabei zwischen dem ersten axialen Ende und dem zweiten axialen Ende so geteilt, dass die Verjüngungen an den einzelnen Ringen bzw. Scheiben problemlos eingeformt werden können. So wird in der DE 100 36 088 A1 vorgesehen, dass jede der Scheiben außen an der Umfangsfläche mit jeweils einem Anteil eines jeden Zahnes der Außenverzahnung versehen ist, wobei der Zahn quer zur Mittelachse des Kupplungskörpers geteilt ist. Die oben beschriebene Zweiteilung des Kupplungskörpers vereinfacht zwar die Einbringung des Zahnprofils, jedoch erhöht sich dadurch die Anzahl der Einzelteile und auch die Anzahl der einzelnen Montageschritte.

Der DE 100 18 039 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines scheibenförmigen Kupplungskörpers mit einer Außenverzahnung zu entnehmen, wobei zunächst ein sich in einer Ebene erstreckender Blechstreifen mit zwei Stirnenden bereitgestellt wird. Auf einer Oberseite des Blechstreifens wird eine Verzahnung durch spanlose Formgebung aufgebracht. Danach wird der Blechstreifen zu einem Ring gebogen, wobei die einzelnen Zähne der Außenverzahnung in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Letztlich werden die zwei zueinander gebogenen Stirnenden miteinander verbunden.

Durch das Verfahren gemäß der DE 100 18 039 C2 kann ein scheibenförmiger Kupplungskörper kostengünstig hergestellt werden. An die ausgeformten Zähne können wahlweise Dachverzahnungen, Hinterschnitte oder sonstige Konturen während des Formungsprozesses oder nachträglich eingebracht werden. Jedoch lassen sich insbesondere bei der Einbringung während des Formungsprozesses keine scharfkantigen Übergänge von Anspitzung und Hinterlegung erzeugen, was bei Kupplungskörpern in Kupplungseinheiten von Kfz-Schaltgetrieben für den Schaltkomfort von Vorteil ist. Eine nachträgliche Einbringung von Konturen ist immer mit zusätzlichen Herstellungskosten verbunden, die möglichst gering zu halten sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kupplungskörpers bereitzustellen, das kostengünstig ist und eine Anordnung von Anspitzungen und Hinterlegungen im Zahnprofil der Zähne der Außenverzahnung gestattet, die beim Einsatz des Kupplungskörpers in Kupplungseinheiten von Kfz-Schaltgetrieben einen höheren Schaltkomfort ermöglicht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können den Unteransprüchen entnommen werden.

Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 ist zunächst ein Blechstreifen bereitzustellen, der sich in einer Ebene erstreckt und zwei Stirnenden aufweist. Vorzugsweise weist dieser Blechstreifen eine rechteckige Grundform auf, wobei eine Länge des Blechstreifens ein Vielfaches einer Breite des Blechstreifens beträgt. In den flach ausgerichteten Blechstreifen wird nun durch z. B. Prägen, Rollieren und/oder Walzen die Außenverzahnung eingebracht. Dabei können Anspitzungen, Hinterlegungen oder dergleichen in kostengünstiger Weise eingeformt werden. Da Verzahnung, Anspitzung und Hinterlegung im gestreckten Zustand des Blechstreifens eingebracht werden, ist das erfindungsgemäße Verfahren mit einem vergleichsweise geringen Werkzeugaufwand möglich. So kann eine aufwendige Bewegung der Werkzeuge, wie dies bei einem bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik zur Anbringung der hinterlegten Verzahnung beim scheibenförmigen Kupplungskörper notwendig ist, durch das erfindungsgemäße Verfahren umgangen werden.

