DE10020176C2 - Verfahren zur Herstellung einer Scheibe mit einer verdickten Nabe durch Tiefziehen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Scheibe mit einer verdickten Nabe mit den Verfahrensschrit­ ten: Umformen einer Blechronde in mindestens einem Tiefzieh­ vorgang zu einer Haubenform, Einbringen eines kreisschei­ benförmigen mittigen Durchbruchs in die Haubenform und axiales Stauchen und gleichzeitiges radiales Verdicken ei­ nes Seitenwandbereichs zur Herstellung der verdickten Nabe.

Solche Scheiben werden beispielsweise in der Getriebetech­ nik für Mehrrillen- oder Keilrippenscheiben benötigt.

Bei der Herstellung dieser Scheiben war es bisher erforder­ lich, die Nabe aufgrund ihrer höheren Wandstärke separat zu fertigen und anschließend mit der Scheibe durch Hartlöten oder Schweißen zu verbinden. Eine bekannte Scheibe weist beispielsweise eine Dicke von 3 bis 5 mm auf, während die Materialstärke der Nabe 5 bis 8 mm beträgt. Diese Herstel­ lungsverfahren sind sehr kostenintensiv, da eine Nabe aus einem Halbzeug, etwa einem Rohrmaterial abgelängt und ge­ eignet spanabhebend bearbeitet werden muss. Weiterhin muss ein Scheibenkörper gezogen und gelocht werden. Nach dem Verlöten oder Verschweißen müssen die Teile zur Einhaltung der jeweils geforderten Toleranzen Nachbehandlungen wie ei­ ner Kalibrierung oder einer nochmaligen spanabhebenden Be­ arbeitung unterzogen werden. In diesem Zusammenhang erweist sich aufgrund der auftretenden Verzüge insbesondere die starke lokale Wärmeeinwirkung beim Löten oder Schweißen als nachteilig.

Grundsätzlich kann an eine Scheibe eine Nabe durch Tief­ ziehen angeformt werden. Allerdings ist es bisher durch Tiefziehen nicht möglich, Naben mit gegenüber der Ausgangs­ blechdicke deutlich erhöhter Wandstärke herzustellen.

Gattungsgemäße Verfahren sind in den Druckschriften DE 42 44 802 C2 und DE 42 94 681 C2 beschrieben. Dort wird zu­ nächst in mehreren Tiefziehschritten in eine Blechronde eine überstehende Nabe eingearbeitet. Um der Nabe eine de­ finierte Höhe zu verleihen, ist vorgesehen, in einem Endbe­ arbeitungsschritt die Endfläche der Nabe axial zusammenzu­ stauchen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Her­ stellung einer Scheibe mit einer verdickten Nabe anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bevorzugte Ausgestaltun­ gen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Verfahren der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet,

• - dass die Blechronde zu einer Haubenform mit einem sich radial erstreckenden Bodenbereich, einem sich axial erstreckenden Seitenwandbereich und einem an den Seitenwandbereich anschließenden, sich radial erstreckenden Randbereich tiefgezo­ gen wird,
• - dass der sich radial erstreckende Bodenbereich und der sich radial erstreckende Randbereich beim Tiefziehen weitgehend unverformt bleiben und
• - dass beim Tiefziehen der sich axial erstreckende Seitenwandbereich zylindrisch ausgeformt und ein koaxial verlaufender Nabenbereich bereits weitgehend vorgeformt wird.

