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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer zumindest teilweise im Querschnitt nicht kreisförmig ausgeführten Welle aus einem im Wesentlichen zylindrischen Rohling mittels Radialschmieden, wobei der Rohling in einem finalen Radialschmiedevorgang nicht rotiert wird.
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Stand der Technik
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Im Fachgebiet des Maschinenbaus, insbesondere der Kraftfahrzeugtechnik, stellen Wellen und Achsen zentrale Elemente dar. Wellen und Achsen werden aus Gründen der Gewichtsreduzierung und Ressourcenschonung zunehmend aus Hohlmaterial, beispielsweise aus Rohrrohlingen als kostengünstigem Vormaterial, hergestellt. Zur Umformung der Rohlinge werden beispielsweise Radialschmiedeverfahren eingesetzt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein einfaches Verfahren zur Herstellung einer zumindest teilweise im Querschnitt nicht kreisförmig ausgeführten Welle anzugeben.
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung einer zumindest teilweise im Querschnitt nicht kreisförmig, nämlich vorzugsweise außenumfänglich teilweise polygon, ausgeführten Welle aus einem im Wesentlichen zylindrischen Rohling mittels Radialschmieden.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Rohling in einem finalen Radialschmiedevorgang nicht rotiert.
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Bei dem Rohling kann es sich um ein beidseitig offenes Rohr oder einen einseitig geschlossenen Fließpressrohling handeln.
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Bevorzugt weist das Verfahren zumindest folgende, dem finalen Radialschmiedevorgang zeitlich vorangehende, weitere Schritte auf:
- - Bereitstellen eines im Wesentlichen zylindrischen Rohlings,
- - Radialschmieden zumindest eines Wellenabschnitts bei sich drehendem Rohling.
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Unter einem „finalen Radialschmiedevorgang“ kann im Kontext der vorliegenden Erfindung ein letzter Schmiedevorgang, zeitlich nachfolgend auf bereits vorangehende Schmiedevorgänge, jedoch auch ein einzelner Schmiedevorgang, ohne, dass der Rohling zuvor einen Schmiedevorgang durchschritten hat, verstanden werden.
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Durch das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren ist es auf einfache Art und Weise möglich komplexe Außengeometrien, nämlich Polygonformen, einer Welle zu realisieren. Weiterhin wird eine endkonturnahe Bauteilauslegung ermöglicht und dadurch eine Kosteneinsparung durch einen reduzierten mechanischen Nachbearbeitungsaufwand erzielt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Rohlings vor einem Schmiedevorgang.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Rohlings gemäß 1 nach einem ersten und einem zweiten Schmiedevorgang mit einem ersten und zweiten Innendurchmesser sowie einem ersten und zweiten Außendurchmesser.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Welle nach einem ersten und einem zweiten Schmiedevorgang sowie einem finalen Schmiedevorgang, in dem der Rohling nicht rotiert wurde.
- 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittebene A-A gemäß 3.
- 5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Schmiedevorrichtung in einer Ausgangsstellung.
- 6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Vorrichtung während eines ersten Schmiedevorgangs.
- 7 zeigt eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Schmiedevorrichtung zwischen dem ersten Schmiedevorgang und dem zweiten Schmiedevorgang.
- 8 zeigt eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Schmiedevorrichtung während eines zweiten Schmiedevorgangs.
- 9 zeigt eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Schmiedevorrichtung nach einem ersten und einem zweiten Schmiedevorgang.
- 10 zeigt eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Schmiedevorrichtung während eines finalen Schmiedevorgangs, bei dem der Rohling nicht rotiert wird.
- 11 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rohlings und der Schmiedewerkzeuge.
- 12 zeigt eine Frontalansicht von 5 in Blickrichtung des Richtungspfeils 7.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Im Folgenden wird anhand der 5 bis 10 ein beispielhaftes Radialschmiedeverfahren beschrieben, aus dem eine außenumfänglich teilweise polygon ausgeführte Welle 8 generiert wird. In 1 bis 4 sind dazu einzelne Ausbildungsstufen des Rohlings 1 bzw. der Welle 8 dargestellt.
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So zeigt 1 einen Rohling 1 vor Radialschmiedevorgängen und 2 einen Rohling 1 nach einem ersten Schmiedevorgang sowie einem zweiten Schmiedevorgang. In 3 und 4 ist die fertige außenumfänglich teilweise polygon ausgeführte Welle 8, also eine Welle 8 mit teilweise nicht kreisförmigem Querschnitt, dargestellt.
