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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Werkstücks, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE 43 15 503 A1 ist
ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Werkstücks bekannt, welches innen
und außen
gerade oder schräg
zu einer Werkstückachse
verlaufend profiliert ist. Hierbei wird nach der Grob-Methode verfahren,
bei welcher ein ebener und im wesentlichen kreisförmiger Rohling
und ein einem Innenprofil entsprechender Dorn einen Werkstückvorschub
erhalten und entlang der Werkstückachse
verschoben und um die Werkstückachse
gedreht werden, während
man von außen
mit der wenigstens einen in einem umlaufenden Walzenkopf antreibbar
drehbar gelagerten Drückwalze
in auf den Werkstückvorschub
abgestimmter Folge, im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung
verlaufendem Sinne, sich teilweise überdeckende Walzvorgänge auf
einer durch den Werkstückvorschub
bestimmten schraubenlinienförmigen
Zone ausführt, und
aus einem Rohling das wenigstens innen profilierte hohle Werkstück direkt
in einem Arbeitsgang durch Kaltumformung geformt. Als Rohling wird
dazu eine einstückig
ausgebildete, flache oder tellerförmige Ronde geeigneten Durchmessers
eingesetzt.
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Aus
der
DE 43 21 779 A1 ist
ein Verfahren zum Herstellen eines blechernen Starterkranz-Zahnrads
bekannt. Das Zahnrad weist eine Außenverzahnung auf, welche an
einem Mantel ausgebildet ist, welcher einstückig mit dem Radflansch verbunden ist.
Das Zahnrad ist dabei aus Blech ausgebildet und wird durch Kaltumformen
nach der Grob-Methode hergestellt. Dabei erhält man das Starterkranz-Zahnrad
aus einem noch ungezahnten, im Durchmesser etwas kleineren aber
sonst ähnlich
dem fertigen Starterkranz-Zahnrad ausgebildeten Rohling. Diesen Rohling
formt man kalt nach der Grob-Methode um, wobei man keinen gezahnten
Dorn verwendet, sondern einen mehr oder weniger zylindrischen Dorn. Die
dünnste
Wandstärke
des Mantels befindet sich dabei nicht im Bereich der Zahnflanken,
sondern zwischen dem Fußkreis
und der Innenfläche
des Mantels. Hierdurch wird erreicht, dass man das Starterkranz-Zahnrad
auf ähnliche
Weise herstellen kann, wie beim Walzen ins Volle (also wie beim
Walzen einer Außenverzahnung
an einem vollen Werkstück). Das
beschriebene Verfahren ermöglicht
jedoch lediglich die Herstellung eines Zahnrades mit einer Außenverzahnung.
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Aus
der
DE 195 06 391
A1 sind ein Verfahren und ein Werkzeug zur Blechumformung
bekannt. Das Werkzeug weist ein Werkzeugunterteil und ein relativ
dazu bewegliches Werkzeugoberteil auf, welche zur Umformung des
Formteils zusammenwirken und wobei Formrollen an bzw. in dem Werkzeugunterteil
drehbar angebracht sind. Das Werkzeugoberteil wirkt beim Zusammenfahren
der Werkzeughälften
als Stempel. Mit dem Werkzeug können
Blechteile in einem Arbeitsgang auf einer Presse mit einem zahn-
oder wellenförmigen
Profil versehen werden. Durch die Formrollen wird das Formteil spanlos
umgeformt und je nach Ausgestaltung der einzelnen Formrollen können am
Formteil unterschiedliche Zahn- oder Wellenformen ausgebildet werden.
Als Rohling wird hierbei ein bereits vorgeformtes Blechteil eingesetzt,
weiches in dem beschriebenen Verfahrensgang lediglich eine Verzahnung
erhält.
