DE10160038C1 - Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Bauteils - Google Patents

Abstract

Mit einem Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Bauteils aus einer rotationssymmetrischen Vorform mit einem scheibenförmigen Nabenbereich soll ausschließlich durch Umformen aus einer scheibenförmigen Vorform ein rotationssymmetrisches Bauteil geschaffen werden, dessen Nabenbereich eine ausreichende Flexibilität aufweist. DOLLAR A Dies wird dadurch erreicht, dass der scheibenförmige Nabenbereich der relativ zu wenigstens einem in axialer und radialer Richtung verfahrbaren Umformwerkzeug, vorzugsweise einer Drückrolle, rotierenden Vorform durch Drücken mittels der wenigstens einen Drückrolle wenigstens in einem radialen Mittelbereich in seiner Wanddicke reduziert und das dabei verdrängte Material zur Vergrößerung des Außendurchmessers der Vorform ohne Wanddickenvergrößerung radial nach außen verlagert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Bauteils aus einer rotationssymmetri­ schen Vorform mit einem scheibenförmigen Nabenbereich.

Zur Herstellung rotationssymmetrischer Bauteile ist es be­ kannt, als Ausgangsmaterial eine scheibenförmige Blechronde einzusetzen, aus der in nachfolgenden Bearbeitungsschritten beispielsweise Anlasserzahnkränze, Riemenscheiben oder sonstige Getriebebauteile gefertigt werden. Anstelle einer Blechronde kann auch eine andere Vorform eingesetzt werden, die dann jedoch zumindest einen scheibenförmigen Bereich aufweist.

Aus DE 195 24 089 C1 ist es bekannt, für die Umformung einer Blechronde zu einem Getriebeteil einen Drückprozess zu ver­ wenden. Dabei wird die Blechronde in eine Werkstückaufnahme eingespannt, deren Außendurchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Blechronde entspricht. Eine Drückrolle fährt anschließend über die Nabenfläche des Bauteils und verschiebt das Material aus der Fläche der Blechronde zum Rand hin, wo es am axialen Wandbereich der Werkstückaufnahme zur Anlage kommt, wodurch am Rand der Blechronde eine Ver­ dickung entsteht, die das Einbringen der erforderlichen Pro­ filierung ermöglicht. Dabei bleibt der Außendurchmesser der Blechronde aufgrund der Ausbildung der Werkstückaufnahme er­ halten und das aus der Fläche der Blechronde verlagerte Material wird zur Ausformung des radial außenliegenden ver­ dickten Randbereiches verwendet.

Bei einer einstückigen Herstellung von Anlasserzahnkränzen besteht die Problematik darin, dass zum einen die Naben­ fläche dünnwandig gestaltet sein muss, um eine ausreichende axiale Flexibilität aufzuweisen, um die auftretenden Biege­ wechselspannungen aufnehmen zu können. Zum anderen muss die Blechronde jedoch eine solche Wanddicke aufweisen, dass durch einen möglichst einfachen Bearbeitungsschritt der Randbereich soweit verdickt werden kann, dass die notwendige Profilierung, d. h. insbesondere Verzahnung, Eingebracht wer­ den kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ausschließlich durch Umformen aus einer scheibenförmigen Vorform ein rotationssymmetrisches Bauteil geschaffen werden kann, dessen Nabenbereich eine ausreichende Flexibilität aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs bezeich­ neten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der scheiben­ förmige Nabenbereich der relativ zu wenigstens einem in axialer und radialer Richtung verfahrbaren Umformwerkzeug, vorzugsweise einer Drückrolle, rotierenden Vorform durch Drücken mittels der wenigstens einen Drückrolle wenigstens in einem radialen Mittelbereich in seiner Wanddicke redu­ ziert und das dabei verdrängte Material zur Vergrößerung des Außendurchmessers der Vorform radial nach außen verlagert wird.

Dieses Verfähren bietet die Möglichkeit, die Ausgangswand­ dicke der Blechronde bzw. der Vorform mit einem scheibenför­ migen Nabenbereich so groß zu dimensionieren, dass der radial innere Anschlussbereich eine ausreichende Festigkeit, z. B. zur Verbindung mit der Kurbelwelle eines Kraftfahrzeu­ ges, aufweist und der radial außenliegende Randbereich der Blechronde durch einen einfachen Prozess weiter verdickt werden kann, um beispielsweise bei Anlasserzahnkränzen die Ausformung der Verzahnung zu ermöglichen. Da der Nabenbe­ reich mit einer so großen Ausgangswanddicke zu steif wäre, wird durch den Drückprozess der radial mittlere Abschnitt der Blechronde bzw. Vorform so weit verdünnt, dass er den Anforderungen an die axiale Flexibilität des Bauteils ge­ nügt. Dabei wird das Material, das durch die Wanddickenredu­ zierung gewonnen wird, zur Vergrößerung des Durchmessers des Bauteils verwendet. Dabei ist, anders als bei dem Verfahren gemäß DE 195 24 089 C1, beim Drückprozess keine Randver­ dickung erwünscht, vielmehr kann und soll sich das Bauteil beim Drückprozess radial nach außen ausdehnen können. Durch das Verfahren können die unterschiedlichen radialen Ab­ schnitte des Bauteils so dimensioniert werden, wie es für die jeweiligen Anforderungen an diese Bereiche erforderlich ist, wobei unnötige Materialverluste vollständig vermieden werden, wie diese durch eine spanende Bearbeitung zwangsläu­ fig anfallen würden.