Eine Grundidee der Erfindung kann darin gesehen werden, den axialen Seitenwandbereich einer durch mindestens einen Tiefziehvorgang hergestellten Haubenform nach dem Einbrin­ gen eines kreisscheibenförmigen Durchbruches in den radia­ len Bodenbereich der Haubenform durch axiales Stauchen radial zu verdicken. Der Durchbruch kann beispielsweise durch Stanzen oder Bohren in den Bodenbereich eingearbei­ tet werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik ist zunächst, dass die Scheibe einstückig hergestellt wird, so dass ein Hartlöten oder Schweißen zur Verbindung der Nabe mit der Scheibe nicht mehr notwendig ist. Dadurch können auch die bisher notwendigen spanabhebenden Nachbearbeitungen weggelassen werden und das Verfahren wird insgesamt deutlich einfacher und billiger. Weiterhin kann durch die Umformung beim Tiefziehen durch Kaltverfestigung eine Gütesteigerung des Materials erzielt werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Teile haben eine besonders robuste Oberfläche. Insbesondere kann durch die Umlenkung des Faserverlaufs beim Tiefziehen die Festigkeit des Werkstücks gezielt an den beanspruchten Stellen erhöht werden. Dadurch lassen sich bereits mit preiswerten Ziehblechqualitäten gute Festigkeitswerte erzielen. Mit dem Verfahren der Er­ findung können Werkstoffkosten, Werkstoffverbrauch, Ferti­ gungszeiten und damit die Fertigungskosten insgesamt deut­ lich verringert werden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird beim Einbringen des kreisscheibenförmigen Durchbruchs an dem Bodenbereich ein definierter kreisringförmiger Rand be­ lassen und zur Herstellung einer axialen Verlängerung des Seitenwandbereichs wird vor dem axialen Stauchen der kreis­ ringförmige Rand hochgestellt. Hierdurch wird zusätzliches Material bereitgestellt, welches durch das anschließende Stauchen in den verdickten Seitenwandbereich der Nabe ein­ gearbeitet wird. Durch diese Maßnahme kann eine hohe Mate­ rialausbeute erzielt werden.

Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn das Hochstellen des Randes mit einem Tiefziehstempel durch­ geführt wird. Beispielsweise kann das Hochstellen mit dem im letzten Tiefziehvorgang benutzten Tiefziehstempel erfol­ gen. Damit können weitere Umspann- und/oder Werkzeugwech­ selschritte eingespart werden.

Um eine über Umfangs- und axiale Richtung besonders gleich­ mäßige Verdickung des Randbereiches zu erzielen, wird zur Herstellung eines ebenen stirnseitigen Rands vor dem axia­ len Stauchen eine Stirnseite des hochgestellten Rands durch Drehen bearbeitet.

Eine andere bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stauchen in mindestens zwei Schritten mit jeweils unterschiedlichen Stauchwerkzeu­ gen, insbesondere als ein Vorstauchen und ein sich daran anschließenes Fertigstauchen, durchgeführt wird. Hierdurch kann eine noch höhere und noch gleichmäßigere Verdickung des Seitenwandbereiches erzielt werden. Hierbei hat sich vor allem als vorteilhaft erwiesen, beim Vorstauchen einen Stauchring mit konischer Bohrung, d. h. mit einem axial kon­ tinuierlich zunehmenden Innendurchmesser zu verwenden. Be­ sonders bevorzugt ist es dabei, den konischen Stauchring so auf die Haubenform aufzusetzen, dass sich der größere In­ nendurchmesser unten, d. h. unmittelbar benachbart zum Rand­ bereich der Haubenform befindet und der kleinere Durchmes­ ser sich entsprechend oben, also benachbart zum stirnseiti­ gen Rand des Seitenwandbereichs befindet. Es kann dann eine Zwischenform erzeugt werden, bei welcher eine radiale Dicke des Seitenwandbereichs nach dem Vorstauchen in axialer Richtung vom Randbereich in Richtung des stirnseitigen Rands abnimmt. Durch die Konizität des Stauchrings kann das Material besser in den dem Randbereich der Haubenform be­ nachbarten Bereich fließen und diesen füllen. Heim an­ schließenden Fertigstauchen kann dann zur Herstellung eines in axialer Richtung gleichmäßig verdickten Seiten­ wandbereichs ein Stauchring mit gleichmäßigem Innendurch­ messer verwendet werden. Es hat sich überraschend herausge­ stellt, dass durch die Verwendung der beschriebenen Stauch­ ringe, insbesondere durch die Verwendung des konischen Stauchrings, beim Vorstauchen eine noch größere Verdickung des Seitenwandbereichs erzielt werden kann.

Beim Einbringen des Durchbruchs in den Bodenbereich der Haubenform ist bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des Seitenwandbereiches und dem Durchmes­ ser des Durchbruches 1 : 0,5 bis 0,7, insbesondere 1 : 0,6 beträgt. Bei einer Wahl der Durchmesser in diesem Bereich kann zum Einen eine Rissbildung beim Hochstellen vermieden werden und zum Anderen besonders viel Material zur Ver­ dickung des Seitenwandbereichs bereitgestellt werden.

