DE19723073C2 - Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks aus einer Blechronde, an der ein verdickter, im wesentlichen radial verlaufender Um­ fangsbereich ausgebildet wird.

Ein gattungsgemäßes Verfahren geht beispielsweise aus der DE 38 06 024 C1 hervor. Bei diesem bekannten Verfahren wird an den Randbereich einer rotierenden Blechronde eine Stauchrolle zugestellt, welche an ihrem Umfang eine halb­ kreisförmig ausgebildete Stauchnut aufweist. Mittels der Stauchrolle wird der Randbereich der Blechronde gestaucht, wobei durch die Stauchnut ein im Querschnitt etwa trop­ fenförmiger verdickter Randbereich ausgeformt wird. Inner­ halb des verdickten Randbereichs entsteht eine ungleich­ mäßige Gefügestruktur des Werkstoffs. Bei diesem bekann­ ten Verfahren kann eine Materialverdickung nur an einem relativ schmalen Bereich ausgeformt werden. Zudem ist beim radialen Stauchen das Umformvermögen des Werkstoffs relativ schnell erschöpft, so daß keine größere Materialansammlung erzeugt werden kann. Schließlich ist die Ausführung dieses Verfahrens auf eine Drückwalzmaschine beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks aus einer Blechronde anzugeben, welches einfach ausführbar ist, und bei dem eine definierte Materialver­ dickung bei einer weitgehend gleichmäßigen Gefügestruktur erzielbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsge­ mäßen Verfahren ist kennzeichnend, daß der Umfangsbereich der Blechronde unter gleichzeitiger Verringerung des Außendurchmessers der Blechronde von einem ersten Durchmesser auf einen zweiten Durchmesser in einer axialen Richtung aus der Ebene der Blechronde heraus umgeformt wird, wobei der umgeformte Umfangsbereich in der axialen Richtung hinterschneidungsfrei ist, daß der umgeformte Umfangsbereich der Blechronde un­ ter Beibehaltung des zweiten Durchmessers in axialer Rich­ tung zu der Ebene der Blechronde hin flachgedrückt wird und daß dabei der umgeformte Umfangsbereich zu einer radial verlaufenden Materialverdickung umgeformt wird.

Zur Erzeugung einer Verdickung in der Blechronde bedarf es lediglich einer Axialbewegung. Das erfindungsgemäße Verfah­ ren kann daher sowohl auf einer Presse als auch auf einer Drückwalzmaschine ausgeführt werden. Zudem kann eine Mate­ rialverdickung in einem relativ breiten Umfangsbereich ein­ gestellt werden, wobei über den gesamten Bereich eine gleichmäßige Kaltverfestigung und somit eine nahezu homoge­ ne Gefügestruktur erzielt wird.

Eine besonders hohe Materialverdickung kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß das Umformen und das Flach­ drücken in axialer Richtung mehrfach hintereinander ausge­ führt wird und dabei die Materialverdickung weiter verdickt wird. Nachdem der umgeformte Bereich der Blechronde zur Materialverdickung flachgedrückt wurde, wird der verdickte Bereich wieder wie oben umgeformt. Dieser Bereich wird dann erneut flachgedrückt, wobei sich die Materialdicke des Um­ fangsbereichs erhöht. Der Außendurchmesser der Blechronde nimmt dabei weiter ab, d. h., Material aus dem Randbereich dient zum Bilden der Materialverdickung. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, bis die gewünschte Wandstärke an der Blechronde erreicht ist.

Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens besteht darin, daß das Werkstück vor einem erneu­ ten Umformen und Flachdrücken in axialer Richtung wärmebe­ handelt wird. Somit wird verhindert, daß das Umformvermö­ gen des Werkstoffs erschöpft wird und es zu einer Rißbil­ dung kommen kann. Auf diese Weise kann nahezu unabhängig von den Werkstoffeigenschaften der Blechronde in dem zu verdickenden Umfangsbereich eine Wandstärke eingestellt werden, welche ein Mehrfaches der Ausgangswandstärke der Blechronde ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß als Profil ein Kreisbogen oder eine Anwinke­ lung geformt wird. Das im Querschnitt kreisbogenförmige Profil kann beispielsweise die Form eines Viertel- oder Halbkreisbogens aufweisen. Selbstverständlich ist auch jede andere beliebige Kurvenform möglich, welche in axialer Richtung hinterschneidungsfrei ist.

