DE102020200853A1

DE102020200853A1 - Verfahren zur umformenden Herstellung einer geschlossenen Hohlwelle

Info

Publication number: DE102020200853A1
Application number: DE102020200853.1A
Authority: DE
Inventors: Sönke Rüsch; Oliver Rang; Martin Jablonski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-24
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2021-07-29
Also published as: CN113172391A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur umformenden Herstellung einer zumindest einseitig geschlossenen Hohlwelle (200), mit den Schritten:- Bereitstellen eines Rohres;- radiales Umformen (U) des Rohres zu einer Hohlwelle (200), welche mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, wobei zumindest ein Ende (210) der Hohlwelle (200) im Durchmesser so reduziert wird, dass eine dünne Restöffnung (220) entsteht;- Verschließen der Restöffnung (220) mit einer Vergussmasse. Die Erfindung betrifft ferner eine verfahrensgemäß hergestellte Hohlwelle (200), wobei dies insbesondere eine Getriebewelle oder Rotorwelle ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur umformenden Herstellung einer zumindest einseitig geschlossenen Hohlwelle. Die Erfindung betrifft ferner eine verfahrengemäß hergestellte Hohlwelle, wobei es sich insbesondere um eine Getriebewelle oder Rotorwelle handelt.
Die DE 197 25 453 C2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle (20) mit einem geschlossenen Ende (31) aus einem Rohr (10) durch Drückwalzen, wozu ein im Inneren des Rohres bzw. Werkstücks angeordnetes Drückwerkzeug (51) verwendet wird. Nach dem Entfernen des Drückwerkzeugs kann zumindest ein Ende des Rohres weiter eingezogen und geschlossen werden. D. h., das Werkstück wird in zumindest einem außenliegenden Bereich so weit umgeformt, dass ein geschlossenes Ende entsteht, sodass keine Fremdstoffe eindringen können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren des Patentanspruchs 1 wird nun ein weiteres, äußerst wirtschaftliches Verfahren zur umformenden Herstellung einer zumindest einseitig geschlossenen Hohlwelle vorgestellt, welches gegenüber dem vorbekannten Verfahren diverse Vorteile aufweist. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Hohlwelle. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung sowie den Figuren.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines (metallischen) Rohres, wobei es sich insbesondere um ein von einem entsprechenden Rohrhalbzeug abgetrenntes Rohrstück handelt;
- radiales Umformen des Rohres zu einer Hohlwelle, welche mehrere Abschnitte (axiale Wellenabschnitte) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist (wie bspw. in der DE 197 25 453 C2 gezeigt), wobei zumindest ein Ende der Hohlwelle (beim radialen Umformen) im Durchmesser so reduziert wird, dass eine (nur) dünne Restöffnung entsteht bzw. verbleibt;
- Verschließen dieser (dünnen) Restöffnung mit einer Vergussmasse.