Dabei ist in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, dass der Nabenbereich der Vorform von der Drückrolle in die Auf­ nahme für die Vorform umgeformt wird. Durch eine entspre­ chende Gestaltung der Aufnahme für die Vorform ist es mög­ lich, den jeweiligen Anforderungen entsprechend den Nabenbe­ reich gezielt in die jeweils gewünschte wanddickenreduzierte Form zu bringen, insbesondere ist es auch möglich, den Nabenbereich mit axialen Versprüngen auszubilden, falls dies im Einzelfall gewünscht ist, d. h. der Nabenbereich ist dann nicht eben.

Um gezielt den gewünschten Außendurchmesser des herzustel­ lenden Bauteils einstellen zu können, ist bevorzugt vorge­ sehen, dass der Außenrand der Vorform von der Drückrolle gegen einen ringförmigen Anschlag der Aufnahme für die Vor­ form umgeformt wird, wobei dann selbstverständlich der ring­ förmige Anschlag einen Innendurchmesser aufweist, der dem gewünschten Außendurchmesser des Bauteils entspricht.

Wenn anschließend in das Bauteil eine Profilierung einge­ bracht werden soll, ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, dass der in seiner Wanddicke nicht reduzierte Außenumfang des Nabenbereiches der Vorform anschließend in seiner Wand­ dicke verdickt wird. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen, beispielsweise in der in DE 195 24 089 C1 be­ schriebenen Weise oder auch durch Bordieren oder auch durch einen Umformprozess mit einer Umformrolle radial von außen.

Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, dass eine Vorform aus Vergütungsstahl eingesetzt wird. Da bei der Kaltumformung eine Kaltverfestigung eintritt, kann das Bauteil einstückig ausgeführt und auf einen separaten Mitnehmer aus einem höherwertigen Stahl verzichtet werden, wie es sonst bei einem Einsatz eines solchen Bauteils für Automatikgetriebe üblich ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielhaft näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bear­ beitende, als Blechronde ausgebildete Vorform, die in eine Drückvorrichtung eingelegt ist,

Fig. 2 die in die Drückvorrichtung eingelegte Vorform nach Fig. 1 bei der erfindungsgemäßen Umformung des Nabenbereiches mit bereits vergrößertem Außendurch­ messer,

Fig. 3 das erfindungsgemäß umgeformte Bauteil, nunmehr ein­ gespannt vor einem weiteren Umformvorgang mit einer Bordierrolle oder Umformrolle,

Fig. 3a und 3b mögliche Formen für den verdickten Außenrand,

Fig. 4 eine alternative Randverdickung mit einer von radial innen zustellenden Drückrolle und einer in axialer Richtung zustellbaren Begrenzungsrolle und

Fig. 5 den weiteren Verfahrensablauf nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist das Ausgangsprodukt eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine als Blechronde 1 ausgebildete scheibenför­ mige Vorform, die einen scheibenförmigen Nabenbereich 2 auf­ weist. Anstelle einer solchen Blechronde kann auch ein ver­ gleichbarer rotationssymmetrischer Körper eingesetzt werden, der einen scheibenförmigen Nabenbereich aufweist. Die Vor­ form weist einen Durchmesser D₁ auf.

Die Vorform 1 wird in eine Gegenform eingesetzt, bei der es sich um die Werkstückaufnahme 3 für die Vorform 1 handelt. Diese Werkstückaufnahme 3 weist eine Innenkontur auf, die der zu erzeugenden Nabenform entspricht, insbesondere weist sie einen äußeren ringförmigen Anschlag 4 auf, dessen Innen­ durchmesser D₂ deutlich größer ist als der Außendurchmesser D₁ der Vorform 1.

Um den Nabenbereich 2 der Vorform 1 in der gewünschten Weise umzuformen, ist nun wenigstens eine in radialer und axialer Richtung verfahrbare Drückrolle 5 vorgesehen, die gegenüber der Vorform 1 rotierbar ist, vorzugsweise sind mehrere der­ artige Drückrollen 5 vorgesehen. Ggf. kann zum Niederhalten des Vorformrandes eine zusätzliche Halterolle vorgesehen sein.