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Aufgabenstellung
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein hohles Werkstück
eine verbesserte Ausführungsform
bei einfacher Herstellbarkeit anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst, vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Rohling, welcher
im Wesentlichen als ebenes, kreisförmiges Sandwichelement ausgebildet
ist, durch Kaltumformen nach der Grob-Methode in einem Arbeitsgang
zu einem hohlen Werkstück umzuformen,
welches innen und außen
gerade oder schräg
zu einer Werkstückachse
verlaufend profiliert ist. Das so hergestellte Werkstück besitzt
einen doppelwandigen Mantel sowie einen doppelwandigen Boden, was
für bestimmte
Anwendungen von Vorteil ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird
eine effektive Kombination aus Drückwalzen und Kaltwalzen der
Verzahnung auf einer Maschine und in einem Arbeitsgang erreicht.
Dazu wird der Rohling zunächst mit
dem Walzdorn axial gespannt und durch Verschieben entlang der Werkstückachse
zunächst
eine Napfform gefertigt und anschließend die Verzahnung eingewalzt.
Das bisher erforderliche getrennte Herstellen von zumindest zwei
einzelnen Werkstücken und
das spätere
Zusammenfügen
dieser beiden entfallen durch den Einsatz des Sandwichelements,
wodurch Kosten und Zeit gespart werden können.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das Sandwichelement zumindest zwei parallele Blechronden auf, wobei
zwischen den beiden Blechronden eine Dämpfungsschicht angeordnet sein kann.
Gunstigerweise ist die Dämpfungsschicht
als Kunststoffschicht, insbesondere als Elastomerschicht, ausgebildet.
Durch die zwischen den beiden Blechronden liegende Dämpfungsschicht
können
im fertigen Werkstück
Schwingungen und/oder Geräusche
(z.B. Motorgeräusche)
während
des Betriebs gedämpft
werden, wodurch sich insgesamt ein laufruhiger und materialschonender
Betrieb ergibt. Gleichzeitig wird eine besonders leichte Bauweise erreicht.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
zumindest eine der beiden Blechronden zu beschichten und die Beschichtung
als Klebe- und/oder Dämpfungsschicht auszubilden,
wobei die beiden Blechronden über
die dazwischen liegende Klebe- und/oder Dämpfungsschicht miteinander
verbunden sind. Durch die Beschichtung zumindest einer der beiden
Blechronden kann die Fixierung der beiden Schichten aneinander erleichtert
und dadurch der Herstellungsprozess des hohlen Werkstücks vereinfacht
werden. Gleichzeitig erlaubt die fixierte Lage der beiden Blechronden
zueinander eine Steigerung der Präzision während des Herstellungsprozesses.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Verwendungsform wird das hohle Werkstück koaxial
in ein Rad eingesetzt, das eine zum Außenprofil des hohlen Werkstücks komplementäre Aufnahme
enthält.
Das Rad kann als Kettenrad oder als Zahnrad oder als ein ein Kraftübertragungsmittel
führendes Rad
ausgebildet sein. Das durch die Erfindung fertigungstechnisch vereinfacht
und kostengünstiger
herzustellende hohle Werkstück
bildet somit ein zentrales Bauteil für die Anbringung von Rädern nahezu jeglicher
Art auf einer entsprechend drehbar gelagerten Achse und gewährleistet
dadurch einen schwingungsgedämpften,
leiseren und materialschonenderen Betrieb.
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Ausführungsbeispiel
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert, wobei sich Bezugszeichen
auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Fertigungsfolge des erfindungsgemäßen hohlen Werkstücks,
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2 ein
erfindungsgemäßes hohles
Werkstück,
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3 ein
erfindungsgemäßes hohles
Werkstück
in einem Rad,
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4 einen
Detailausschnitt X aus 2.
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Entsprechend 1,
ist ein Verfahrensablauf mit insgesamt vier Verfahrensschritten
A, B, C, D zum Herstellen eines hohlen Werkstücks 1, welches innen
und außen
gerade oder schräg
zu einer Werkstückachse 2 verlaufend
profiliert ist, gezeigt. Das Herstellen des hohlen Werkstücks 1 geschieht
durch Kaltumformen nach der Grob-Methode. Im ersten Verfahrensschritt
A wird ein ebener und im wesentlichen kreisförmiger Rohling 3,
welcher erfindungsgemäß als ein
im wesentlichen kreisförmiges
Sandwichelement 6 ausgebildet ist, auf einem Dorn 4 fixiert, welcher
als Außenprofil
ein späteres
Innenprofil des hohlen Werkstücks 1 aufweist.
