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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Antriebsrads aus einem endabmessungsnahen Rohling und den Rohling selbst.
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Antriebsräder wie beispielsweise Kegelräder werden üblicher Weise geschmiedet und mittels spanabhebender Verfahren in ihre Endform gebracht. Der geschmiedete Rohling ist aus verfahrenstechnischen Gründen von der Endform weit entfernt, so dass, um ein Leichtbau-Antriebsrad zu erhalten, der Zerspanungsaufwand sehr groß ist, da die Räder hohlgebohrt werden müssen und Hinterschnitte und Aussparungen aus dem massiven Rohling auszubilden sind. Dadurch bedingen herkömmliche Herstellungsverfahren einen relativ hohen Materialeinsatz mit viel Abfall.
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Aus der
DE 37 01 703 A1 ist ein Verfahren zur maßhaltigen Herstellung von Kegelrädern bekannt, deren Rückenflächen die Form einer Kugelkalotte haben. Dabei wird ein Rohling zwischen zwei Gesenken, von denen eines eine Verzahnungsgravur aufweist, unter Verwendung eines Pressstempels verformt, der in einem Kanal eines Gesenks vorgeschoben wird und dabei den Rohling verformend in Richtung des anderen Gesenks drückt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung von Leichtbau-Antriebsrädern, umfassend Kegel und beliebige Stirnräder, materialsparend zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines endabmessungsnahen Antriebsrad-Rohlings, aus dem unter geringem Aufwand das Leichtbau-Antriebsrad fertig gestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Antriebsrad-Rohling mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Herstellung eines Antriebsrads aus einem endabmessungsnahen Rohling, wozu zunächst ein Erstrohling mit einem rotationssymmetrischen Radkopf und einem hohlzylindrischen Radschaft bereitgestellt wird. Dieser wird dann entsprechend vorbestimmten Abmessungen für den Radschaft des endabmessungsnahen Rohlings hinsichtlich einer Länge, die größer ist als die Länge des hohlzylindrischen Radschaftes, Wandstärke und Durchmesser rundgeknetet, so dass der endabmessungsnahe Rohling erhalten wird. Was die Abmessungen der Wandstärken und Durchmesser des Radschaftes betrifft, so kann der Radschaft über seine Länge durchaus in seiner Wandstärke und/oder seinem Durchmesser bzw. Außen- und/oder Innendurchmesser variieren. Die vorbestimmten Abmessungen, gemäß derer der Radschaft rundgeknetet wird, entsprechen zumindest weitgehend jenen, die das endfertige Antriebsrad haben soll. Vorteilhaft muss daher letztlich nur noch das Fertigbearbeiten des endabmessungsnahen Rohlings erfolgen.
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Die Fertigbearbeitung des endabmessungsnahen Rohlings kann etwa spanend erfolgen, um die Zahnung in den Radkopf einzubringen. Auch eine Bohrung, einer oder mehrere Hinterschnitte, einer oder mehrere Aussparung(en) können bei der Fertigbearbeitung ausgebildet werden.
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Der Erstrohling kann auf unterschiedliche Weise bereitgestellt werden. So kann zum einen ein einstückiger massiver Rohling mit einem rotationssymmetrischen Radkopf und einem vollzylindrischen Radschaft, der sich zentralaxial zu dem Radkopf erstreckt, geschmiedet werden. Der vollzylindrische Radschaft des einstückigen massiven Erstrohlings wird dann zu dem hohlzylindrischen Radschaft, dessen Länge größer ist als eine Länge des vollzylindrischen Radschaftes, umgeformt.
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Dieses Umformen kann ein Warmumformen sein und beispielsweise mittels eines Werkzeugs erfolgen, das einen Dorn und ein Gesenk umfasst.
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Zum anderen kann der Erstrohling erhalten werden, indem zunächst zwei Teilrohlinge geschmiedet werden: Der rotationssymmetrische Radkopf als ein erster Teilrohling und der hohlzylindrische Radschaft als zweiter Teilrohling. Dieser hohlzylindrische Radschaft wird dann zentralaxial an den Radkopf gefügt, wodurch der Erstrohling gebildet wird.
