DE102021002526B3

DE102021002526B3 - Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle, eine damit hergestellte Hohlwelle sowie ein diesbezügliches Formgebungswerkzeug

Info

Publication number: DE102021002526B3
Application number: DE102021002526.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Grundmann; Pierre Fischer; Sören Grimmer; Thomas Güra; Sebastian Ortmann
Original assignee: Lcm Lnstitut Chemnitzer Maschinen und Anlagenbau E V; Lcm Lnstitut Chemnitzer Maschinen und Anlagenbau EV
Current assignee: Lcm Lnstitut Chemnitzer Maschinen und Anlagenbau E V; Lcm Lnstitut Chemnitzer Maschinen und Anlagenbau EV
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-09-08
Anticipated expiration: 2041-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit Innenhochdruckumformung, bei dem die Hohlwelle mindestens ein Fügeteil und einen zur Ausbildung eines Funktionselements vorgesehenen Funktionsabschnitt aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit mindestens einem Fügeteil und einen zur Ausbildung eines Funktionselements vorgesehenen Funktionsabschnitts zu schaffen, mit dem zum einen die axiale Sicherung des Fügeteils verbessert und zum anderen die Ausbildung des Funktionselementes in einem nachgelagerten Fertigungsschritt mit verbesserten Maßtoleranzen möglich ist. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei der Innenhochdruckumformung in den Innenraum des Rohrs (2) Hochdruckmedium zugeführt und die beiden Axialstempel (5a, 5b) in axialer Richtung aufeinander zu bewegt werden, wobei ein Druck des Hochdruckmediums und die axiale Bewegung der Axialstempel (5a, 5b) derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein Abschnitt (2a3) des Fügeteilabschnitts (2a) des Rohrs (2) an die Innenkontur der Ausnehmung des Fügeteils (3) und je ein in axialer Richtung zum Fügeteil (3) angrenzender weiterer Abschnitt (2a1, 2a2) des Fügeteilabschnitts (2a) des Rohrs (2) an einen Abschnitt des dem Fügeteilabschnitt (2) zugeordneten Werkzeugabschnitts aufgeweitet werden und der Außendurchmesser des Funktionsabschnitts (2b) bei gleichzeitiger Stauchung vergrößert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit Innenhochdruckumformung, bei dem die Hohlwelle mindestens ein Fügeteil und einen zur Ausbildung eines Funktionselements vorgesehenen Funktionsabschnitt aufweist.
Eine Welle ist ein längliches zylinderförmiges und rotierendes Maschinenelement, das zur Übertragung von Drehbewegungen und Drehmomenten dient. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Hohlwellen und Verfahren zur Herstellung dieser Hohlwellen bekannt. Beispielweise ist aus DE 103 05 074 B4 ein Verfahren zur Herstellung einer Getriebehohlwelle, welche mindestens ein als Festzahnrad ausgebildetes Fügeteil und ein als Steckverzahnung ausgeführtes Funktionselement aufweist, bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine vorgeformte gestauchte Hohlwelle in ein Formgebungswerkzeug eingelegt, wobei auf einem gestauchten Ringabschnitt der Hohlwelle ein Zahnradring und auf einem Wellenabschnitt der Hohlwelle eine mit einer Innenverzahnung versehene Hülse aufgesetzt ist. Nach dem Einlegen der Hohlwelle in das Formgebungswerkzeug wird der Innenraum der Hohlwelle mit einem Hochdruckmedium (Wirkmedium) beaufschlagt. Durch die Beaufschlagung mit dem Hochdruckmedium wird der Ringabschnitt gegen die Innenkontur des Zahnradrings und der Wellenabschnitt gegen die Innenverzahnung der Hülse aufgeweitet. Die Innenkontur des Zahnradrings weist zudem Ausnehmungen zur teilweisen Aufnahme des Ringabschnitts auf. Zum einen wird damit zwischen dem Ringabschnitt und dem Zahnradring eine formschlüssige Verbindung erzeugt. Zum anderen wird durch das Aufweiten des Wellenabschnitts an dessen Außenkontur eine zur Innenverzahnung der Hülse kongruente Verzahnung eingeprägt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass eine vorgeformte Hohlwelle benötigt wird, was einen vorgelagerten Arbeitsschritt notwendig macht. Weiterhin sind die Ausnehmungen an der Innenkontur des Zahnradrings nur bedingt zur Aufnahme von Axialkräften geeignet. Durch die bei Zahnradringen mit einer Schrägverzahnung auftretenden Axialkräfte kann damit der Zahnradring in axialer Richtung aus seiner axialen Position verschoben werden, was im Ausfall des Bauteils resultiert. Zudem ist die Ausbildung der Verzahnung am Wellenabschnitt mittels aufgesetzter Hülse mit großen Maßtoleranzen an der Verzahnung verbunden. Bessere Maßtoleranzen werden beispielsweise mit einem Walzprozess erreicht, der allerdings bei der aus DE 103 05 074 B4 bekannten Hohlwelle aufgrund zu geringer Wandstärken nicht einsetzbar ist. Auch die in der DE 103 05 074 B4 beschriebene Sandwich-Bauweise lässt das Walzen einer Steckverzahnung nicht zu.
