DE10337929A1

DE10337929A1 - Verfahren zur Herstellung von einteiligen Hohlkörpern mit profilierten Endbereichen, Hohlkörper und Verwendung der Hohlkörper

Info

Publication number: DE10337929A1
Application number: DE2003137929
Authority: DE
Inventors: Ronald Dr. Claus; Andreas Dr. Mertz
Original assignee: Voit Willy & Co GmbH; Willy Voit & Co GmbH
Current assignee: Voit Willy & Co GmbH; Willy Voit & Co GmbH
Priority date: 2003-08-14
Filing date: 2003-08-14
Publication date: 2005-03-17
Also published as: EP1654079A1; WO2005016569A1; EP1654078A1; DE112004002046D2; WO2005016570A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von einteiligen Hohlkörpern mit profilierten Endbereichen. Sie betrifft weiterhin einen einteiligen Hohlkörper mit gegebenenfalls profilierten Endbereichen und die Verwendung der Hohlkörper. DOLLAR A Um ein Verfahren zu schaffen, das eine Verbesserung der Produktqualität mit sich bringt, in fertigungstechnischer Hinsicht gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und möglichst auch kostengünstiger herstellbar ist, wird im Rahmen der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, wobei DOLLAR A È in einem ersten Verfahrensschritt ein metallisches Rohr in seinem mittleren Bereich abgestreckt wird, DOLLAR A È in einem zweiten Verfahrensschritt mindestens ein Endbereich abgestreckt wird und DOLLAR A È in einem dritten Verfahrensschritt die abgestreckten Endbereiche auf Maß gerollt werden. DOLLAR A Weiterhin wird ein gemäß dem Verfahren hergestellter Hohlkörper und die Verwendung dieses Hohlkörpers beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von einteiligen Hohlkörpern mit profilierten Endbereichen. Sie betrifft weiterhin einen einteiligen Hohlkörper mit profilierten Endbereichen und die Verwendung der Hohlkörper.

Hohle Antriebswellen werden zunehmend im Automobilbau verwendet, da sie infolge ihres gegenüber Vollwellen geringeren Gewichtes einen Beitrag liefern, den durch Maßnahmen im Komfort- und Sicherheitsbereich herbeigeführten Gewichtszuwachs zu einem Teil zu kompensieren. Darüber hinaus besitzt die hohle Antriebswelle die Möglichkeit, bei entsprechender geometrischer Abstimmen zur Komfortverbesserung beizutragen. Zur Zeit wird die Monoblock-Hohlwelle aufgrund ihrer kostengünstigeren Herstellung bei Neu-Applikationen der 3-teiligen, nur im mittleren Bereich rohrförmigen, Hohlwelle vorgezogen.

Mitunter problematisch ist hierbei, dass die Monoblock-Hohlwelle bei gleicher adaptierter Gelenkgröße weder statisch noch dynamisch das Drehmomentübertragungspotential der 3-teiligen Hohlwelle erreicht. Verbesserungen wären durch die Anformung dickwandigerer Verzahnungsbereiche an den Wellenenden möglich, jedoch würde mit einer derartigen Maßnahme der Kostenvorteil nicht unwesentlich schrumpfen.

Die DE 25 27 376 C2 beschreibt eine Antriebswelle, die als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei ein äußeres Gelenkteil einstückig aus dem Rohrkörper ausgeformt ist. Von Nachteil bei dieser Ausführung ist, daß durch die im wesentlichen gleiche Wandstärke der gesamten Welle nur geringe Drehmomente übertragen werden können.

In der DE 30 09 277 C2 ist eine Antriebswelle beschrieben, bei der abgestuft von der Mitte nach außen der Durchmesser geringer und die Wandstärke größer wird. Die Endbereiche sind mit einer Längsverzahnung versehen. Diese Ausführung der Kraft-/Momenteinleitung stellt eine besondere Schwachstelle dar.

Das in der DE 101 29 671 A1 beschriebene "Verfahren zur Herstellung gezielter Werkstoffanhäufungen an hohlen Wellen" betrifft die Herstellung eines Wellenbundes mit lokal erhöhter Wandstärke durch Rundkneten.