Da die oben erwähnten Profilelemente der Zähne (zum Beispiel Hinterlegung, Anschnitt) frei von Hinterschnitten und in nahezu beliebiger Anordnung eingebracht werden können, ist eine einstückige Fertigung des Kupplungskörpers möglich. Im Vergleich zum Verfahren gemäß der DE 100 36 088 A1 entfallen somit die Fertigungs- und Handhabungskosten für das Fügen von zwei oder mehreren Teilen eines Kupplungskörpers. Die Ausbildung der Profilelemente erfolgt in hoher Genauigkeit, so dass nachträgliche spanabhebende Bearbeitungsgänge bei der Fertigung der Außenverzahnung grundsätzlich entfallen können.

Ein Vorteil bei der Fertigung von Teilen aus Blech besteht darin, dass die einzelnen Verfahren, wie Zuschneiden, Profilieren, Umformen auf einer Fertigungsanlage- oder Linie zusammengefasst werden können, was die Kosten der Fertigung des Kupplungskörpers insbesondere in der Großserie reduziert.

Der Blechstreifen kann z. B. von einem endlosen Bandmaterial mit einer Länge, die dem Umfang des Kupplungskörpers entspricht oder in etwa entspricht, abgetrennt werden. Die endgültige scheibenförmige Form des Kupplungskörpers wird aus diesem Blechstreifen gebildet, der entsprechend kreisförmig gebogen wird und an seinen Stirnenden miteinander verbunden wird, so dass ein geschlossener und in sich stabiler Ring entsteht. Vorteilhaft ist dabei ein trapezförmiger Querschnitt des Blechstreifens, um im kreisförmig gebogenen Zustand einen Rechteckquerschnitt zu erhalten.

Die Aufbringung der Verzahnung auf der Oberseite kann in einer ersten Stufe durch spanloses Formen der Anspitzungen erfolgen, beispielsweise durch Prägen. In einer zweiten Stufe können die Hinterlegungen ausgebildet werden. Das Ausbilden der Hinterlegungen erfolgt vorzugsweise durch Schneiden oder Stoßen. Ein im Querschnitt trapezförmiges Schneidwerkzeug wird dabei entlang einer Stoßrichtung bewegt, die einen Winkel zur Ebene der Oberseite des Blechstreifens aufweist. Dadurch wird zum einen ein Hinterschnitt der Hinterlegungen in der Ebene der Oberseite erreicht. Zum anderen ergibt sich ein scharfkantiger Übergang von Anspitzung und Hinterlegung. Letztlich können durch das Schneiden oder Stoßen die Durchstellungen vom Blechstreifen entfernt werden, die beim Prägen der Anspitzungen entstehen.

Die zueinander gebogenen Stirnenden können stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden werden.

An den Stirnenden des Blechstreifens können Aussparungen vorgesehen werden, die in Umfangsrichtung des zu bildenden Ringes ein formschlüssiges Ineinandergreifen der beiden Stirnenden erlauben. Vorzugsweise sind diese Aussparungen zueinander komplementär ausgebildet. Zweckmäßig sind die Aussparungen so auszulegen, dass an der Stoßstelle der zu verbindenden Stirnenden keine Unstetigkeit in der radialen Dicke des Kupplungskörpers entsteht.

Der Kupplungskörper kann nach dem Verbinden der zwei zueinander gebogenen Stirnenden nachbearbeitet werden. Diese Nachbearbeitung kann spanabhebende Verfahren oder auch ein Kalibrieren umfassen. Insbesondere kann eine radial nach innen gerichtete Innenseite des zu einem Ring gebogenen Blechstreifens vorzugsweise mittels Feinschneidtechnik nachgearbeitet werden. Dabei können an der Innenseite Mitnahmetaschen oder Verzahnungen vorgesehen werden, die eine formschlüssige Drehmomentübertragung des Kupplungskörpers auf beispielsweise einen Synchronkonus oder auf ein Gangrad ermöglichen.

Alternativ oder zusätzlich können an der Innenseite Ansenkungen für die Verschweißung mit dem Gangrad oder dergleichen angebracht werden.