Aus der DE 36 16 901 C2 ist eine Aufbau-Nockenwelle mit einem eine Hohlwelle bildenden hohlen Rohrstück und darauf aufgeschobenen Nockenscheiben bekannt. Durch Innenhochdruckumformung werden die Nockenscheiben formschlüssig mit dem Rohrstück verbunden.
Die DE 10 2005 007 143 A1 beschreibt eine Hohlwelle mit darauf durch Innenhochdruckumformen befestigten Funktionselementen, die mit ihren Innenkonturen radial mit dem Außendurchmesser der Hohlwelle verspannt sind, wobei die Funktionselemente zusätzlich axial in Wirkverbindung und somit axial verspannt mit der Hohlwelle sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit mindestens einem Fügeteil und einen zur Ausbildung eines Funktionselements vorgesehenen Funktionsabschnitts zu schaffen, mit dem zum einen die axiale Sicherung des Fügeteils verbessert und zum anderen die Ausbildung des Funktionselementes in einem nachgelagerten Fertigungsschritt mit verbesserten Maßtoleranzen möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 5 hinterlegt. Weiterhin wird eine Hohlwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 6 vorgeschlagen. Diesbezügliche vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Ansprüchen 7 und 8. Weiterhin wird ein Formgebungswerkzeug mit den Merkmalen gemäß Ansprüchen 9 und 10 zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine strukturoptimierte Hohlwelle herstellbar. Beispielsweise eignet sich eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Getriebehohlwelle aus Gewichtsgründen insbesondere für den Einsatz bei leichtgewichtigen Elektrofahrzeugen mit geringer Antriebsleistung. Diese macht eine Verwendung eines Getriebes notwendig, um den Konflikt zwischen Maximalgeschwindigkeit und Steigfähigkeit zu lösen.
Durch eine Aufweitung zweier in axialer Richtung zum Fügeteil angrenzender Abschnitte des Fügeteilabschnitts werden Konturelemente geformt. Die Außenkontur dieser Konturelemente ist dabei in ihrer radialen Ausdehnung größer als die Innenkontur der Ausnehmung des Fügeteils. Das Fügeteil ist damit nicht mehr in Richtung der Konturelemente entlang der Hohlwelle verschiebbar und somit axial lagefixiert. Damit ist ein sicherer Halt des Fügeteils auf der Hohlwelle auch bei hohen auf das Fügeteil wirkenden Axialkräften gewährleistet.
Durch die Stauchung und Aufweitung des Funktionsabschnitts der Hohlwelle wird die Wandstärke der Hohlwelle lokal am Funktionsabschnitt vergrößert. Damit steht für ein nachträgliches Einarbeiten eines Funktionselements ausreichend Material zur Verfügung. Bei der Stauchung des Funktionsabschnitts wird dessen Aufweitung durch die Innenkontur des dem Funktionsabschnitt zugeordneten Werkzeugabschnitts begrenzt, sodass bei der Wandverstärkung des Funktionsabschnitts im Formgebungswerkzeug bereits eine Kalibrierung des Außendurchmessers des Funktionsabschnitts erreicht wird. Eine derartige Kalibrierung ist für den nachgelagerten Fertigungsschritt zur Einarbeitung des Funktionselements vorteilhaft. Wird beispielsweise im nachgelagerten Fertigungsschritt eine Verzahnung mittels Walzprozess eingearbeitet, wird hinsichtlich der Toleranzen der Verzahnung eine hohe Qualität erreicht, da der kalibrierte Außendurchmesser für gleichmäßiges Eingreifen des Verzahnungswerkzeuges notwendig ist und damit die Prozesssicherheit des Walzens generiert wird.