Die Drückrolle 5 führt nun durch entsprechend gezielte radiale und axiale Bewegungen die Umformung des Nabenberei­ ches durch. Dabei wird der scheibenförmige Nabenbereich 2 durch Drücken in einem radialen Mittelbereich in seiner Wanddicke reduziert, dieser Bereich ist mit 2a bezeichnet. Da der Innendurchmesser D₂ des ringförmigen Anschlages 4 der Werkstückaufnahme 3 deutlich größer als der Außendurchmesser D₁ der Vorform 1 ist, wird bei diesem Drückvorgang das ent­ stehende überschüssige Material zur Vergrößerung des Außen­ durchmessers der Vorform radial nach außen verlagert. Diesen Zustand zeigt Fig. 2, ausgehend vom Ausgangsdurchmesser D₁ gemäß Fig. 1 weist das Bauteil nunmehr einen größen Außen­ durchmesser D₂ (Fig. 2) auf. Dabei stößt am Ende des Drück­ vorganges gemäß Fig. 2 der äußere Umfangsrand des Bauteils an den ringförmigen Anschlag 4 der Werkstückaufnahme 3 an. In diesem äußeren Umfangsrandbereich ist die Wanddicke des Bauteils gegenüber derjenigen der Vorform 1 im Wesentlichen unverändert, d. h. der Nabenbereich 2a mit verringerter Wand­ dicke ist nur im radialen Mittelbereich des Bauteils ausge­ bildet.

Das erfindungsgemäß umgeformte Bauteil gemäß Fig. 2 kann anschließend auf verschiedene Weise außenrandverdickt wer­ den.

Nach Fig. 3 kann das Bauteil nunmehr zwischen Spannbacken 6, 7 eingespannt werden, wobei der äußere Umfangsrand 2b des scheibenförmigen Nabenbereiches 2, der nunmehr verdickt wer­ den soll und eine größere Wanddicke als die reduzierte Wand­ dicke des Bereiches 2a aufweist, frei aus den Spannbacken 6, 7 herausragt. Durch eine radial von außen nach innen zu­ stellbare Umform- oder Bordierrolle 8 ist es nun in bekann­ ter Weise möglich, den Außenrand zu verdicken, wobei der Außenrand je nach Anforderungen unterschiedliche Profilfor­ men aufweisen kann, beispielsweise einseitig verdickt, was in Fig. 3a dargestellt und mit dem Bezugszeichen 2b' be­ zeichnet ist oder weitgehend symmetrisch verdickt, was in Fig. 3b dargestellt und mit dem Bezugszeichen 2b" bezeich­ net ist.

Zur Wandverdickung kann alternativ auch gemäß Fig. 4 und 5 vorgegangen werden. Dabei verbleibt das gemäß Fig. 2 um­ geformte Bauteil in der Werkstückaufnahme 3 und die Umfor­ mung bzw. Verdickung des äußeren Umfangsrandes 2b erfolgt durch die Drückrolle 5, welche das Material des an den wand­ dickenreduzierten Bereich 2a angrenzenden Bereiches 2b über der gesamten Höhe gegen den ringförmigen Anschlag 4 der Werkstückaufnahme 3 drückt. Dabei wird ein axiales Auswei­ chen durch eine zusätzliche axial verfahrbare Zustellrolle 9 verhindert, so dass sich die gewünschte Verdickung ergibt, den Endzustand dieser Randverdickung zeigt Fig. 5.

Natürlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, weitere Aus­ gestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlas­ sen. So kann als Ausgangsprodukt nicht allein eine Blech­ ronde eingesetzt werden, sondern auch ein anderes rotations­ symmetrisches Bauteil mit einem scheibenförmigen Nabenbe­ reich. Außerdem ist es durch gezielte axiale Verstellung der Drückrolle 5 auch möglich, in radialer Richtung gesehen, die Wanddicke des Nabenbereiches unterschiedlich zu reduzieren, d. h. es kann, anders als bei den Ausführungsbeispielen, nicht nur zwei Bereiche mit verschiedenen Wanddicken geben, sondern auch mehr als zwei. Anstelle einer Drückrolle 5 als Umformwerkzeug kann auch ein Taumelumformprozess mit einem Taumelwerkzeug verwendet werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Bau­ teils aus einer rotationssymmetrischen Vorform mit einem scheibenförmigen Nabenbereich, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Nabenbereich der relativ zu we­ nigstens einem in axialer und radialer Richtung verfahrbaren Umformwerkzeug, vorzugsweise einer Drückrolle, rotierenden Vorform durch Drücken mittels der wenigstens einen Drück­ rolle wenigstens in einem radialen Mittelbereich in seiner Wanddicke reduziert und das dabei verdrängte Material zur Vergrößerung des Außendurchmessers der Vorform ohne Wand­ dickenvergrößerung radial nach außen verlagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenbereich der Vorform von der Drückrolle in die Aufnahme für die Vorform umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrand der Vorform von der wenigstens einen Drückrolle gegen einen ringförmigen Anschlag der Aufnahme für die Vorform umgeformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in seiner Wanddicke nicht reduzierte Außenrand des Nabenbereiches der Vorform anschließend axial verdickt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorform aus Vergütungsstahl eingesetzt wird.