Die Erfindung sieht also vor, dass das zumindest eine zu verschließende (axiale) Ende der Hohlwelle beim radialen Umformen im Durchmesser gezielt so reduziert wird, dass an diesem Ende bzw. in diesem Endabschnitt eine dünne Restöffnung entsteht bzw. ein schmaler Durchgangskanal verbleibt, welche anschließend mittels Vergussmasse verschlossen und abgedichtet wird. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass durch bloßes radiales Umformen mit vertretbarem Aufwand häufig keine Öldichtheit erreicht werden kann. Durch das vorgesehene Belassen einer Restöffnung können Umformkräfte reduziert und somit auch andere, insbesondere wirtschaftlichere, radiale Umformverfahren (s. u.) angewendet werden. Zudem wird ein Umformen im kalten Zustand sowie auch ein Umformen ohne Dorn ermöglicht.
Bevorzugt wird das betreffende bzw. zu verschließende Ende der Hohlwelle im Durchmesser so reduziert, dass ein massiver zapfenartiger Endabschnitt mit einer dünnen, insbesondere den zapfenartigen Abschnitt axial durchragenden, Restöffnung bzw. Restbohrung entsteht.
Unter einer „dünnen“ Restöffnung wird bevorzugt verstanden, dass die Restöffnung kleiner als die Wanddicke des Rohres, insbesondere kleiner als das 0,5-fache der Wanddicke des Rohres, ist und/oder dass die Restöffnung einen Querschnitt bzw. eine Querschnittsfläche kleiner/gleich 7,0 mm², bevorzugt kleiner/gleich 5,0 mm², besonders bevorzugt kleiner/gleich 3,0 mm² und insbesondere kleiner/gleich 1,0 mm² aufweist und/oder dass die Restöffnung, insbesondere bei einer kreisrunden oder im Wesentlichen kreisrunden Querschnittsform, einen Durchmesser kleiner/gleich 3,0 mm, bevorzugt kleiner/gleich 2,0 mm und insbesondere kleiner/gleich 1,0 mm aufweist. Bevorzugt wird die Restöffnung so dünn bzw. so schmal wie unter den gegebenen Umständen technisch möglich, also kleinstmöglich, ausgebildet.
Bevorzugt erfolgt das radiale Umformen ohne nennenswerte Veränderung der Wanddicke, sodass die Wanddicke der hergestellten Hohlwelle im Wesentlichen der Wanddicke des Rohres entspricht. Das radiale Umformen erfolgt also bevorzugt mit gleichbleibender Wanddicke.
Unter einem radialen Umformen wird verstanden, dass beim Umformen des Rohres zur Hohlwelle die Kraftaufbringung im Wesentlichen in radialer Richtung erfolgt und dadurch das Metallmaterial im Wesentlichen in radialer Richtung, insbesondere nach radial innen, umgeformt wird. Bevorzugt erfolgt das radiale Umformen kalt, d. h. mit Raumtemperatur, wobei auch vorgesehen sein kann, dass das Rohr im erwärmten Zustand umgeformt wird. Bevorzugt erfolgt das radiale Umformen durch Radialschmieden oder Rundkneten, wozu im Weiteren auf entsprechende Fachliteratur verwiesen wird. Durch Radialschmieden oder Rundkneten gelingt auch ein Umformen mit gleichbleibender Wanddicke (s. o.). Das radiale Umformen, insbesondere das Radialschmieden oder Rundkneten, erfolgt insbesondere ohne Dorn bzw. Innenwerkzeug, also dornlos bzw. dornfrei. Gleichwohl kann auch die Verwendung eines Dorns vorgesehen sein.
Als Vergussmasse zum Verschließen der Restöffnung wird bevorzugt ein aushärtbarer Flüssigdichtstoff oder Flüssigklebstoff, insbesondere auf Harzbasis, verwendet. Die Aushärtung kann je nach Dicht- bzw. Klebstoff bspw. durch chemische Eigenreaktion, Wärmezufuhr oder Lichtzufuhr (UV-Beleuchtung) erfolgen.
Am inneren (axialen) Ende der Restöffnung kann ein beim radialen Umformen miterzeugter, insbesondere zur Innenkontur der Hohlwelle gehörender, Hinterschnitt vorhanden bzw. ausgebildet sein, der beim Verschließen der Restöffnung mit der Vergussmasse hinterfüllt wird. Dadurch kann eine hinterschnittige Fixierung der Vergussmasse erreicht werden.
Die Restöffnung kann (vor dem Verschließen mit der Vergussmasse) durch spanende Bearbeitung mit einer hinterschnittigen Kontur versehen werden, die dann beim Verschließen der Restöffnung mit der Vergussmasse ausgefüllt wird. Dadurch kann ebenfalls eine hinterschnittige Fixierung der Vergussmasse erreicht werden. Die hinterschnittige Kontur wird bevorzugt zusammen mit einem Zentrierkegel (konische Zentrierbohrung) für eine spanabhebende Nach- bzw. Endbearbeitung (bspw. für ein Außendrehen der Außenkontur) erzeugt, sodass kein zusätzlicher Fertigungsschritt erforderlich ist. Der Zentrierkegel kann dann ebenfalls mit der Vergussmasse ausgefüllt werden.
Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Hohlwelle, wobei dies insbesondere eine Getriebewelle (für ein Fahrzeuggetriebe) oder eine Rotorwelle (für einen elektrischen Fahrzeugmotor bzw. -generator ist), zeichnet sich dadurch aus, dass diese mittels radialem Umformen hergestellte Hohlwelle mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern (Außendurchmessern) aufweist und zumindest an einem Ende im Durchmesser so reduziert ist, dass (nur noch) eine dünne Restöffnung bzw. ein schmaler Durchgangskanal vorhanden ist, wobei diese Restöffnung mit Vergussmasse verschlossen ist. Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog zum erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt in einer schematischen, nicht maßstabsgerechten Schnittdarstellung ein Rohr für die Herstellung einer Hohlwelle.
2 zeigt in einer schematischen, nicht maßstabsgerechten Schnittdarstellung eine aus dem Rohr der 1 durch radiales Umformen hergestellte Hohlwelle.
3 zeigt in schematischen, nicht maßstabsgerechten Schnittdarstellungen mehrere Ausführungsmöglichkeiten für das Verschließen der Restöffnung an einem Ende der Hohlwelle aus 2.
4 veranschaulicht eine mögliche Prozesskette zur Herstellung einer Hohlwelle gemäß 2 und 3.

