DE102021106672A1

DE102021106672A1 - Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle

Info

Publication number: DE102021106672A1
Application number: DE102021106672.7A
Authority: DE
Inventors: Bernd Rudert
Original assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Current assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-09-22
Also published as: WO2022194980A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer wenigstens einen Wellenabsatz aufweisenden Hohlwelle aus einer rohrförmigen Vorform mittels Drückwalzen.Dabei ist vorgesehen, dass die rohrförmige Vorform (1) während des gesamten Umformvorganges auf einem Streckdorn (2) mit wenigstens zwei Bereichen (2a,2b) mit unterschiedlichen Außendurchmessern (D1,D2) angeordnet wird, wobei ein erster Bereich (2a) eine dem Innendurchmesser (D1) der rohrförmigen Vorform (1) entsprechenden Außendurchmesser (D1) und wenigstens ein zweiter Bereich (2b) eine dem Innendurchmesser (D2) des wenigstens einen zu erzeugenden Wellenabsatzes (7) der Hohlwelle entsprechenden Außendurchmesser (D2) aufweist, wobei der erste Bereich (2a) des Streckdorns (2) während des gesamten Umformvorganges mit seinem freien Ende (2c) fixiert wird, wobei in einem ersten Umformschritt die rohrförmige Vorform (1) mittels eines Spannmittels (4) radial gegen den ersten Bereich (2a) des Streckdorns (2) gedrückt und durch Drückwalzen mittels wenigstens einer Drückwalzrolle (5) die rohrförmige Vorform (1) zu ihrem freien Ende hin um den wenigstens einen zweiten Bereich (2b) des Streckdornes (2) unter Ausbildung einer radialen Stirnfläche (6) und des wenigstens einen Wellenabsatzes (7) eingezogen wird und dass in einem zweiten Umformschritt entlang der Längsachse (L) der rohrförmigen Vorform (1) ein rohrförmiger Vorsetzer (8) mit seiner Stirnfläche (9) axial gegen die im ersten Umformschritt erzeugte radiale Stirnfläche (6) gedrückt, das Spannmittel (4) gelöst und der noch nicht umgeformte Bereich der rohrförmigen Vorform (1) entlang des ersten Bereiches (2a) des Streckdornes (2) mittels wenigstens einer Drückwalzrolle (5) abgestreckt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer wenigstens einen Wellenabsatz aufweisenden Hohlwelle aus einer rohrförmigen Vorform mittels Drückwalzen.
Hohlwellen dieser Art werden z.B. als Rotorhohlwellen bei elektrischen Maschinen eingesetzt. Aus DE 10 2019 109 183 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle aus einer rohrförmigen Vorform durch Drückwalzen bekannt, wobei beide Enden der Vorform jeweils mit wenigstens einer Umformrolle umgeformt werden und die Vorform während des gesamten Herstellprozesses bis zur fertigen Hohlwelle im mittleren Rohrbereich von einem Werkstückhalter gehalten wird. Für die Herstellung einer Hohlwelle mit nur einem Wellenabsatz, bei welchem der rohrförmige Körper über seiner gesamten Länge umgeformt werden soll, ist dieses Verfahren jedoch nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise eine wenigstens einen Wellenabsatz aufweisende Hohlwelle aus einer rohrförmigen Vorform herzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die rohrförmige Vorform während des gesamten Umformvorganges auf einem Streckdorn mit wenigstens zwei Bereichen mit unterschiedlichen Außendurchmessern angeordnet wird, wobei ein erster Bereich eine dem Innendurchmesser der rohrförmigen Vorform entsprechenden Außendurchmesser und wenigstens ein zweiter Bereich eine dem Innendurchmesser des wenigstens einen zu erzeugenden Wellenabsatzes der Hohlwelle entsprechenden Außendurchmesser aufweist, wobei der erste Bereich des Streckdorns während des gesamten Umformvorganges mit seinem freien Ende fixiert wird, wobei in einem ersten Umformschritt die rohrförmige Vorform mittels eines Spannmittels radial gegen den ersten Bereich des Streckdorns gedrückt und durch Drückwalzen mittels wenigstens einer Drückwalzrolle die rohrförmige Vorform zu ihrem freien Ende hin um den wenigstens einen zweiten Bereich des Streckdornes unter Ausbildung einer radialen Stirnfläche und des wenigstens einen Wellenabsatzes eingezogen wird und dass in einem zweiten Umformschritt entlang der Längsachse der rohrförmigen Vorform ein rohrförmiger Vorsetzer mit seiner Stirnfläche axial gegen die im ersten Umformschritt erzeugte radiale Stirnfläche gedrückt, das Spannmittel gelöst und der noch nicht umgeformte Bereich der rohrförmigen Vorform entlang des ersten Bereiches des Streckdornes mittels wenigstens einer Drückwalzrolle abgestreckt wird.
Erfindungsgemäß wird das Drückwalzverfahren nur in einer einzigen Aufspannung durchgeführt, die rohrförmige Vorform und der Streckdorn müssen während des gesamten Umformvorganges nicht aus dieser Aufspannung entnommen werden. Das Verfahren lässt sich dadurch sehr einfach und zeitsparend durchführen. Außerdem ist eine einwandfreie Konzentrizität sämtlicher Umformbereiche gewährleistet. Dabei können grundsätzlich mehrere Wellenabsätze mit zum freien Ende hin abnehmenden Durchmessern angeformt werden.
So ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Streckdorn verwendet wird, der wenigstens zwei zweite Bereiche mit unterschiedlichen Außendurchmessern aufweist, wobei im ersten Umformschritt die rohrförmige Vorform zu ihrem freien Ende hin um den ersten zweiten Bereich des Streckdornes unter Ausbildung eines ersten Wellenabsatzes und um wenigstens einen zweiten zweiten Bereich des Streckdornes unter Ausbildung wenigstens eines zweiten Wellenabsatzes eingezogen wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Streckdorn verwendet wird, dessen erster Bereich wenigstens über einen Teil seiner Längserstreckung eine umlaufende Oberflächenprofilierung aufweist. So ist es ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte möglich, innenseitig in den ersten Bereich der Hohlwelle eine komplementäre Kontur, z.B. eine Verzahnung, einzuwalzen.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass ein Streckdorn verwendet wird, dessen wenigstens ein zweiter Bereich wenigstens über einen Teil seiner Längserstreckung eine umlaufende Oberflächenprofilierung aufweist. Dementsprechend kann bei Bedarf auch in den zweiten Bereich der Hohlwelle eine komplementäre Kontur eingewalzt werden.
Die Hohlwelle kann bevorzugt als Teil einer Rotorhohlwelle verwendet werden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt jeweils im Längsschnitt in