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Das Fügen des hohlzylindrischen Radschaftes und des Radkopfes kann dabei entweder im kalten oder (teil-)warmen Zustand durch induktives Pressschweißen oder Reibschweißen oder im Warmzustand durch Verschmieden erfolgen. Schaft und Kopf können aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, beispielsweise kann der Schaft aus Stahl und der Kopf aus einem Gussmaterial sein. Der Schaft kann in einem anderen Beispiel auch aus einem Leichtmetall gefertigt sein, während der Kopf aus Stahl besteht. Weitere Kombinationen sind hieraus erschließbar.
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Der rotationssymmetrische Radkopf des Erstrohlings kann durch einen Kegelstumpf oder einen Zylinder mit einer Grundfläche und einer Deckfläche gebildet sein, je nach dem, ob aus dem Rohling ein Kegelrad oder ein Stirnrad hergestellt werden soll. Im Falle eines Kegelstumpfes weist die Deckfläche einen kleineren Durchmesser auf als die Grundfläche, wobei sich der Radschaft insbesondere von der Grundfläche erstreckt. Denkbar sind aber auch Varianten, bei denen sich der Radschaft von der Deckfläche erstreckt.
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Ferner kann der Radkopf Hinterschnitte in der Grundfläche oder der Deckfläche oder beiden aufweisen, bei denen es sich insbesondere um kegelstumpfförmige Hinterschnitte handeln kann, die dem Leichtbau dienen und/oder den Radkopf endkonturnah gestalten. Sind die Grund- und/oder Deckfläche hinterschnitten, so erstreckt sich der Radschaft von der hinterschnittenen Grundfläche, bzw. Deckfläche.
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In der Ausführungsform des Erstrohlings aus den gefügten Teilrohlingen kann zudem vorgesehen sein, beim Schmieden des Radkopf-Teilrohlings an der Grundfläche des Radkopfes eine zentralaxiale Fügezentrierung zu schaffen, mit der das nachfolgende Fügen des hohlzylindrischen Radschaft-Teilrohlings, so dass sich dieser zentralaxial von dem Radkopf erstreckt, erleichtert wird.
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Die zuvor beschriebenen geometrischen Gestaltungen des Radkopfes gelten nicht nur für den separat gefertigten Radkopf-Teilrohling, sondern auch für den einstückigen massiven Rohling der alternativen Verfahrensvariante, dort allerdings sind Bezeichnungen wie Grundfläche von Kegelstumpf oder Zylinder als gedachte Grundfläche des Radkopfes zu verstehe. Ein einstückiger Erstrohling mit kegelstumpfförmigem Radkopf und hinterschnittener Grund- und Deckfläche ähnelt in seiner Erscheinung einem Hutpilz.
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Ein endabmessungsnaher Rohling, der bei der Herstellung eines Antriebsrads durch ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendet wird, weist den Radkopf auf, von dem sich zentralaxial der hohlzylindrische Radschaft mit den vorbestimmten Abmessungen hinsichtlich einer Länge, Wandstärke und Durchmesser erstreckt.