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In
den weiteren Verfahrensschritten B, C und D erhält der Dorn 4 samt
dem Rohling 3 einen Werkstückvorschub 14, bei
welchem Dorn 4 und Rohling 3 entlang der Werkstückachse 2 verschoben
und um die Werkstückachse 2 gedreht
werden. Im Verfahrensschritt B wird zunächst durch die mindestens eine
in einem umlaufenden Walzenkopf antreibbar drehbar gelagerte Druckwalze 5 aus
dem ehemalig ebenen Rohling 3 durch Umbiegen eines umfangsäußeren Bereichs
des Rohlings 3 eine Napfform hergestellt. In auf den Werkstückvorschub 14 abgestimmter
Folge und im gleichen und hauptsächlich
in Profillängsrichtung
verlaufendem Sinne wird im Verfahrensschritt C über sich teilweise überdeckende Walzenvorgänge auf
einer durch den Werkstückvorschub 14 bestimmten
schraubenlinienförmigen
Zone eine Profilierung 15 in das hohle Werkstück 1 eingewalzt.
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Im
letzten Verfahrensschritt D wird das nun fertig gewalzte und profilierte
hohle Werkstück 1 ausgeworfen.
Prinzipiell ist auch denkbar, dass die beiden Blechronden 7 bzw.
eine zwischen den die beiden Blechronden 7 liegende Dämpfungsschicht 8, durch
Fügen,
insbesondere durch Druckfügen,
in einem Bodenbereich 9 des hohlen Werkstücks 1 miteinander
verbunden werden. Dies kann beispielsweise beim Fertigen der Napfform
durch einen Zieh- und/oder
Fügevorgang
geschehen (Verfahrensschritt B) oder kurz vor dem Auswurf, indem
das hohle Werkstück 1 gegen
einen nicht dargestellten Stempel gepresst wird.
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Durch
die Ausbildung des Rohlings 3 als Sandwichelement 6,
welches zumindest zwei parallele Blechronden 7 bzw. eine
zwischen den beiden Blechronden 7 liegende Dämpfungsschicht 8 aufweist
(vgl. 3 und 4), ist es möglich, mit dem an sich bekannten
Grob-Verfahren ein schwingungsgedämpftes hohles Werkstück 1 in
einem einzigen Arbeitsgang herzustellen, wodurch Zeit und Kosten eingespart
werden können.
Dabei ist es prinzipiell möglich,
dass die Dämpfungsschicht 8 als
Kunststoffschicht, insbesondere als Elastomerschicht, als Gummischicht
oder als aus einem metallischen Werkstoff ausgebildete Dämpfungsschicht
ausgebildet ist.
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Die
schwingungsdämpfende
Wirkung des hohlen Werkstücks 1 kann
beispielsweise auch dadurch erreicht werden, dass zumindest einer
der Blechronden 7 beschichtet ist und dass die Beschichtung
als Klebe- und/oder Dämpfungsschicht 8 ausgebildet
ist und dass die beiden Blechronden 7 über die dazwischen liegende
Klebe- und/oder Dämpfungsschicht 8 miteinander
verbunden sind. Generell ist es auch möglich, das hohle Werkstück 1 mit
nur zwei Blechronden 7 auszubilden, wobei die Dämpfungsfunktion
von einer zwischen den beiden Blechronden 7 liegenden Luftschicht übernommen
wird. In diesem Fall kann der Fügevorgang
beispielsweise durch eine Wärmebehandlung
erfolgen.