1 eine rohrförmige Vorform,
2 einen ersten Umformschritt und in
3 einen zweiten Umformschritt.

Eine rohrförmige Vorform als Ausgangsprodukt für das erfindungsgemäße Verfahren ist in 1 allgemein mit 1 bezeichnet. Diese rohrförmige Vorform 1 kann z.B. ein gezogenes oder auch ein geschweißtes Rohr aus Metall sein.
Zur Herstellung einer wenigstens einen Wellenabsatz aufweisenden Hohlwelle aus einer solchen Vorform 1 durch Drückwalzen wird die rohrförmige Vorform 1 auf einem Streckdorn 2 angeordnet, der beim Ausführungsbeispiel zwei Bereiche mit unterschiedlichen Außendurchmessern aufweist, nämlich einen ersten Bereich 2a mit einem dem Innendurchmesser D1 der rohrförmigen Vorform 1 entsprechenden Außendurchmesser D1 und einen zweiten Bereich mit einem Innendurchmesser D2, der dem Innendurchmesser des zu erzeugenden Wellenabsatzes der Hohlwelle entspricht.
Dabei wird der erste Bereich 2a des Streckdornes 2 während des gesamten Umformvorganges mit seinem freien Ende 2c in einem Spannfutter 3 der nicht näher dargestellten Umformmaschine fixiert.
Während des gesamten Umformvorganges bis zur fertiggestellten Hohlwelle verbleibt der Streckdorn 2 mit seinem freien Ende 2c im Spannfutter 3 fixiert. Auch die rohrförmige Vorform 1 bleibt bis zum Ende des Umformvorganges unverändert auf dem Streckdorn 2 angeordnet.
In einem ersten Umformschritt wird die rohrförmige Vorform 1 mittels eines Spannmittels 4 radial gegen den ersten Bereich 2a des Streckdornes 2 gedrückt und durch Drückwalzen mittels wenigstens einer Drückwalzrolle 5 zu ihrem freien Ende hin um den zweiten Bereich 2a des Streckdornes 2 unter Ausbildung einer radialen Stirnfläche 6 und eines Wellenabsatzes 7 eingezogen. Die wenigstens eine Drückwalzrolle 5 rotiert relativ zum Streckdorn 2 und der rohrförmigen Vorform 1 und ist relativ entlang der Längsachse L der Vorform 1 gegenüber der Vorform 1 bewegbar. Die Rotationsachse der Drückwalzrolle 5 ist gegenüber der Längsachse L geneigt.
In 2 ist bereits der eingezogene Zustand dargestellt.
Nach Abschluss der Ausbildung des Wellenabsatzes 7 wird in einem zweiten Umformschritt (3) ein den Wellenabsatz 7 umschließender, rohr- oder topfförmiger Vorsetzer 8 mit seiner Stirnfläche 9 entlang der Längsachse L der rohrförmigen Vorform 1 und des Streckdornes 2 axial gegen die im ersten Umformschritt erzeugte radiale Stirnfläche 6 gedrückt. Anschließend wird das Spannmittel 4 gelöst und der noch nicht umgeformte Bereich der rohrförmigen Vorform 1 entlang des ersten Bereiches 2a des Streckdornes 2 mittels wenigstens einer Drückwalzrolle 5 auf die gewünschte Länge abgestreckt. Dabei zeigt 3 einen Zustand, bei dem dieser Abstreckvorgang noch nicht abgeschlossen ist.
Am Ende des Abstreckvorganges, vorher ist selbstverständlich das Spannmittel 4 aus dem Bewegungsweg der wenigstens einen Drückwalzrolle 5 entfernt worden, steht die fertige Hohlwelle mit einem Wellenabsatz 7 zur Verfügung.
Wenn in die Hohlwelle eine Innenprofilierung eingeformt werden soll, wird ein Streckdorn 2 verwendet, dessen erster Bereich 2a und/oder dessen zweiter Bereich 2b wenigstens über einen Teil seiner Längserstreckung eine umlaufende Oberflächenprofilierung aufweist. Dabei wird beim Drückwalzvorgang in bekannter Weise an der herzustellenden Hohlwelle eine komplementäre Innenprofilierung erzeugt, z.B. eine Innenverzahnung.