Um den zu verdickenden Umfangsbereich mit einer definierten Form zu erzeugen, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, daß die zu bildende Materialverdickung an ihrer radial innen­ liegenden Seite durch einen Niederhalter begrenzt wird, welcher beim Flachdrücken zentrisch auf die Blechronde ge­ drückt wird. Der zumeist scheibenförmig ausgebildete Nie­ derhalter verhindert einen unerwünschten Materialfluß ra­ dial nach innen, so daß die Blechronde in dem Bereich des Niederhalters ihre ursprüngliche Wandstärke beibehält.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist es von Vorteil, daß in die Materialverdickung ein Nut- oder Ver­ zahnungsprofil eingeformt wird. So kann aus der Blechronde beispielsweise ein Kettenrad mit materialverstärkten Ket­ tenzähnen oder ein anderes Getriebeteil gefertigt werden.

In bevorzugter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren da­ durch weitergebildet, daß die radial verlaufende Material­ verdickung zum Bilden einer im wesentlichen zylindrischen Wandung umgelegt wird. Dieser Umformschritt kann sowohl auf einer Presse als auch auf einer Drück- oder Drückwalzma­ schine durchgeführt werden. Es entsteht so ein topfförmiges Werkstück, welches in vielfältiger Weise zur Fertigung ei­ nes Getriebeteiles verwendet werden kann.

Besonders bevorzugt ist, daß an eine Außen- und/oder Innen­ seite der zylindrischen Wandung ein Nut- oder Verzahnungs­ profil eingeformt wird. So gefertigte Getriebeteile werden insbesondere als Riemenscheiben mit umlaufenden oder axial gerichteten Nuten für Poly-V-Riemen bzw. Zahnriemen einge­ setzt.

Es ist erfindungsgemäß, daß zumindest das Flachdrücken auf einer Drückwalzmaschine ausgeführt wird. Auf der Drückwalz­ maschine kann dann auch das Einformen eines Nut- oder Ver­ zahnungsprofils und gegebenenfalls ein Umformen der ver­ dickten Blechronde zu einem zylindrischen Werkstück durch­ geführt werden. Das Formen des profilierten Umfangsbereichs kann grundsätzlich auch auf einer Drückwalzmaschine durch radiales Zustellen einer konturierten Drück- oder Bordier­ rolle erzeugt werden. Ist jedoch bei der Blechronde eine Umformung auch im Nabenbereich durch eine Preß- oder Stanz­ bearbeitung notwendig, so kann diese zusammen mit der Pro­ filierung in einem ersten Arbeitsschritt ausgeführt werden.

Die Erfindung wird anhand von bevorzugten Ausführungsbei­ spielen weiter erläutert, welche in den Zeichnungen schema­ tisch dargestellt sind.

In den Zeichnung zeigen:

Fig. 1 bis 6 Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Poly-V-Riemenscheibe gemäß der Erfindung;

Fig. 7 bis 13 Verfahrensschritte bei einer mehrfachen Wand­ stärkenverdickung gemäß der Erfindung;

Fig. 14 bis 20 Verfahrensschritte bei der Fertigung einer Poly-V-Riemenscheibe nach einer Variante der Er­ findung;

Fig. 21 bis 26 Verfahrensschritte bei der Fertigung einer Poly-V-Riemenscheibe gemäß einer weiteren Vari­ ante der Erfindung;

Fig. 27 bis 32 Verfahrensschritte bei der Fertigung einer Poly-V-Riemenscheibe nach einer weiteren er­ findungsgemäßen Verfahrensvariante; und

Fig. 33 eine schematische Teilquerschnittsansicht durch eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens.

Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 6 wird die Fertigung einer Poly-V-Riemenscheibe 20 erläutert, welche aus einer ebenen Blechronde 10 gefertigt wird. Die kreisscheibenförmige Blechronde 10 mit einer Mittenachse 11 wird mit einem pro­ filierten Umfangsbereich 12 versehen. Durch diese Umformung wird eine Anwinkelung in einem spitzen Winkel zur Ausgangs­ ebene der Blechronde 10 erzeugt. Die Wandstärke des Um­ fangsbereichs 12 bleibt beim Umformen nahzu unverändert und der Außendurchmesser des Werkstücks wird reduziert. Gleichzeitig kann mit der Ausbildung der geraden Anwinke­ lung ein zylindrischer Nabenbereich 13, beispielsweise dur­ ch Stanzen und Tiefziehen, geformt werden.

Unter Beibehaltung des verringerten Außendurchmessers wird der angewinkelte Umfangsbereich 12 parallel zur Mitten­ achse 11 zurück in Richtung der Ausgangsebene der Blech­ ronde 10 gestaucht. Bei diesem Stauchvorgang entsteht eine definierte Materialverdickung 14, wie sie aus Fig. 3 zu ersehen ist. Abhängig von der Ausbildung der verwendeten Werkzeuge kann die erzeugte Materialansammlung nur an einer Seite des Ausgangsmaterials hervorstehen, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Alternativ kann eine Materialverdickung 14a gemäß Fig. 3a vorgesehen werden, wobei die Materialansamm­ lungen zu beiden Seiten des Ausgangsmaterials ausgebildet sind.

Das so verdickte Werkstück wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zu einer Poly-V-Riemenscheibe 20 span­ los umgeformt. Hierzu wird die Materialverdickung 14 im we­ sentlichen rechtwinklig zu einer zylindrischen Wandung 15 umgelegt. Diese zylindrische Wandung 15 weist gegenüber dem radial innenliegenden Nabenbereich 13 eine deutlich erhöhte Wanddicke auf. Die zylindrische Wandung 15 kann mittels Drückrollen und einem entsprechend ausgebildeten Drückfut­ ter an einer Drückwalzmaschine zu einer Riemenaufnahme­ fläche 16 umgeformt werden, in die anschließend ein Nut­ profil 17 zur Fertigstellung der Poly-V-Riemenscheibe 20 eingeformt wird.

Eine besonders hohe Wandstärkenverdickung wird mit der Ver­ fahrensvariante gemäß den Fig. 7 bis 13 erreicht. Hier­ bei wird die Blechronde 10 entsprechend den zuvor beschrie­ benen Verfahrensschritten nach den Fig. 1 bis 3 zu einem Werkstück geformt, welches neben einem Nabenbereich 13 eine erste Materialverdickung 14 aufweist. Diese erste Material­ verdickung 14 wird entsprechend dem vorausgegangenen Ver­ fahrensschritt nochmals zu einer Anwinkelung 21 umgeformt, wobei sich der Außendurchmesser des Werkstücks weiter ver­ ringert. Diese zweite Anwinkelung 21 wird dann erneut in axialer Richtung in die Ebene der Ausgangsblechronde ge­ staucht, wobei eine noch stärkere zweite Materialver­ dickung 22 gebildet wird. Um noch mehr Material im Umfangs­ bereich anzusammeln, wird das Werkstück in seinem Umfangs­ bereich nochmals zu einer dritten Anwinkelung 23 umgeformt, welche dann erneut in axialer Richtung zu einer dritten, noch stärkeren Materialverdickung 24 gestaucht wird. Die Verfahrensschritte können so lange wiederholt werden, bis die gewünschte Wandstärke im Umfangsbereich erreicht ist.

In den Fig. 9a, 11a und 13a sind jeweils alternative Ausformungen der jeweiligen Materialverdickungen 14, 22, 24 gezeigt.