1 zeigt ein nur teilweise dargestelltes Metallrohr 100. Aus dem Rohr 100 wird durch radiales Umformen U eine mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern (Außendurchmessern) aufweisende Hohlwelle 200 hergestellt, wie in 2 veranschaulicht, wobei auch die Hohlwelle 200 nur teilweise dargestellt ist. Beim radialen Umformen U wird das gezeigte (rechte) Ende 210 der Hohlwelle 200 im Durchmesser so weit reduziert, dass ein massiver zapfenartiger Endabschnitt mit einer dünnen Restöffnung bzw. einem schmalen Durchgangskanal 220 entsteht. Die Restöffnung 220 wird, insbesondere von außen, mit einer Vergussmasse 300, bspw. einem Flüssigdichtstoff oder Flüssigklebstoff, verschlossen, sodass das betreffende Ende 210 der Hohlwelle 200 dicht und insbesondere öldicht ist. Das andere Ende der Hohlwelle 200 kann offen bleiben oder in gleicher Weise geschlossen werden.
3 veranschaulicht (nicht maßstabsgerecht) verschiedene Ausführungsmöglichkeiten für das Verschließen der Restöffnung 220 mit der Vergussmasse 300. Bei der in 3a gezeigten Ausführungsmöglichkeit wird ein zur Innenkontur 230 der Hohlwelle 200 gehörender Hinterschnitt mit der Vergussmasse 300 hinterfüllt, wodurch eine innendruckfeste hinterschnittige Fixierung der (ausgehärteten bzw. verfestigten) Vergussmasse 300 erreicht wird. Bei der in 3b gezeigten Ausführungsmöglichkeit wird die Restöffnung 220 durch spanende Bearbeitung mit einer konischen (oder vergleichbaren) Zentrierbohrung bzw. einem Zentrierkegel 221 sowie einer hinterschnittigen Kontur 222 versehen, welche beim Verschließen der Restöffnung 220 mit der Vergussmasse 300 ausgefüllt werden, sodass sich ein innen- und außendruckfester Verankerungseffekt ergibt. 3c zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, die eine Kombination der in 3a und 3b gezeigten Ausführungsmöglichkeiten ist.
Die Prozesskette zur Herstellung einer derart endseitig verschlossenen Hohlwelle 200 kann, wie in 4 veranschaulicht, folgende Schritte umfassen:

(10) Bereitstellen des Rohres (100);
(20) radiales Umformen (U) des Rohres (100) zur Hohlwelle (200), insbesondere durch Radialschmieden oder Rundkneten, wobei zumindest ein axiales Ende (210) im Durchmesser so reduziert wird, dass nur noch eine dünne Restöffnung (220) vorhanden ist (optional kann hierbei auch wenigstens eine Verzahnung durch Umformen, insbesondere durch radiales Umformen, erzeugt werden);
(30) spanabhebendes Nachbearbeiten der Hohlwelle (200), wobei die Restöffnung (220) mit einem Zentrierkegel (221) und/oder mit einer hinterschnittigen Kontur (222) versehen werden kann (optional kann hierbei auch noch wenigstens eine Verzahnung durch spanendes Bearbeiten erzeugt werden);
(40) Härten der Hohlwelle (200), insbesondere bei einer Getriebewelle;
(50) spanabhebendes Hartbearbeiten der gehärteten Hohlwelle (200), insbesondere bei einer Getriebewelle;
(60) gegebenenfalls Reinigen der Hohlwelle (200);
(70) Verschließen der Restöffnung (220) bzw. der Restöffnungen mit Vergussmasse (300).

Bezugszeichenliste

10: Schritt
20: Schritt
30: Schritt
40: Schritt
50: Schritt
60: Schritt
70: Schritt
100: Rohr
200: Hohlwelle
210: Ende (Endabschnitt)
220: Restöffnung
221: Zentrierkegel
222: hinterschnittige Kontur
230: Innenkontur
300: Vergussmasse
U: radiales Umformen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19725453 C2 [0002, 0004]

Claims

Verfahren zur umformenden Herstellung einer zumindest einseitig geschlossenen Hohlwelle (200), mit den Schritten: - Bereitstellen eines Rohres (100); - radiales Umformen (U) des Rohres (100) zu einer Hohlwelle (200), welche mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, wobei zumindest ein Ende (210) der Hohlwelle (200) im Durchmesser so reduziert wird, dass eine dünne Restöffnung (220) entsteht; - Verschließen der Restöffnung (220) mit einer Vergussmasse (300).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das betreffende Ende (210) der Hohlwelle (200) im Durchmesser so reduziert wird, dass ein massiver zapfenartiger Endabschnitt mit einer dünnen Restöffnung (220) entsteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Restöffnung (220) einen Querschnitt ≤ 7,0 mm², bevorzugt ≤ 3,0 mm² und insbesondere ≤ 1,0 mm² aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Umformen (U) ohne Veränderung der Wanddicke erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Umformen (U) durch Radialschmieden oder Rundkneten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Umformen (U) ohne Dorn erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergussmasse (300) ein aushärtbarer Flüssigdichtstoff oder Flüssigklebstoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am inneren Ende der Restöffnung (220) ein beim radialen Umformen (U) miterzeugter Hinterschnitt (230) vorhanden ist, der beim Verschließen der Restöffnung (220) mit der Vergussmasse (300) hinterfüllt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Restöffnung (220) durch spanende Bearbeitung mit einer hinterschnittigen Kontur (222) versehen wird, die beim Verschließen der Restöffnung (220) mit der Vergussmasse (300) ausgefüllt wird.
Hohlwelle (200), insbesondere Getriebewelle oder Rotorwelle, hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese mittels radialem Umformen (U) hergestellte Hohlwelle (200) mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist und zumindest an einem Ende (210) im Durchmesser reduziert ist und eine dünne Restöffnung (220) aufweist, wobei die Restöffnung (220) mit Vergussmasse (300) verschlossen ist.