Die fertige Hohlwelle ist bevorzugt ein Teil einer Rotorhohlwelle einer elektrischen Maschine. Diese fertige Rotorhohlwelle einer elektrischen Maschine kann z.B. aus zwei nach dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellten Hohlwellen hergestellt werden, indem die beiden Hohlwellen stirnseitig zueinander positioniert und miteinander verschweißt werden. Auch andere Gestaltungen sind möglich (z.B. angeschweißter Deckel oder andere Bauteile). Grundsätzlich ist es auch möglich, die so hergestellte Hohlwelle mit ihrem Wellenabsatz und einem Teil des ersten Bereiches im Spannfutter 3 zu fixieren und anschließend das Verfahren mit der so hergestellten rohrförmigen Vorform von vorne auszuführen, so dass das Endprodukt dann eine Hohlwelle ist, die an beiden Enden wenigstens einen Wellenabsatz aufweist. Alternativ kann die rohrförmige Vorform 1 auch eine auf andere Weise bereits teilweise hergestellte Hohlwelle sein, die zur Verfahrensdurchführung in einem Spannfutter einer Drückwalzmaschine fixierbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Rohrförmige Vorform
2: Streckdorn
2a: Erster Bereich
2b: Zweiter Bereich
2c: Freies Ende
3: Spannfutter
4: Spannmittel
5: Drückwalzrolle
6: Stirnfläche
7: Wellenabsatz
8: Vorsetzer
9: Stirnfläche
D1: Durchmesser
D2: Durchmesser
L: Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019109183 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer wenigstens einen Wellenabsatz aufweisenden Hohlwelle aus einer rohrförmigen Vorform mittels Drückwalzen, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Vorform (1) während des gesamten Umformvorganges auf einem Streckdorn (2) mit wenigstens zwei Bereichen (2a,2b) mit unterschiedlichen Außendurchmessern (D1,D2) angeordnet wird, wobei ein erster Bereich (2a) eine dem Innendurchmesser (D1) der rohrförmigen Vorform (1) entsprechenden Außendurchmesser (D1) und wenigstens ein zweiter Bereich (2b) eine dem Innendurchmesser (D2) des wenigstens einen zu erzeugenden Wellenabsatzes (7) der Hohlwelle entsprechenden Außendurchmesser (D2) aufweist, wobei der erste Bereich (2a) des Streckdorns (2) während des gesamten Umformvorganges mit seinem freien Ende (2c) fixiert wird, wobei in einem ersten Umformschritt die rohrförmige Vorform (1) mittels eines Spannmittels (4) radial gegen den ersten Bereich (2a) des Streckdorns (2) gedrückt und durch Drückwalzen mittels wenigstens einer Drückwalzrolle (5) die rohrförmige Vorform (1) zu ihrem freien Ende hin um den wenigstens einen zweiten Bereich (2b) des Streckdornes (2) unter Ausbildung einer radialen Stirnfläche (6) und des wenigstens einen Wellenabsatzes (7) eingezogen wird und dass in einem zweiten Umformschritt entlang der Längsachse (L) der rohrförmigen Vorform (1) ein rohrförmiger Vorsetzer (8) mit seiner Stirnfläche (9) axial gegen die im ersten Umformschritt erzeugte radiale Stirnfläche (6) gedrückt, das Spannmittel (4) gelöst und der noch nicht umgeformte Bereich der rohrförmigen Vorform (1) entlang des ersten Bereiches (2a) des Streckdornes (2) mittels wenigstens einer Drückwalzrolle (5) abgestreckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streckdorn (2) verwendet wird, der wenigstens zwei zweite Bereiche mit unterschiedlichen Außendurchmessern aufweist, wobei im ersten Umformschritt die rohrförmige Vorform (1) zu ihrem freien Ende hin um den ersten zweiten Bereich (2b) des Streckdornes (2) unter Ausbildung eines ersten Wellenabsatzes (7) und um wenigstens einen zweiten zweiten Bereich (2b) des Streckdornes (2) unter Ausbildung wenigstens eines zweiten Wellenabsatzes eingezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streckdorn (2) verwendet wird, dessen erster Bereich (2a) wenigstens über einen Teil seiner Längserstreckung eine umlaufende Oberflächenprofilierung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streckdorn (2) verwendet wird, dessen wenigstens ein zweiter Bereich (2b) wenigstens über einen Teil seiner Längserstreckung eine umlaufende Oberflächenprofilierung aufweist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle als Teil einer Rotorhohlwelle verwendet wird.