Durch das Einführen eines Stempelabschnitts eines der Axialstempel in Höhe des Verzahnungsabschnitts in das zylindrische Rohr vor dem Aufweiten des Rohrs mittels Innhochdruckumformung wird erreicht, dass der Werkstofffluss in radialer Richtung begrenzt wird und die Materialanhäufung beim Aufweiten des Verzahnungsabschnittes hauptsächlich in radialer Richtung nach außen erfolgt und damit der Innendurchmesser der Hohlwelle am Verzahnungsabschnitt nahezu konstant bleibt.
Durch die unrunde Innenkontur des Zahnradrings wird eine sichere radiale Fixierung des Zahnradrings an der Hohlwelle erreicht, sodass hohe Tangentialkräfte zuverlässig zwischen Zahnrad und Hohlwelle übertragen werden.
Die als Polygonverbindung, vorzugsweise als Polygonverbindung mit P3G-Profil, ausgeführte radial formschlüssige Verbindung eignet sich insbesondere für stoßende Beanspruchungen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1a einen Längsschnitt eines Formgebungswerkzeuges 1 zur Herstellung einer Getriebehohlwelle mittels Innenhochdruckumformung
1b die Anordnung gemäß 1a nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
1c die Anordnung gemäß 1b mit geöffnetem Formgebungswerkzeug
2 eine Ausführung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Getriebehohlwelle
3a einen Querschnitt der Anordnung aus 1a entlang des Zahnradrings vor der Innenhochdruckumformung
3b die Darstellung aus 3a nach der Innenhochdruckumformung
3c den Querschnitt aus 3b mit geöffnetem Formgebungswerkzeug
4a einen entlang des Verzahnungsabschnitts 2b gelegten Querschnitt der Anordnung aus 1a vor der Innenhochdruckumformung 4b die Darstellung aus 4a nach der Innenhochdruckumformung
4c den Querschnitt aus 4b mit geöffnetem Formgebungswerkzeug

1a zeigt einen Längsschnitt eines Formgebungswerkzeuges 1 zur Herstellung einer als Getriebehohlwelle 8 (2) ausgeführten Hohlwelle mittels Innenhochdruckumformung, wobei die Erfindung nicht auf Getriebehohlwellen beschränkt ist. Das Formgebungswerkzeug 1 weist ein oberes Werkzeugteil 1' und ein unteres Werkzeugteil 1" auf. In dieses Formgebungswerkzeug 1 wurde ein zylindrisches Rohr 2 eingelegt, wobei auf einem Abschnitt 2a3 eines als Zahnradabschnitt 2a ausgeführten Fügeteilabschnitt des zylindrischen Rohrs 2 ein als Zahnradring 3 ausgebildetes Fügeteil aufgesetzt ist. Das Rohr 2 ist hierzu durch eine Ausnehmung des Zahnradrings 3 geführt. Ein Außendurchmesser des Zahnradabschnitts 2a des zylindrischen Rohrs 2 ist zu diesem Zeitpunkt noch kleiner als eine radiale Ausdehnung der Innenkontur der Ausnehmung des Zahnradrings 3. Das Rohr 2 mit dem aufgesetzten Zahnradring 3 ist bis auf die Stirnseiten des Rohrs 2 vollumfänglich von dem Formgebungswerkzeug eingeschlossen. Weiterhin ist an dem Rohr 2 ein als Verzahnungsabschnitt 2b ausgeführten Funktionsabschnitt vorgesehen, an dem zu einem späteren Zeitpunkt mit einem weiteren Fertigungsverfahren (beispielsweise einem Walzverfahren) ein als Verzahnung ausgebildetes Funktionselement eingearbeitet wird. Ein Innendurchmesser eines dem Verzahnungsabschnitt 2b zugeordneten Werkzeugabschnitts des Formgebungswerkzeuges 1 ist zu diesem Zeitpunkt größer als ein Außendurchmesser des Verzahnungsabschnitts 2b des zylindrischen Rohrs 2. Ein Innendurchmesser eines zwischen Verzahnungsabschnitt 2b und Zahnradabschnitt 2a liegenden Werkzeugabschnitts 4 des Formgebungswerkzeuges 1 ist kleiner als der Innendurchmesser des dem Verzahnungsabschnitt 2b zugeordneten Werkzeugabschnitts. Eine Innenkontur je eines in axialer Richtung zum Zahnrad 3 angrenzenden Abschnitts des dem Zahnradabschnitt 2a zugeordneten Werkzeugabschnitts des Formgebungswerkzeuges 1 ist in radialer Ausdehnung größer als die radiale Ausdehnung der Innenkontur der Ausnehmung des Zahnradring 3.