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Der Rohling 1 stellt das Ausgangsmaterial zur Herstellung der Welle 8 dar. Die in 3 dargestellte Welle 8 weist einen ersten Wellenabschnitt 5 mit einem ersten Innendurchmesser i1 und einem ersten Außendurchmesser a1 sowie einen zweiten Wellenabschnitt 6 mit einem zweiten Innendurchmesser i2 und einem zweiten Außendurchmesser a2 auf. Der Rohling 1 ist zylindrisch, teilweise hohl mit einem zentralen Hohlraum 4, ausgebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rohling 1 ein einseitig geschlossener Fließpressrohling. Der Rohling 1 ist somit an einer ersten Stirnseite geschlossen und an einer dieser ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite offen ausgeführt, wobei die Öffnung an der zweiten Stirnseite einen Teil des zentralen Hohlraums 4 des Rohlings 1 ist.
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Eine in 5 bis 10 schematisch dargestellte Radialschmiedevorrichtung 9 zur Herstellung der außenumfänglich teilweise polygon ausgeführten Welle 8 umfasst vier zentrisch symmetrisch um eine Schmiedeachse 2 angeordnete, im Sinne radialer Arbeitshübe antreibbare Schmiedewerkzeuge, nämlich Schmiedehämmer 3. Diese Schmiedehämmer 3 und deren Anordnung gegenüber dem Rohling 1 sind insbesondere in 11 und 12 dargestellt. Die Radialschmiedevorrichtung 9 umfasst weiterhin einen Schmiededorn, der sich während eines Schmiedevorgangs zumindest teilweise in dem Hohlraum 4 des Rohlings 1 befindet (nicht dargestellt).
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Weiterhin umfasst die Radialschmiedevorrichtung 9 einen Spannkopf 10 zum Halten des Rohlings 1, wobei der Rohling 1 an seiner geschlossenen Stirnseite an dem Spannkopf 10 gehalten ist. Die Radialschmiedevorrichtung 9 umfasst auch einen Gegenhalter 11 zur axialen Abstützung des Rohlings 1. Der Rohling 1 wird somit während des Schmiedevorgangs bzw. der einzelnen Schmiedevorgänge zwischen Spannkopf 10 und Gegenhalter 11 gehalten.
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Der Gegenhalter 11 weist eine Basis 12 und einen an der Basis 12 angelegten Gegenhalterdorn 13 auf. Der Gegenhalterdorn 13 ist derart ausgebildet, dass er sich teilweise, axial in den zentralen Hohlraum 4 des Rohlings 1 erstrecken kann.
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Der Gegenhalterdorn 13 ist zweiteilig ausgebildet, wobei ein erstes Teil des Gegenhalterdorns 13 ein Innenteil 14 darstellt und ein zweites Teil des Gegenhalterdorns 13 ein das Innenteil 14 umgebendes Außenteil 15 darstellt.
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Das Außenteil 15 ist relativ zum Innenteil 14 axial bewegbar ausgebildet.
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Das Innenteil 14 weist einen im Vergleich zum Außenteil 15 kleineren Außendurchmesser auf. Das Außenteil 15 weist somit einen im Vergleich zum Innenteil 14 größeren Außendurchmesser auf.
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Der Gegenhalterdorn 13 des Gegenhalters 11 weist eine größere axiale Erstreckung als der zentrale Hohlraum 4 des Rohlings 1 auf.
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Unter der Richtungsangabe „axial“ ist in diesem Zusammenhang eine Richtung entlang oder parallel zu der Schmiedeachse 2 zu verstehen. Unter der Richtungsangabe „radial“ ist in diesem Zusammenhang eine Richtung normal zu der Schmiedeachse 2 zu verstehen.
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Der Gegenhalter, der Spannkopf und der Schmiededorn der Radialschmiedevorrichtung sind entlang eines Führungsbettes axial bewegbar. Die Schmiedehämmer 3 der Radialschmiedevorrichtung sind radial bewegbar.