Einer Rissbildung beim Hochstellen des Rands kann weiter­ hin auch dadurch vorgebeugt werden, dass der Durchbruch vor dem Hochstellen durch einen kegelförmigen Stempel aufge­ weitet wird. Dadurch kann ein noch geringerer Durchmesser des Durchbruches gewählt und das Material damit noch besser ausgenutzt werden.

Zur Erzielung einer profilierten Scheibe kann nach dem axialen Stauchen eine Kontur in den Randbereich eingeformt werden. Das Einformen der Kontur kann durch mindestens einen, insbesondere durch zwei Formschlagvorgänge erfolgen.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind dadurch ge­ kennzeichnet, dass zum Bilden der Haubenform mehrere Tief­ ziehvorgänge, insbesondere fünf bis neun Tiefziehvorgänge durchgeführt werden. Dadurch können Riss- und Faltenbildung im Werkstück besonders effizient vermieden werden.

Besonders gute Ergebnisse werden hierbei erzielt, wenn ab dem zweiten Tiefziehvorgang der Außendurchmesser der Hau­ benform in jedem Tiefziehvorgang um 20% bis 40% reduziert wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Übersicht über die verschiedenen Zwischen­ stadien eines Werkstücks, jeweils in Schnitt­ ansicht, bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Werkstücks aus Fig. 1 in Schnittansicht nach dem Einbringen des Durchbruches in den Bodenbereich;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Werkstücks aus aus Fig. 1 in Schnittansicht nach dem Hochstellen des Rands;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Werkstücks aus Fig. 1 in Schnittansicht nach der drehenden Bear­ beitung des stirnseitigen Rands;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Werkstücks aus aus Fig. 1 in Schnittansicht nach dem Vorstau­ chen;

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Werkstücks aus aus Fig. 1 in Schnittansicht nach dem Fertigstau­ chen;

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Werkstücks aus aus Fig. 1 in Schnittansicht nach dem Einformen der Kontur;

Fig. 8 eine Stauchwippe und einen zugehörigen Stauch­ ring zum Vorstauchen; und

Fig. 9 eine Stauchwippe und einen zugehörigen Stauch­ ring zum Fertigstauchen.

In Fig. 1 sind die verschiedenen Stadien eines Werkstücks für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah­ rens schematisch dargestellt. Ausgehend von einer Blech­ ronde 5 wird in einem ersten Tiefziehvorgang eine erste Haubenform 7a mit einem Randbereich 13, einem Seitenwand­ bereich 11 sowie einem Bodenbereich 9 gefertigt. In sechs weiteren Tiefziehschritten (zweite bis siebte Haubenform 7b bis 7g) wird jeweils der Außendurchmesser der Haubenform verringert sowie die axiale Höhe vergrößert. Dabei wird der Außendurchmesser der Haubenform in jedem Tiefziehvorgang um 20% bis 40% reduziert.

Durch Einarbeiten eines kreisscheibenförmigen Durchbruchs 15 in den Bodenbereich 9 der siebten Haubenform 7g entsteht eine erste Zwischenform 10a, wobei ein definierter kreis­ förmiger Rand 17 am Bodenbereich 9 belassen wird. Im an­ schließenden Verfahrensschritt wird der untere Rand 17 durch dem im letzten Tiefziehvorgang verwendeten Tiefzieh­ stempel hochgestellt. Es entsteht eine zweite Zwischenform 10b. Bei einer dritten Zwischenform 10c wurde der stirnsei­ tige Rand 21 des Seitenwandbereiches 11 drehend bearbeitet, um so im nachfolgenden Stauchen eine möglichst gleichmäßige Verdickung des Seitenwandbereiches 11 erreichen zu können.

Mit den Bezugsziffern 10d und 10e sind eine vierte Zwi­ schenform nach dem Vorstauchen und eine fünfte Zwischenform nach dem Fertigstauchen bezeichnet. Nach dem Einformen ei­ ner Kontur in den Randbereich 13 erhält man schließlich ei­ ne fertige Scheibe 1 mit einer verdickten Nabe 3.

In den Fig. 2 bis 7 sind wesentliche Stadien des er­ findungsgemäßen Verfahrens im Detail dargestellt.