Nach dem Einlegen des Rohrs 2 mit dem Zahnradring 3 in das Formgebungswerkzeug 1 werden die Stirnseiten des zylindrischen Rohrs 2 jeweils mit einem Axialstempel 5a, 5b abgedichtet. Die Axialstempel 5a, 5b werden hierzu jeweils in axialer Richtung auf die Stirnseiten des Rohrs 2 aufgesetzt, wobei der Querschnitt der Axialstempel 5a, 5b so dimensioniert ist, dass der Innenquerschnitt des Rohrs 2 überdeckt wird. In der dargestellten Ausführung tauchen beide Axialstempel 5a, 5b mit einem Stempelabschnitt in das Rohr ein. Der Stempelabschnitt 6 des am Verzahnungsabschnitt 2b befindlichen Axialstempels 5b wird dabei soweit in das Rohr 2 eingeführt wird, dass sich dieser Stempelabschnitt 6 an der Innenseite des Rohrs in axialer Richtung entlang des Verzahnungsabschnitts 2b erstreckt. In dem Axialstempel 5a ist ein Kanal 7 vorgesehen. Durch diesen Kanal ist ein Hochdruckmedium in den Innenraum des Rohrs 2 einführbar und damit der Innenraum des Rohrs 2 nach dem Abdichten der Stirnseiten mit dem Hochdruckmedium beaufschlagbar. Die Zuführung des Hochdruckmediums erfolgt mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Hochdrucksystem und wird an dieser Stelle nicht weiter erläutert. Weiterhin werden bei der Beaufschlagung des Innenraums des Rohrs 2 mit dem Hochdruckmedium die beiden Axialstempel 5a, 5b aufeinander zubewegt.
Der Druck des Hochdruckmediums und die axiale Bewegung der Axialstempel 5a, 5b werden bei der Prozessführung derart aufeinander abgestimmt, dass eine Formgebung des Rohrs 2 erfolgt. Bei dieser Formgebung wird der dem Zahnradring 3 zugeordnete Abschnitt 2a3 des Zahnradabschnitts 2a des Rohrs 2 an die Innenkontur der Ausnehmung des Zahnradrings 3 aufgeweitet. Weiterhin werden die in axialer Richtung zum Zahnradring 3 angrenzenden weiteren Abschnitte 2a1, 2a2 des Zahnradabschnitts 2a des Rohrs 2 an den zum Zahnradabschnitt zugeordneten Werkzeugabschnitt aufgeweitet. Der Außendurchmesser des Verzahnungsabschnitts 2b wird bei gleichzeitiger Stauchung vergrößert, sodass in der Folge die Wandstärke des Verzahnungsabschnitts 2b des Rohrs 2 vergrößert wird.
1b zeigt die Anordnung gemäß 1a nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1c zeigt die Anordnung gemäß 1b mit geöffnetem Formgebungswerkzeug 1.
Nach dem Entnehmen der ausgeformten Getriebehohlwelle 8 mit dem fixierten Zahnradring 3 und dem Verzahnungsabschnitt 2b aus dem Formgebungswerkzeug wird die Getriebehohlwelle 8 weiteren Bearbeitungsprozessen zugeführt. Diese weiteren Bearbeitungsprozesse sind beispielsweise ein Walzprozess zur Einarbeitung einer Verzahnung in den Verzahnungsabschnitt 2b und eine spanende Bearbeitung zur Erzeugung einer Lagerfläche am Verzahnungsabschnitt 2b. Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also eine strukturoptimierte Hohlwelle hergestellt, die die für einen weiteren Fertigungsschritt notwendigen Anforderungen erfüllt.