Aus der DE 40 22 692 C2 ist eine Hohlwelle bekannt, bei der der mittlere Rohrbereich auf eine reduzierte Wandstärke gehämmert und/oder abgestreckt wird. Die Endbereiche werden durch Hämmern, Schmieden oder Pressen angeformt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das eine Verbesserung der Produktqualität mit sich bringt, in fertigungstechnischer Hinsicht gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und möglichst auch kostengünstiger herstellbar ist. Entsprechendes sollte auch für die mit dem Verfahren hergestellten Teile gelten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einteiliger Hohlkörper mit mindestens einem profilierten Endbereich gelöst, wobei

• in einem ersten Verfahrensschritt ein metallisches Rohr in seinem mittleren Bereich abgestreckt wird,
• in einem zweiten Verfahrensschritt mindestens ein Endbereich abgestreckt wird, und
• in einem dritten Verfahrensschritt die abgestreckten Endbereiche auf Maß gerollt werden.

Mittels der verfahrensgemäßen Fertigungstechnologie für Monoblock-Hohlwellen, dem Abstreck-Kopier-Drückrollen, können die für ein in der Serienfertigung befindliches Produkt gestellten Zielvorgaben erreicht werden:

Verbesserung der Produktqualität

• Höheres Drehmomentübertragungspotential durch dickwandige Verzahnungsbereiche
• Verbesserte Oberflächenqualität (außen und innen)
• Größere Freiheiten beim Design von Übergängen.

Verbesserung Fertigung

• Kontinuierlicher Materialfluß während der Kaltumformung
• Geringere Anzahl von Operationen – Einfache Werkzeuge
• Geringe Anzahl unterschiedlicher Werkzeuge
• Hohe Standzeiten der Werkzeuge, die zudem vielfach nachgearbeitet werden können

Verbesserung Kostensituation

• Geringeres Investment
• Geringere Stückkosten

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß

• in dem zweiten Verfahrensschritt der mindestens eine Endbereich reduziert und gegebenenfalls aufgedickt wird und
• in dem dritten Verfahrensschritt die abgestreckten, reduzierten und gegebenenfalls aufgedickten Endbereiche auf Maß gerollt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, durch Verdrängen bzw. Aufstauen des Materials in Längsrichtung eine relativ weitgehende Formgebung hinsichtlich der jeweiligen Materialstärke und Profilierung vorzunehmen.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß

• in einem vierten Verfahrensschritt Profile auf die freien Enden aufgezogen werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens beruht darin, daß

• in weiteren Verfahrensschritten eine spanende Bearbeitung und/oder das Einstechen von Nuten und/oder ein Ablängen erfolgt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden gerollte, lasergeschweißte Rohre als Halbzeug verwendet.

Weiterhin ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß das metallische Rohr aus Einsatz- und Vergütungsstählen mit einem Kohlenstoffäquivalent von mehr als 0,4 besteht.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß das metallische Rohr aus Stählen mit einem Kohlenstoffäquivalent von weniger als 0,4 besteht.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Hohlkörper mit mindestens einem profilierten Endbereich, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Ein derartiger Hohlköper kann in zahlreichen Bereichen eingesetzt werden.

Schließlich ist auch eine Verwendung des Hohlkörpers als Antriebswelle erfindungsgemäß.

Die Vorteile der Erfindung bestehen im wesentlichen in folgenden Punkten:

• Kontinuierlicher Verlauf der Umformung
• Verbesserte Oberflächenqualität insbesondere beim Abstrecken
• Verringerung der Fältelungen am Innendurchmesser
• Gleicht Wanddickenunterschiede des Rohrrohlings besser aus
• Größere Freiheiten beim Design von Übergangen und Absätzen
• Fehlstellen in einer Schweißnaht werden aufgerissen und nicht zugeknetet
• Einfache Erzeugung dickwandiger Zapfenenden bei dünnwandigem Rohrquerschnitt im mittleren Wellenbereich
• Geringere Anzahl unterschiedlicher Werkzeuge
• Keine komplizierten Werkzeuge
• Wesentlich geringere Werkzeugkosten
• Äußerst geringer Verschleiß der Drückrollen
• Die Drückrollen können sehr häufig "nachgearbeitet" werden.
• Sehr geringer Geräuschpegel
• Lärmschutz-Einhausung nicht erforderlich
• Verringerung der Anzahl der Operationen
• Geringerer Platzbedarf
• Geringerer Energieverbrauch
• Geringerer Personalbedarf