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Gemäß 3 wird
das hohle Werkstück 1 koaxial
in ein Rad 10 eingesetzt, das eine zum Außenprofil
des hohlen Werkstücks 1 komplementäre Aufnahme 11 enthält. Das
Rad 10 kann dabei als Ketten- oder als Zahn- oder als ein
ein Kraftübertragungsmittel,
z.B. einen Riemen, führendes
Rad ausgebildet sein.
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Entsprechend 3 und 4 weist
das hohle Werkstück 1 zwei
konzentrisch angeordnete Blechringe 12, 13 auf,
die jeweils ein Innenprofil und ein Außenprofil aufweisen, wobei
das Innenprofil des inneren Blechrings 12 das Innenprofil
des hohlen Werkstücks 1 bildet,
wogegen das Außenprofil
des äußeren Blechrings 13 das
Außenprofil
des hohlen Werkstück 1 bildet.
Generell sind beide Blechringe 12, 13 so ausgebildet,
dass das Außenprofil
des inneren Blechrings 12 formschlüssig in das Innenprofil des äußeren Blechrings 13 eingreift.
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Aufgrund
der Detailansicht in 4 ist deutlich zu erkennen, dass
zwischen den Blechringen 12, 13 eine Dämpfungsschicht 8 angeordnet
ist, welche beispielsweise als Kunststoffschicht, insbesondere als
Elastomerschicht, oder als eine aus einem metallischen Werkstoff
hergestellte Dämpfungsschicht oder
als Luftschicht ausgebildet ist. Denkbar ist auch, dass zumindest
einer der beiden Blechringe 12, 13 beschichtet
ist und dass die Beschichtung als Klebe- und/oder Dämpfungsschicht 8 ausgebildet
ist, wobei die beiden Blechringe 12, 13 über die
dazwischen liegende Klebe- und/oder Dämpfungsschicht 8 miteinander
verbunden sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung lassen sich
für schwingungsgedämpfte Räder, beispielsweise
Zahnräder,
die hohlen Werkstücke 1 nach
der bekannten Grob-Methode in einem einzigen Arbeitsgang schnell
und kostengünstig
herstellen, wobei eine hohe Herstellungspräzision ohne technischen Mehraufwand
erreicht werden und dadurch ein Werkstück 1 geschaffen werden
kann, welches höchsten Ansprüchen genügt. Darüber hinaus
wird eine verbesserte Reproduzierbarkeit bei hoher Maßhaltigkeit und
Formtreue erreicht.
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Zusammenfassend
lassen sich die wesentlichen Merkmale der Erfindung wie folgt charakterisieren:
Die
Erfindung ermöglicht
es, einen Rohling 3, welcher im wesentlichen als ebenes,
kreisförmiges Sandwichelement 6 ausgebildet
ist, durch Kaltumformen nach der Grob-Methode in einem einzigen
Arbeitsgang zu einem hohlen Werkstück 1 umzuformen, welches
innen und außen
gerade oder schräg zu
einer Werkstückachse 2 verlaufend
profiliert ist. Das getrennte Herstellen von zumindest zwei Blechringen 12, 13 und
das spätere
Zusammenfügen dieser
beiden entfällt,
wodurch Kosten und Zeit gespart werden können.
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Zwischen
den beiden Blechronden 7 kann eine Dämpfungsschicht 8 angeordnet
sein, welche günstigerweise
als Kunststoffschicht, insbesondere als Elastomerschicht, ausgebildet
sein kann. Durch die zwischen den beiden Blechronden 7 liegende Dämpfungsschicht 8 können Schwingungen und/oder
Geräusche
während
des Betriebs gedämpft werden,
wodurch sich insgesamt ein laufruhiger und materialschonender Betrieb
ergibt.
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Das
hohle Werkstück 1 kann
koaxial in ein Rad 10 eingesetzt werden, das eine zum Außenprofil des
hohlen Werkstücks 1 komplementäre Aufnahme 11 enthält, wobei
das Rad 10 als Kettenrad oder als Zahnrad oder als ein
ein Kraftübertragungsmittel
führendes
Rad ausgebildet sein kann.