2 zeigt eine Ausführung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Getriebehohlwelle 8 mit dem Zahnradring 3, der zwischen den aufgeweiteten zum Zahnradring 3 angrenzenden Abschnitten 2a1 und 2a2 axial gegenüber dem Rohr 2 fixiert ist. Der Zahnradring 3 liegt mit einer dem Abschnitt 2a1 zugewandten Seite an dem Abschnitt 2a1 und mit einer dem Abschnitt 2a2 zugewandten Seite an dem Abschnitt 2a2 an. Die axiale Fixierung wird dadurch erreicht, dass eine radiale Ausdehnung einer Außenkontur der Abschnitt 2a1, 2a2 des Zahnradabschnitts größer ist als eine radiale Ausdehnung einer Innenkontur der Ausnehmung des Zahnradrings 3. Weiterhin ist der Verzahnungsabschnitt 2b sichtbar, bei dem mittels weiterer Bearbeitungsschritte im Abschnitt 2b1 eine Verzahnung eingearbeitet und im Abschnitt 2b2 eine Lagerfläche ausgebildet worden sind.
3a zeigt einen Querschnitt der Anordnung aus 1a entlang des Zahnradrings 3 vor der Innenhochdruckumformung. Die Sicht ist auf die dem Zahnradring 3 zugeordnete Stirnseite des Rohrs 2 gerichtet. Zu sehen sind neben dem oberen und unteren Werkzeug 1', 1" des Formgebungswerkzeuges 1 der Zahnradring 3, das Rohr 2 und der Axialstempel 5b. Die Innenkontur der Ausnehmung des Zahnradrings 3 ist unrund ausgestaltet. In der dargestellten Ausführung weist die Innenkontur eine P3G-Kontur auf. Die Erfindung ist aber nicht auf derartige unrunde Innenkonturen beschränkt. Der Querschnitt des zylindrischen Rohrs ist vor der Innenhochdruckumformung kreisrund.
3b zeigt die Darstellung aus 3a nach der Innenhochdruckumformung. Mit der Aufweitung des dem Zahnradring 3 zugeordneten Abschnitts 2a3 des Zahnradabschnitts 2a des Rohrs 2 gegen die Innenkontur der Ausnehmung des Zahnradrings 3 wird der runde Querschnitt des zylindrischen Rohrs an den unrunden Querschnitt des Zahnradrings 3 angeformt. Damit ist der Zahnradring 3 dann mit einer formschlüssigen Verbindung auf dem Zahnradabschnitt 2a des Rohrs 2 radial fixiert. Eine Außenkontur des Abschnitts 2a3 des Zahnradabschnitts 2a ist nach der Innenhochdruckumformung somit kongruent zur Innenkontur der Ausnehmung des Zahnradrings 3 ausgebildet. Mit der genannten P3G-Kontur des Zahnradrings 3 wird damit zwischen dem Zahnradring 3 und den Abschnitt 2a3 des Zahnradabschnitts 2a eine Polygonverbindung erzeugt.
3c zeigt den Querschnitt aus 3b mit geöffnetem Formgebungswerkzeug 1.
4a zeigt einen entlang des Verzahnungsabschnitts 2b gelegten Querschnitt der Anordnung aus 1a vor der Innenhochdruckumformung. Die Sicht ist auf die dem Verzahnungsabschnitt 2b zugeordnete Stirnseite des Rohrs 2 gerichtet. Zu sehen sind neben dem oberen und unteren Werkzeug 1', 1" des Formgebungswerkzeuges 1 der Querschnitt des Verzahnungsabschnitts 2b des Rohrs 2 und des Stempelabschnitts 6 des Axialstempels 5b. Wie bereits erwähnt, ist vor der Innenhochdruckumformung der Innendurchmesser des dem Verzahnungsabschnitt 2b zugeordneten Werkzeugabschnitts des Formgebungswerkzeuges 1 größer als der Außendurchmesser des Verzahnungsabschnitts 2b des zylindrischen Rohrs 2.
4b zeigt die Darstellung aus 4a nach der Innenhochdruckumformung. Durch die von der Bewegung der Axialstempel 5a, 5b verursachte Stauchung des Verzahnungsabschnitts 2b in Kombination mit dem wirkenden Innenhochdruck ist dessen Wandstärke vergrößert.