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So kann ein erfindungsgemäßer endabmessungsnaher Rohling verwendet werden, um ein Antriebsrad herzustellen, wobei die Fertigbearbeitung des endabmessungsnahen Rohlings zu dem Antriebrad einfach und materialsparend erfolgen kann. Bei der Fertigbearbeitung kann es sich insbesondere um eine zerspanende Bearbeitung zumindest des Radkopfes handeln, bei der das Antriebsrad durch Ausbilden einer Zahnung am Radkopf endgeformt wird. Eventuell können weitere Bohrungen, Hinterschnitte, Aussparungen bei der Fertigbearbeitung eingebracht werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. dem hierdurch erhältlichen endabmessungsnahen Rohling, der sich durch die rundgeknetete Oberflächenbeschaffenheit des Radschaftes kennzeichnet, lassen sich Leichtbau-Antriebsräder unter verringertem Materialeinsatz und daher weniger Materialverschwendung herstellen. Der Rohling ist hinsichtlich der verwendeten Materialmenge und damit auch des Gewichts optimiert, um mit deutlich verringertem Zerspanungsaufwand zu dem Antriebsrad endbearbeitet zu werden. Beim Verschmieden im Warmzustand kommt es zudem zu keiner Gefügebeeinflussung durch spätere Fügeverfahren. Insgesamt handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um einen energieeffizienten Herstellungsprozess.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
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Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines einteiligen, geschmiedeten, massiven Rohlings für ein Antriebsrad nach dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Seitenschnittansicht eines Radkopfes, der Teil eines erfindungsgemäßen Rohlings ist,
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3 eine schematische Seitenschnittansicht eines Radkopfes und eines hohlzylindrischen Radschafts vor dem Fügen zu einem Erstrohling gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante,
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4 eine schematische Seitenschnittansicht eines aus dem Radkopf und dem hohlzylindrischen Radschaft gefügten Erstrohlings gemäß der ersten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante,
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5 eine schematische Seitenschnittansicht eines aus dem Erstrohling durch Rundkneten des Radschafts erhaltenen erfindungsgemäßen Rohlings für ein Antriebsrad gemäß der ersten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante,
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6 eine schematische Seitenschnittansicht eines einteiligen massiven Erstrohlings mit Radkopf und vollzylindrischem Radschaft gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante,
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7 eine schematische Seitenschnittansicht des Erstrohlings, bei dem der vollzylindrische Radschaft zu einem hohlzylindrischen Radschaft umgeformt wurde, gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante,
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8 eine schematische Seitenschnittansicht eines aus dem umgeformten Erstrohling durch Rundkneten des Radschafts erhaltenen erfindungsgemäßen Rohlings für ein Antriebsrad gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante.
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Die Erfindung betrifft die Herstellung von Antriebsrädern unter Einsatz der Schmiedetechnik. Dazu werden erfindungsgemäß hinsichtlich ihres Gewichts und ihres Materialeinsatzes optimiert Rohlinge für die Antriebsräder geschaffen, bei denen es sich sowohl um Kegel- als auch Stirnräder handeln kann.
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1 verdeutlicht einen Rohling 20 gemäß dem Stand der Technik, der einen kegelstumpfförmigen Radkopf 21 und einen zylindrischen Radschaft 22 aufweist. Dieser geschmiedete Rohling ist einteilig und massiv, die Herstellung eines Antriebrads aus diesem Rohling erfordert einen sehr hohen Zerspanungsaufwand zur Darstellung von Bohrungen, Hinterschnitten und Aussparungen, die einer Gewichtsoptimierung des Antriebsrads dienen, so dass der mit diesem Rohling 20 vorliegende Materialeinsatz für ein Leichtbau-Antriebsrad zu hoch ist. Um den bei der Zerspanung entstehenden Materialabfall möglichst gering zu halten und den Materialeinsatz bei der Herstellung des Leichtbau-Antriebsrads zu minimieren, werden erfindungsgemäß im Wesentlichen zwei Herstellungswege vorgeschlagen, bei denen über einen gewichtsoptimierten und endabmessungsnahen Rohling die Antriebsräder erhalten werden.