Beim Umformen kann beim Blechstreifen ein Bereich als Rampe ausgebildet werden, der sich nach dem Biegen des Blechstreifens zu einem Ring zu einem konischen Abschnitt des Kupplungskörpers formt. Dieser konische Abschnitt des Kupplungskörpers kann als Teil einer Reibkupplung verwendet werden, durch die Drehzahlunterschiede zwischen verschiedenen Kupplungselementen ausgeglichen werden kann. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Kupplungskörper auch ein Synchronring sein. Bei der Herstellung dieses konischen Abschnitts sind jedoch Schwierigkeiten an der Stoßstelle des Konus zu erwarten, an denen die beiden Stirnenden des Blechstreifens aneinander stoßen.

Die Verschleißfestigkeit des Kupplungskörpers kann durch Härten erhöht werden. Dabei sind sowohl Verfahren zum Durchhärten als auch zum Einsatzhärten verwendbar.

Der Kupplungskörper ist durch Zusammenfügen der Stirnenden des Blechstreifens und gegebenenfalls dem anschließenden Härten im wesentlichen fertig gestellt. Alternativ dazu ist vorgesehen, dass die Zähne der Verzahnung an dem Kupplungskörper vor oder unter Umständen auch nach dem Härten durch Kalibrieren maßgenau zueinander ausgerichtet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

1 einen Blechstreifen mit Verzahnung;

2 im Ausschnitt den Blechstreifen der 1, der zu einem geschlossenen Ring gebogen worden ist;

3 einen Teil des Blechstreifens der 1 von oben.

1 zeigt einen Blechstreifen, der in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnet wird. Der Blechstreifen weist zwei Stirnenden 2, 3 auf. An einer Oberseite 4 des Blechstreifens 1 sind eine Vielzahl von Zähnen 5 ausgebildet, die beispielsweise durch Kaltumformprozesse wie Prägen, Walzen, Rollen, hergestellt werden können. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die 1 bis 3 nur schematische Darstellungen verkörpern, um das erfindungsgemäße Verfahren zu verdeutlichen.

An den beiden Stirnenden 2, 3 sind Aussparungen 6 vorgesehen, die vorzugsweise auch durch Kaltumformen hergestellt werden.

Der in der 1 gezeigte Blechstreifen 1 wird nach erfolgter Formgebung der Zähne 5 einem Biegeprozess unterworfen, wobei die beiden Stirnenden 2, 3 zueinander gebogen werden, um einen geschlossenen Ring, wie er ausschnittsweise in 2 dargestellt ist, zu bilden. 2 verdeutlicht, wie die beiden Aussparungen 6 der jeweiligen Stirnenden 2, 3 sich zu einer in Umfangsrichtung des Ringes formschlüssigen Verklinkung ergänzen. Die beiden Stirnenden 2, 3 können alternativ oder zusätzlich noch miteinander verschweißt werden.

Beim Biegen des flach liegenden Blechstreifens 1 gemäß der 1 wird die Oberseite 4 zu einer radial nach außen gerichteten Außenfläche 7, während eine Unterseite 8 des flach liegenden Blechstreifens (vgl. 1) eine radial nach innen gerichtete Innenfläche 9 bildet. In diese Innenfläche 9 können Mitnahmetaschen (nicht dargestellt) eingebracht werden, die mit entsprechenden Vorsprüngen eines anderen Kupplungselementes zusammenwirken und eine Drehmomentübertragung zwischen dem Kupplungskörper und dem anderen Kupplungselement ermöglichen.