4c zeigt den Querschnitt aus 4b mit geöffnetem Formgebungswerkzeug. Hierzu sind der Schieber 9 radial gegenüber der Hohlwelle und die beiden Werkzeugteile 1' und 1" gegeneinander verschoben.
In dem Formgebungswerkzeug 1 ist weiterhin ein Schieberelement 9 integriert, der eine vereinfachte Entnahme der Getriebehohlwelle 8 nach der Innenhochdruckumformung aus dem Formgebungswerkzeug ermöglicht. Das Schieberelement ist im unteren Werkzeugteil 1" geführt und weggesteuert in eine erste Position und eine zweite Position verfahrbar. In der ersten Position des Schieberelementes (siehe 4a) bildet eine zur Hohlwelle zugewandte Seitenfläche des Schieberelements umfangsseitig einen Teilabschnitt der die Getriebehohlwelle umschließenden Innenkontur. Befindet sich das Schieberelement in seiner zweiten Position (siehe 4c), ist die zur Hohlwelle zugewandte Seitenfläche des Schieberelements in seiner zweiten Position radial von der Getriebehohlwelle weggeführt. In axialer Richtung erstreckt sich der vom Schieberelement 9 gebildete Teilabschnitt entlang des Übergangs zwischen den dem Funktionsabschnitt zugeordneten Werkzeugabschnitt 2b und den zwischen Fügeteilabschnitt und Funktionsabschnitt liegenden Werkzeugabschnitt 4 (siehe 1c). Beim Aufweiten des Verzahnungsabschnitts 2b mit Erhöhung der Wandstärke werden Eigenspannungen in dem Rohr 2 erzeugt, welche das Entnehmen der Hohlwelle 8 nach deren Ausformung aus einem lediglich aus Werkzeugteil 1' und Werkzeugteil 1" bestehenden Formgebungswerkzeugs 1 erschweren. Insbesondere die Trennstellen zwischen oberen Werkzeugteil 1' und unteren Werkzeugteil 1" sind dabei hohen Belastungen ausgesetzt. Durch das Schieberelement werden zwei Teilungsebenen hinzugefügt, wodurch sich das Formgebungswerkzeug 1 im Querschnitt in drei Teile mit jeweils einem Winkel kleiner 180 ° aufteilt.
Bezugszeichenliste

1: Formgebungswerkzeug
1': oberes Werkzeug
1": unteres Werkzeug
2: Rohr
2a: Zahnradabschnitt
2a1: Abschnitt des Zahnradabschnitts 2a
2a2: Abschnitt des Zahnradabschnitts 2a
2a3: Abschnitt des Zahnradabschnitts 2a
2b: Verzahnungsabschnitt
2b1: Abschnitt des Verzahnungsabschnitts 2b
2b2: Abschnitt des Verzahnungsabschnitts 2b
3: Zahnrad, Zahnradring
4: zwischen Verzahnungsabschnitt 2b und Zahnradabschnitt 2a liegender Werkzeugabschnitt
5a: Axialstempel
5b: Axialstempel
6: Stempelabschnitt
7: Kanal
8: Getriebehohlwelle
9: Schieberelement

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle (8) mit Innenhochdruckumformung, bei dem die Hohlwelle (8) mindestens ein Fügeteil (3) und einen zur Ausbildung eines Funktionselementes vorgesehenen Funktionsabschnitt (2b) aufweist, wobei das Fügeteil (3) eine durchgehende Ausnehmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein zylindrisches Rohr (2) in ein Formgebungswerkzeug (1) eingelegt wird, wobei das zylindrische Rohr (2) durch die Ausnehmung des Fügeteils (3) geführt ist und das Fügeteil (3) auf einem Fügeteilabschnitt (2a) des zylindrischen Rohrs (2) positioniert ist, wobei eine Innenkontur der Ausnehmung des Fügeteils (3) unrund ausgebildet ist und eine Außenkontur des Fügeteilabschnitts (2a) umschließt und wobei ein Innendurchmesser einer Innenkontur eines dem Funktionsabschnitt (2b) zugeordneten Werkzeugabschnitts des Formgebungswerkzeuges (1) größer ist als ein Außendurchmesser des Funktionsabschnitts (2b) des zylindrischen Rohrs (2) und wobei ein Innendurchmesser einer Innenkontur eines zwischen Funktionsabschnitt (2b) und Fügeteilabschnitt (2a) liegenden Werkzeugabschnitts (4) des Formgebungswerkzeuges (1) kleiner ist als der Innendurchmesser der Innenkontur des dem Funktionsabschnitt (2b) zugeordneten Werkzeugabschnitts und wobei eine Innenkontur je eines in axialer Richtung zum Fügeteil (3) angrenzenden Abschnitts des dem Fügeteilabschnitt (2a) zugeordneten Werkzeugabschnitts des Formgebungswerkzeuges (1) in radialer Richtung