Fig. 2 zeigt die erste Zwischenform 10a, in die ein kreis­ scheibenförmiger Durchbruch 15 mit einem Durchmesser 16 eingebracht ist. Dies kann vorteilhafterweise durch Stanzen unter Belassung eines kreisringförmigen Rands 17 geschehen. Ein Durchmesser 31 und eine Dicke 37 des Randbereiches 13, eine Dicke 33a sowie eine axiale Höhe 39a des Seitenwandbe­ reiches 11 bleiben dabei gegenüber der im letzten Tiefzieh­ schritt hergestellten siebten Haubenform 7g unverändert.

In Fig. 3 ist die zweite Zwischenform 10b nach dem Hoch­ stellen des kreisringförmigen Rands 17 gezeigt. Zum Hoch­ stellen wurde der Tiefziehstempel des letzten Tiefziehvor­ gangs verwendet. Vor dem Hochstellen wurde der kreisschei­ benförmige Durchbruch 15 durch einen kegelförmigen Stempel aufgeweitet. Der hochgestellte Rand 17 bildet eine axiale Verlängerung 19 des Seitenwandbereiches 11, so dass eine axiale Höhe 39b der zweiten Zwischenform 10b gegenüber der Höhe 39a der ersten Zwischenform 10a erhöht ist. Eine Dicke 33b des Seitenwandbereiches 11 der zweiten Zwischenform 10b bleibt bei diesem Verfahrensschritt noch unverändert. Ein stirnseitiger Rand 21 ist nach dem Hochstellen des Rands 17 im Allgemeinen nicht eben ausgerichtet. Es ist daher vor­ teilhaft, eine Stirnseite des hochgestellten Rands 17 zur Herstellung eines ebenen stirnseitigen Rands 21 durch Dre­ hen zu bearbeiten. Die dadurch entstehende dritte Zwischen­ form 10c ist in Fig. 4 dargestellt.

Durch die drehende Bearbeitung ist eine axiale Höhe 39c der dritten Zwischenform 10c gegenüber der axialen Höhe 39b der zweiten Zwischenform 10b geringfügig reduziert. Im Bereich der axialen Verlängerung 19 ist außerdem eine Dicke 22 ge­ genüber einer Dicke 33c des Seitenwandbereiches 11 verrin­ gert. Nach dem Vorstauchen mit einem federnd gelagerten ko­ nischen Stauchring und einer passenden Stauchwippe 43 (siehe Fig. 8) erhält man die in Fig. 5 dargestellte vierte Zwi­ schenform 10d, bei der eine radiale Dicke 33d des Seiten­ wandbereiches 11 gegenüber der Dicke 33c der dritten Zwi­ schenform 10c bereits um etwa 20% erhöht ist. Weiterhin ist eine axiale Höhe 39d der vierten Zwischenform 10d um etwa ein Drittel gegenüber der axialen Höhe 39c der dritten Zwischenform 10c reduziert. Wegen der Konizität des verwen­ deten Stauchrings 41 ist ein unterer Außendurchmesser 35d" des Seitenwandbereichs um etwa 1% bis 2% größer als ein stirnseitiger Außendurchmesser 35d'. Dies gestattet im Ver­ fahrensschritt des Fertigstauchens mit Hilfe eines federnd gelagerten Stauchrings 51 mit gleichmäßigem Innendurchmes­ ser 52 sowie mit Hilfe einer dazu passenden Stauchwippe 53 (siehe Fig. 9) eine in radialer und Umfangsrichtung beson­ ders gleichmäßige Verdickung.

Die fünfte Zwischenform nach dem Fertigstauchen ist in Fig. 6 dargestellt. Ein Außendurchmesser 35 sowie eine Dicke 33 des Seitenwandbereichs 11 weisen bereits die bei der in Fig. 7 gezeigten fertigen Scheibe 1 vorliegenden Werte auf. Die Dicke 33 des Seitenwandbereiches 11 ist gegenüber der Dicke des Seitenwandbereichs 33d der vierten Zwischenform 10d nochmals um etwa 17% erhöht. Gleichzeitig ist die axiale Höhe 39e gegenüber der axialen Höhe 39d der vierten Zwischenform um etwa 14% reduziert.