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen
1 bis 6 die einzelnen Verfahrensschritte zur Erstellung einer Antriebswelle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Wie in 1 dargestellt, wird als Ausgangsprodukt ein Laser-geschweißtes, induktiv geschweißtes oder nahtloses Rohr 1 verwendet, das beispielsweise aus einem Einsatz- oder Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffäquivalent von mehr als 0,4, wie z.B. 16MnCr5 besteht.
In einem ersten Bearbeitungsschritt (2) wird das Rohr 1 in seinem mittleren Bereich mittels Drückrollen A abgestreckt, wobei ein Dorn 3 in den Innenbereich des Rohres 1 eingebracht wird. Vorteilhafterweise werden drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Drückrollen A verwendet, wie dies in 2a dargestellt ist. Während dieses Vorganges wird der Außendurchmesser im abgestreckten Bereich reduziert, während der Außendurchmesser in den übrigen Bereichen gleich bleibt. Die Länge des Rohres 1 beträgt nun L = L_Rohr + ΔL_Abstrecken + 2 × L₀, wobei L₀ die (schräg verlaufende) Länge des Übergangsbereiches zwischen dem abgestreckten mittleren Bereich und den Endbereichen ist.
Es liegt also als Halbzeug ein Rohr 1 mit dünner Wandstärke im mittleren Bereich und dickerer Wandstärke in den Endbereichen vor.
Im zweiten Verfahrensschritt wird das Rohr 1 im mittleren Bereich mittels einer Fixierung 2 blockiert und die Endbereiche mit Drückrollen (B, C) in angetriebenen Rollköpfen (B, C) abgestreckt, wobei in 3 links der erste Abstreckvorgang der Endbereiche dargestellt ist und in 3 rechts der zweite. Die beiden Abstreckvorgänge laufen vorteilhafterweise gleichzeitig ab, was bei geeigneter Ausführung zu einer Drehmomentneutralisierung in der Rohrmitte führen kann. Während der Abstreckvorgänge werden in die Endbereiche jeweils ein Dorn 4 eingebracht.
Wird der Längsfluß des Materials durch seitliche Anschläge 8 (3, rechts) am Längsfluß behindert, so können die Endbereiche sogar aufgedickt werden.
Ein dritter Verfahrensschritt (4) besteht darin, daß die Enden mittels der Drückrollen (D, E) in einem angetriebenen Rollkopf (D, E) auf Maß gerollt werden, wobei das Rohr 1 mittels der Fixierung 2 mittig fixiert bleibt und die Dorne 4 in den Endbereichen verbleiben.
Anschließend erfolgt in einem vierten Bearbeitungsschritt (5) ein Aufziehen eines Profiles über einen Dorn 4 an den Endbereichen des Rohres 1 mittels einer Ziehmatrize 5, die sich in einer Armierung 6 befindet, wobei der Hohlkörper mittels der Fixierung 2 blockiert wird.
Nach Entfernen der Dorne 4 können dann insbesondere in den Endbereichen noch weitere Bearbeitungsschritte 7 erfolgen, wie eine spanende Bearbeitung (Schleifen, Drehen), das Einstechen von Nuten oder das Werkstück kann abgelängt werden. Es ist nur die Bearbeitung des linken Endbereiches dargestellt, die des rechten erfolgt analog.

Claims

Verfahren zur Herstellung einteiliger Hohlkörper mit mindestens einem profilierten Endbereich, dadurch gekennzeichnet, daß • in einem ersten Verfahrensschritt ein metallisches Rohr in seinem mittleren Bereich abgestreckt wird, • in einem zweiten Verfahrensschritt mindestens ein Endbereich abgestreckt wird, und • in einem dritten Verfahrensschritt die abgestreckten Endbereiche auf Maß gerollt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß • in dem zweiten Verfahrensschritt der mindestens eine Endbereich reduziert und gegebenenfalls aufgedickt wird und • in dem dritten Verfahrensschritt die abgestreckten, reduzierten und gegebenenfalls aufgedickten Endbereiche auf Maß gerollt werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß • in einem vierten Verfahrensschritt ein Profil auf die freien Enden der Endbereiche aufgezogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß • in weiteren Verfahrensschritten eine spanende Bearbeitung und/oder das Einstechen von Nuten und/oder ein Ablängen erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gerollte, lasergeschweißte Rohre als Halbzeug verwendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Rohr aus Einsatz- und Vergütungsstählen mit einem Kohlenstoffäquivalent von mehr als 0,4 besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Rohr aus Stählen mit einem Kohlenstoffäquivalent von weniger als 0,4 besteht.
Hohlkörper mit mindestens einem profilierten Endbereich, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper gemäß einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 hergestellt ist.
Verwendung der Hohlkörper gemäß Anspruch 7 als Antriebswellen.
Verwendung der Hohlkörper gemäß Anspruch 7 als Spaceframe-Komponenten.
Verwendung der Hohlkörper gemäß Anspruch 7 als Halbzeug für die Innenhochdruckumformung.