größer als die Innenkontur der Ausnehmung des Fügeteils (3) ist, (b) beide Stirnseiten des zylindrischen Rohrs (2) mit je einem Axialstempel (5a, 5b) abgedichtet werden (c) in den Innenraum des Rohrs (2) ein Hochdruckmedium zugeführt und die beiden Axialstempel (5a, 5b) in axialer Richtung aufeinander zu bewegt werden, wobei ein Druck des Hochdruckmediums und die axiale Bewegung der Axialstempel (5a, 5b) derart aufeinander abgestimmt sind, dass ein Abschnitt (2a3) des Fügeteilabschnitts (2a) des Rohrs (2) an die Innenkontur der Ausnehmung des Fügeteils (3) und je ein in axialer Richtung zum Fügeteil (3) angrenzender weiterer Abschnitt (2a1, 2a2) des Fügeteilabschnitts (2a) des Rohrs (2) an einen Abschnitt des dem Fügeteilabschnitt (2) zugeordneten Werkzeugabschnitts aufgeweitet werden und der Außendurchmesser des Funktionsabschnitts (2b) bei gleichzeitiger Stauchung vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abdichten der Stirnseiten des zylindrischen Rohrs (2) ein Stempelabschnitt (6) eines der Axialstempel (5a, 5b) soweit in das Rohr (2) eingeführt wird, dass sich dieser Stempelabschnitt (6) an der Innenseite des Rohrs (2) in axialer Richtung entlang des Funktionsabschnitts (2b) erstreckt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenhochdruckumformung zum Entnehmen der Hohlwelle (8) ein in dem Formgebungswerkzeug (1) integriertes Schieberlement (9) betätigt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Innenhochdruckumformung ein für einen nachgelagerten Fertigungsschritt strukturoptimierter Funktionsabschnitt (2b) gebildet wird und die damit strukturoptimierte Hohlwelle (8) nach der Innenhochdruckumformung aus dem Formgebungswerkzeug (1) entnommen wird und anschließend das Funktionselement mit dem nachgelagerten Fertigungsschritt an dem Funktionsabschnitt (2b) eingearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement eine Steckverzahnung ist und diese Steckverzahnung mittels Walzprozess in den Funktionsabschnitt (2b) eingearbeitet wird.
Hohlwelle (8) hergestellt mit einem Formgebungswerkzeug (1) mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend ein Fügeteil (3) mit einer durchgehenden Ausnehmung und einen zur Ausbildung eines Funktionselementes vorgesehenen Funktionsabschnitt (2b), wobei das Fügeteil (3) mit einer radial formschlüssigen Verbindung auf einem Fügeteilabschnitt (2a) der Hohlwelle (8) aufsitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die radial formschlüssige Verbindung zwischen dem Fügeteilabschnitt (2a) und dem Fügeteil (3) durch eine mit unrundem Querschnitt ausgeführte Aufweitung eines Abschnitts (2a3) des Fügeteilabschnitts (2a) mittels Innenhochdruckumformung gebildet ist und dass in axialer Richtung angrenzend zum Fügeteil (3) zwei Abschnitte (2a1, 2a2) des Fügeteilabschnitts (2a) mittels Innenhochdruckumformung so aufgeweitet sind, dass in axialer Richtung eine Außenkontur dieser Abschnitte (2a1, 2a2) des Fügeteilabschnitts (2a) größer als eine Innenkontur der Ausnehmung des Fügeteils (3) ist und damit das Fügeteil (3) in axialer Richtung lagefixiert ist und dass ein Innendurchmesser einer Innenkontur eines dem Funktionsabschnitt (2b) zugeordneten Werkzeugabschnitts des Formgebungswerkzeuges (1) größer ist als ein Außendurchmesser des Funktionsabschnitts (2b) des zylindrischen Rohrs (2) und dass ein Innendurchmesser einer Innenkontur eines zwischen Funktionsabschnitt (2b) und Fügeteilabschnitt (2a) liegenden Werkzeugabschnitts (4) des Formgebungswerkzeuges (1) kleiner ist als der Innendurchmesser der Innenkontur des dem Funktionsabschnitt (2b) zugeordneten Werkzeugabschnitts und dass der Funktionsabschnitt (2b) eine mittels Innenhochdruckumformung und axialer Stauchung der Hohlwelle (8) erhöhte Wandstärke aufweist und dass der Außendurchmesser des Funktionsabschnitts (2b) bei gleichzeitiger Stauchung vergrößert ausgebildet ist.