3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III, die in 1 dargestellt ist. Wie zu erkennen, weisen die einzelnen Zähne eine jeweils gleiche Schnittform auf. In 3 ist durch den Pfeil 10 die Richtung angedeutet, aus der in einem Schaltgetriebe eine Schiebemuffe mit einer Innenverzahnung (nicht dargestellt) auf einen durch den Blechstreifen 1 gebildeten Kupplungskörper geschoben wird. Zum gegenseitigen Einrasten der Außenverzahnung des Kupplungskörpers und der Innenverzahnung der Schiebemuffe weisen die Zähne 5 eine Anspitzung 11 auf. Aus der Richtung 10 gesehen schließt sich der Anspitzung 11 eine Hinterlegung 12 an, wobei der Übergang zwischen der Anspitzung 11 und der Hinterlegung 12 scharfkantig ist. Im eingerückten Zustand der Schiebemuffe stehen die Außenverzahnung des Kupplungskörpers und die Innenverzahnung der Schiebemuffe derart in Eingriff, dass die Zähne 5 mit der jeweiligen Hinterlegung an entsprechend ausgeformten Zähnen der Innenverzahnung der Schiebemuffe anliegend. Ein derartiges Zusammenspiel der Zähne bewirkt eine axiale Kraft auf die Schiebemuffe in Richtung des Pfeils 10, so dass ein unbeabsichtigtes Verschieben der Schiebemuffe entgegen der Richtung des Pfeils 10 verhindert wird.

Eine Breite B des gebogenen Blechstreifens 1 bzw. des Kupplungskörpers (siehe 3) beträgt mehrere Millimeter, beispielsweise 5 bis 7 mm. Der Abstand zwischen den beiden Stirnenden 2, 3 des Blechstreifens misst beispielsweise ca. 245 mm, so dass daraus ein Ring mit einem Außendurchmesser von rund 78 mm herstellbar ist.

1
Blechstreifen
2
Stirnende
3
Stirnende
4
Oberseite
5
Zahn
6
Aussparung
7
Außenfläche
8
Unterseite
9
Innenfläche
10
Pfeil
11
Anspitzung
12
Hinterlegung
B
Breite


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines scheibenförmigen Kupplungskörpers mit einer Außenverzahnung, mit folgenden Verfahrensschritten:

Bereitstellen eines sich in einer Ebene erstreckenden Blechstreifens (1) mit zwei Stirnenden (2, 3);

Aufbringen einer Verzahnung auf einer Oberseite (4) des Blechstreifens (1);

Biegen des Blechstreifens (1) zu einem Ring, wobei die einzelnen Zähne (5) der Außenverzahnung des Kupplungselementes in Umfangsrichtung des Ringes nebeneinander beabstandet angeordnet sind; und

Verbinden der zwei zueinander gebogenen Stirnenden (2, 3) miteinander, so dass ein geschlossener Ring entsteht,

wobei die Aufbringung der Verzahnung auf der Oberseite (4) in einer ersten Stufe ein spanloses Formen von Anspitzungen (11) und in einer zweiten Stufe ein Ausbilden von Hinterlegungen (12) umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden von Hinterlegungen (12) durch Schneiden oder Stoßen mit einem im Querschnitt trapezförmigen Schneidwerkzeug erfolgt, wobei eine Schneid- oder Stoßrichtung einen Winkel zur Ebene der Oberseite (4) des Blechstreifens (1) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander gebogenen Stirnenden (2, 3) stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißen miteinander verbunden werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stirnenden (2, 3) des Blechstreifens (1) Aussparungen (6) vorgesehen werden, die in Umfangsrichtung ein formschlüssiges Ineinandergreifen der beiden Stirnenden (2, 3) erlauben. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (6) komplementär ausgebildet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden der Stirnenden (2, 3) der Kupplungskörper nachbearbeitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer radial nach innen gerichteten Innenfläche (9) des gebogenen Blechstreifens (1) Mitnahmetaschen eingebracht werden. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (9) nach erfolgtem Biegen nachgeschnitten wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise an der Innenfläche (9) Ansenkungen für die Verschweißung mit einem Stirnrad oder dergleichen angebracht werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Blechstreifen ein Bereich als Rampe ausgebildet wird, der sich beim zum Ring geformten Blechstreifen (1) zu einem konischen Abschnitt des Kupplungskörpers formt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißfestigkeit des Kupplungskörpers durch Härten erhöht wird.






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