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In einer ersten Verfahrensvariante, die in 6 bis 8 skizziert ist, wird aus einem einstückigen, geschmiedeten, massiven Rohling 10.1 (6) in einem Umformvorgang, angedeutet durch die Doppelpfeile b.1 in 7, ein hohlzylindrischer Radschaft 2.1 erzeugt. Die Umformung des vollzylindrischen Radschafts 2 des Ausgangsrohlings 10.1 zu dem hohlzylindrischen Radschaft 2.1 kann durch Warmumformen über ein Dorn/Gesenk erfolgen, wobei es zu einem Längenwachstum des Schaftes kommt. Der Radkopf 1 ist bereits im Ursprungsrohling 10.1 endkonturnah geformt. 8 zeigt, wie in einem zweiten Umformschritt b der hohlzylindrische Radschaft 2.1 durch Rundkneten in der gewünschten Länge, Wandstärke und Durchmesser eingestellt wird, so dass der endabmessungsnahe Radschaft 2.2 des endabmessungsnahen Antriebsrad-Rohlings 11 erhalten wird. Abschließend wird der Rohling 11, der nun nahezu seine Endkontur und -form aufweist, vorzugsweise spanend fertig bearbeitet, indem beispielsweise eine Zahnung in den Radkopf eingebracht wird.
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Die Figurenfolge 3 bis 5 zeigt eine weitere Verfahrensvariante zur Herstellung des endkonturnahen Rohlings 11, der zur Herstellung des Leichtbau-Antriebsrads verwendet wird. Hierbei werden zwei geschmiedete Teilrohlinge, der Radkopf 1 und ein hohlzylindrischer Radschaft 2.1, miteinander gefügt, was durch Pfeil a in 3 angedeutet ist, so dass sich der hohlzylindrische Radschaft 2.1 zentralaxial von dem Radkopf 1 des Erstrohlings 10 (4) weg erstreckt. Der hohlzylindrische Radschaft 2.1, der beispielsweise durch eine geschmiedete Hülse gebildet wird, wird vorliegend an die hinterschnittene Grundfläche 1.2 des Radkopfes 1 axialzentriert gefügt, was durch die Fügezentrierung 1.4, die an der Grundfläche 1.2 des Radkopfs 1 vorliegt, erleichtert wird. Das Fügen von Radkopf 1 und hohlzylindrischem Radschaft 2.1 kann beispielsweise im kalten oder warmen Zustand durch induktives Pressschweißen oder Reibschweißen erfolgen, es kann aber auch durch ein Zusammenschmieden der beiden Teilrohling 1, 2.1 im warmen Zustand erfolgen.
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Wie in der oben genannten Verfahrensvariante wird nun der Erstrohling 10 (zu sehen in 4) beziehungsweise der Radschaft 2.1 rundgeknetet, so dass der endabmessungsnahe Rohling 11 (5) in der gewünschten Länge, den gewünschten Wandstärken und Durchmessern erhalten wird. Wie oben erfolgt auch hier abschließend die Fertigbearbeitung zu dem Antriebsrad.
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2 skizziert den Radkopf 1, der vorliegend durch seine Mantelfläche 1.3 ein kegelstumpfartiges Erscheinungsbild hat, jedoch in Grundfläche und Deckfläche Hinterschnitte aufweist, so dass die Seitenschnittansicht des Radkopfs 1 grob einem M ähnelt. Sowohl die hinterschnittene Deckfläche 1.1 als auch die hinterschnittene Grundfläche 1.2 können beliebige Hinterschnittmaße aufweisen, denkbar sind aber auch Radköpfe ohne Hinterschnitte. Der Winkel w, um den die Mantelfläche 1.3 gegen die Vertikale geneigt ist, kann auch variieren, ein Sonderfall besteht für den Winkel w = 0, so dass es sich dann bei dem Radkopf um einen zylinderförmigen Radkopf handeln, der auch zur Darstellung von Stirnrädern geeignet ist. In der hinterschnittenen Grundfläche 1.2 ist die Fügezentrierung 1.4 zu sehen, die in der Variante, die von zwei geschmiedeten Teilrohlingen ausgeht, der vereinfachten axialen Zentrierung bei dem Fügen des Radschaftes an den Radkopf dient.
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Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit dem separaten Radkopf aus 2 beschrieben wurden, gelten selbstverständlich – bis auf die Fügezentrierung in der Grundfläche – auch für den Radkopf des einstückigen Rohlings. So kann dieser auch entsprechende Hinterschnitte aufweisen und verschiedene Winkel w der Mantelfläche 1.3 haben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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