Hohlwelle (8) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (8) eine Getriebehohlwelle ist und dass das Fügeteil (3) als Zahnradring und der Funktionsabschnitt (2b) als Verzahnungsabschnitt zur Ausbildung einer Steckverzahnung ausgeführt sind.
Getriebehohlwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radial formschlüssige Verbindung zwischen dem Fügeteilabschnitt (2a) und dem Zahnradring (3) eine Polygonverbindung, vorzugsweise eine Polygonverbindung mit P3G-Profil, ist.
Formgebungswerkzeug (1) zur Herstellung einer Hohlwelle (8) mittels Innenhochdruckumformung gemäß Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Formgebungswerkzeug (1) vorgesehen ist für Hohlwellen (8) mit einem auf einem Fügeteilabschnitt (2a) der Hohlwelle (8) aufgesetzten Fügeteil (3) und einem zur späteren Ausbildung eines Funktionselementes vorgesehenen Funktionsabschnitt (2b), wobei das Formgebungswerkzeug (1) ein oberes Werkzeugteil (1') und ein unteres Werkzeugteil (2") aufweist und wobei das obere und untere Werkzeugteil (1', 1") gemeinsam eine die Getriebehohlwelle (8) umschließende Innenkontur aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur des Formgebungswerkzeugs (1) einen dem Fügeteilabschnitt (2a) zugeordneten Werkzeugabschnitt, einen dem Funktionsabschnitt (2b) zugeordneten Werkzeugabschnitt und einen zwischen Fügeteilabschnitt (2a) und Funktionsabschnitt (2b) liegenden Werkzeugabschnitt (4) aufweist und dass der dem Fügeteilabschnitt (2a) zugeordnete Werkzeugabschnitt einen Abschnitt zur Aufnahme des Fügeteils (3) und zwei hierzu jeweils axial angrenzende weitere Abschnitte aufweist und dass eine radiale Ausdehnung der Innenkontur der beiden axial angrenzenden Abschnitte größer ist als eine radiale Ausdehnung einer Innenkontur der Ausnehmung des Fügeteils (3) und dass ein Innendurchmesser der Innenkontur des zwischen Fügeteilabschnitt (2a) und Funktionsabschnitt (2b) liegenden Werkzeugabschnitts (4) kleiner ist als ein Innendurchmesser der Innenkontur des dem Funktionsabschnitt (2b) zugeordneten Werkzeugabschnitts.
Formgebungswerkzeug (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Werkzeugteil (1') oder das untere Werkzeugteil (1") ein Schieberelement (9) aufweist und dass dieses Schieberelement (9) in eine erste Position und eine zweite Position bringbar ist und dass eine zur Hohlwelle (8) zugewandte Seitenfläche des Schieberelements (9) in seiner ersten Position umfangsseitig einen Teilabschnitt der die Getriebehohlwelle (8) umschließenden Innenkontur bildet und sich dieser Teilabschnitt axial entlang eines Übergangs zwischen den dem Fügeteilabschnitt (2a) zugeordneten Werkzeugabschnitt und den zwischen Fügeteilabschnitt (2a) und Funktionsabschnitt (2b) liegenden Werkzeugabschnitt (4) erstreckt und dass die zur Hohlwelle (8) zugewandte Seitenfläche des Schieberelements (9) in seiner zweiten Position radial von der Getriebehohlwelle (8) weggeführt ist.