Die in Fig. 7 dargestellte fertige Scheibe 1 mit einer ver­ dickten Nabe entsteht aus der fünften Zwischenform 10e nach Einformen einer Kontur in den Randbereich 13 durch ein zweistufiges Formschlagen. Dabei wird außerdem eine Dicken­ profilierung in den Randbereich 13 eingearbeitet, so dass bei der fertigen Scheibe 1 die Dicke 37 des Randbereiches 13 radial außen am größten ist und radial nach innengehend (Bezugsziffern 37' und 37") kontinuierlich zunimmt. Ein Außendurchmesser 32 der fertigen Scheibe 1 ist durch das Formschlagen gegenüber dem Außendurchmesser 31 der Zwi­ schenformen 7a bis 7e um etwa 1% reduziert.

In Fig. 8 sind in Schnittansicht ein Stauchring 41 sowie eine dazu passende Stauchwippe 43 zum Vorstauchen darge­ stellt. Der Stauchring 41 weist eine konische axiale Boh­ rung 45 auf, deren oberer Durchmesser 42' um etwa 1, 2% kleiner ist als der untere Durchmesser 42". Der Durchmes­ ser 44 der Stauchwippe 43, welche beim Stauchen von oben in den Stauchring 41 eingreift, entspricht dem oberen Durch­ messer 42' des Stauchrings 41.

Fig. 9 zeigt einen Stauchring 51 mit entsprechender Stauch­ wippe 53 für den Vorgang des Fertigstauchens. Der Stauch­ ring 51 weist eine axiale Bohrung 55 mit konstantem Innen­ durchmesser 52 auf, der dem Außendurchmesser 54 der Stauch­ wippe 53 entspricht.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung einer Scheibe (1) mit einer verdickten Nabe (3) mit den Verfahrensschritten:

• - Umformen einer Blechronde (5) in mindestens einem Tiefziehvorgang zu einer Haubenform,
• - Einbringen eines kreisscheibenförmigen mittigen Durchbruchs (15) in die Haubenform und
• - axiales Stauchen und gleichzeitiges radiales Verdicken eines Seitenwandbereichs (11) zur Herstellung der verdickten Nabe (3),

dadurch gekennzeichnet,
dass die Blechronde (5) zu einer Haubenform mit einem sich radial erstreckenden Bodenbereich (9), einem sich axial erstreckenden Seitenwandbereich (11) und einem an den Seitenwandbereich (11) anschließenden, sich radial erstreckenden Randbereich (13) tiefgezogen wird,
dass der sich radial erstreckende Bodenbereich (9) und der sich radial erstreckende Randbereich (13) beim Tiefziehen weitgehend unverformt bleiben und
dass beim Tiefziehen der sich axial erstreckende Seitenwandbereich zylindrisch ausgeformt und ein koaxial verlaufender Nabenbereich bereits weitgehend vorgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass bei dem Einbringen des kreisscheibenförmigen Durchbruchs (15) an dem Bodenbereich (9) ein definier­ ter kreisringförmiger Rand (17) belassen wird und
dass zur Herstellung einer axialen Verlängerung (19) des Seitenwandbereichs (11) vor dem axialen Stauchen der kreisringförmige Rand (17) hochgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochstellen des Randes (19) mit einem Tief­ ziehstempel (23) durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines ebenen stirnseitigen Rands (21) vor dem axialen Stauchen eine Stirnseite des hochgestellten Rands (17) durch Drehen bearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stauchen in mindestens zwei Schritten mit jeweils unterschiedlichen Stauchwerkzeugen, insbeson­ dere als ein Vorstauchen und ein sich daran anschlies­ sendes Fertigstauchen, durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorstauchen ein Stauchring (41) mit koni­ scher Bohrung verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Dicke (33d) des Seitenwandbereiches (11) nach dem Vorstauchen in axialer Richtung vom Randbereich (13) in Richtung des stirnseitigen Rands (21) abnimmt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des Seitenwandbereiches (11) und dem Durchmesser (16) des Durchbruches (15) 1 : 0,5 bis 0,7, insbesondere 1 : 0,6 beträgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (15) vor dem Hochstellen durch einen kegelförmigen Stempel aufgeweitet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem axialen Stauchen eine Kontur in den Randbereich (13) eingeformt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einformen der Kontur durch mindestens einen, insbesondere zwei Formschlagvorgänge erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bilden der Haubenform mehrere Tiefzieh­ vorgänge, insbesondere fünf bis neun Tiefziehvorgänge durchgeführt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ab dem zweiten Tiefziehvorgang der Aussendurch­ messer der Haubenform in jedem weiteren Tiefziehvor­ gang um 20% bis 40% reduziert wird.