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Das Verfahren zur Herstellung der außenumfänglich teilweise polygon ausgeführten Welle 8 gemäß 3 mittels Radialschmieden umfasst die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen eines zylindrischen Rohlings 1 mit einer zumindest teilweise diesen Rohling 1 durchbrechenden Durchgangsbohrung, die den zentralen Hohlraum 4 des Rohlings 1 ausbildet (einseitig geschlossener Fließpressrohling: 1),
- - Einspannen des Rohlings 1 in den Spannkopf 10 der Radialschmiedevorrichtung 9, sodass eine Öffnung des zentralen Hohlraums 4 auf einer vom Spannkopf 10 abgewandten Stirnseite des Rohlings 1 liegt (5),
- - Axiales Verfahren des Spannkopfs 10 mit dem eingespannten Rohling 1 zu einem ersten Abschnitt des Rohlings 1 (5),Axiales Zustellen eines Gegenhalters 11, sodass ein Gegenhalterdorn 13, nämlich ein Innenteil 14 und ein Außenteil 15 des Gegenhalterdorns 13 den zentralen Hohlraum 4 des Rohlings 1 bis zu einem definierten Anschlag axial vollständig durchbrechen, wobei der Rohling 1 über das Außenteil 15 vorgespannt wird (5),
- - Radiales Zustellen der Schmiedehämmer 3 zu dem ersten Abschnitt des Rohlings 1 (5, 6),
- - Rundschmieden des ersten Abschnitts des Rohlings 1 zu einem ersten Wellenabschnitt 5 mit einem ersten Innendurchmesser i1 und einem ersten Außendurchmesser a1, wobei sich der Rohling 1 dreht (6).
- - Radiales Freigeben des ersten Wellenabschnitts 5 durch die Schmiedehämmer 3 (7),
- - Axiales Verfahren des Außenteils 15 des Gegenhalterdorns 13 in Richtung zur Basis 12 des Gegenhalters 11 aus dem zentralen Hohlraum 4 des Rohlings 1 heraus, wobei der Rohling 1 stirnseitig über das Außenteil 15 vorgespannt wird (7),
- - Axiales Verfahren des Spannkopfs 10 mit dem eingespannten Rohling 1 zu einem zweiten Abschnitt des Rohlings 1, sodass das Innenteil 14 im Bereich des zweiten Abschnitts liegt und den Hohlraum 4 nur teilweise durchbricht (8),
- - Radiales Zustellen der Schmiedehämmer 3 zu dem zweiten Abschnitt des Rohlings 1 (8),
- - Rundschmieden des zweiten Abschnitts des Rohlings 1 zu einem zweiten Wellenabschnitt 6 mit einem zweiten Innendurchmesser i2 und einem zweiten Außendurchmesser a2, wobei sich der Rohling 1 dreht (8).
- - Radiales Freigeben des zweiten Wellenabschnitts 6 durch die Schmiedehämmer 3 (9),
- - Axiales Verfahren des Innenteils 14 in Richtung zur Basis 12 des Gegenhalters 11 aus dem zentralen Hohlraum 4 des Rohlings 1 heraus, wobei der Rohling 1, wobei der Rohling 1 weiterhin stirnseitig über das Außenteil 15 vorgespannt wird (9),
- - Axiales Verfahren des Spannkopfs 10 und des Gegenhalters 11 mit dem eingespannten Rohling 1 zu dem ersten Wellenabschnitt 5 (10),
- - Radiales Zustellen der Schmiedehämmer 3 zu dem ersten Wellenabschnitt 5,
- - Polygonschmieden des ersten Wellenabschnitts 5, wobei der Rohling 1 nicht mit einer Drehzahl beaufschlagt wird, sich also nicht dreht (10),
- - Radiales Freigeben des ersten Wellenabschnitts 5 durch die Schmiedehämmer 3.
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Das Rundschmieden des zweiten Abschnitts des Rohlings 1 erfolgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in ein und derselben Radialschmiedevorrichtung 9 wie das Rundschmieden des ersten Abschnitts, wobei die Radialschmiedevorrichtung 9 dazu einen speziell ausgeführten Gegenhalter 11 bzw. Gegenhalterdorn 13 aufweist. Ein Schmieden des zweiten Abschnitts in einer separaten Radialschmiedevorrichtung ist jedoch auch denkbar. Weiterhin ist es auch denkbar den Rohling direkt „polygon zu schmieden“, ohne vorangehenden Rundschmiedevorgang.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohling
- 2
- Schmiedeachse
- 3
- Schmiedehammer
- 4
- Zentraler Hohlraum
- 5
- Erster Wellenabschnitt
- 6
- Zweiter Wellenabschnitt
- 7
- Richtungspfeil
- 8
- Welle
- 9
- Radialschmiedevorrichtung
- 10
- Spannkopf
- 11
- Gegenhalter
- 12
- Basis
- 13
- Gegenhalterdorn
- 14
- Innenteil
- 15
- Außenteil
- a1
- Erster Außendurchmesser
- a2
- Zweiter Außendurchmesser
- i1
- Erster Innendurchmesser
- i2
- Zweiter Innendurchmesser