In den Fig. 14 bis 20 ist eine Verfahrensvariante darge­ stellt, bei der die Blechronde 10 mit einem Umfangsbereich 12b versehen wird, welcher im gezeigten Halbschnitt vier­ telkreisbogenförmig ausgebildet ist. Durch axiales Flach­ drücken des kreisbogenförmigen Umfangsbereichs wird eine gewünschte Materialverdickung 14b im Randbereich der Blech­ ronde 10 erzeugt. Auch hierbei kann die Materialansammlung zu beiden Seiten des Ausgangswerkstücks entsprechend Fig. 14a erfolgen. Die so verdickte Blechronde 10 wird an­ schließend einer Tiefzieh- und Stanzbearbeitung unterwor­ fen, um einen gewünschten Nabenbereich 13b zu erzeugen. Die Verfahrensschritte gemäß den Fig. 18 bis 20 zur Erzeu­ gung einer Poly-V-Riemenscheibe 20b verlaufen entsprechend den Verfahrensschritten, die im Zusammenhang mit den Fig. 4 bis 6 bereits erläutert wurden.

Eine weitere Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens geht aus den Fig. 21 bis 26 hervor. In einem Randbereich der ebenen Blechronde 10c wird ein Umfangsbereich 12c ein­ geformt, welcher im Querschnitt ein nahezu halbkreisförmi­ ges Profil aufweist. Der Umfangsbereich 12c erstreckt sich von der Randkante bis zu einem Durchmesser, an welchem die Blechronde 10c unverformt ist. Zwischen diesem Durchmesser und der Randkante wird durch Flachdrücken des profilierten Umfangsbereichs 12c eine Materialverdickung 14c erzeugt. Mögliche Querschnittsformen dieser Materialverdickung 14c sind den Fig. 23 und 23a zu entnehmen. Zur Herstellung einer Poly-V-Riemenscheibe 20c wird die Materialverdickung 14c etwa rechtwinklig zu einer zylindrischen Wandung 15c umgebogen, welche anschließend zur Bildung einer Riemen­ aufnahmefläche 16c weiter umgeformt wird. Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein Nabenbereich 13c mit einem definierten Lochbild erst dann ausgeformt werden, wenn die Blechronde 10 bereits zu einer topfförmigen Vorform mit einer verdickten zylindrischen Wandung 15c geformt ist. Das Ausbilden eines Nutprofils 17c zur Fertigstellung der Poly-V-Riemenscheibe 20c erfolgt entsprechend dem vorher beschriebenen.

Die Fertigung einer Riemenscheibe 20b, bei der ein Nut­ profil 17d nur an einem Teilbereich einer zylindrischen Wandung ausgebildet ist, wird in Verbindung mit den Fig. 27 bis 32 erläutert. Die ebene Blechronde 10d wird zunächst in einem Tiefzieh- und Stanzschritt zu einer Vor­ form bearbeitet, welche in Fig. 28 dargestellt ist. Diese Vorform weist einen topfförmigen Nabenbereich 13d mit einer zur Mittenachse 11d koaxialen Nabenwandung 18d auf. An die­ se Nabenwandung 18d schließt sich ein radial verlaufender Bereich an, welcher in den profilierten Umfangsbereich 12d mündet. Der Umfangsbereich 12d ist mit einem im Querschnitt viertelkreisbogenförmigen Profil ausgebildet, wobei die axiale Länge der Vorform durch die Länge der Nabenwandung 18d bestimmt ist. Nach einer Erzeugung der Materialver­ dickung 14d durch ein vorbeschriebenes Flachdrücken wird die Materialverdickung 14d zur Bildung der zylindrischen Wandung 15d umgelegt. Die zylindrische Wandung 15d wird da­ bei gestuft zur der topfförmigen Nabenwandung 18d ausgebil­ det, wobei beide Wandungen über einen radial verlaufenden Steg 19d miteinander verbunden sind. Die Wandstärke des Stegs 19d entspricht der Ausgangswandstärke der Blechronde 10d. Die verdickte zylindrische Wandung 15d wird, wie zuvor bereits beschrieben, mit einem Nutprofil 17d versehen, um die Riemenscheibe 20d fertigzustellen.

Eine Vorrichtung 30 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 33 gezeigt. Ein Drückfutter 31 ist an einer rotierbaren Spindel 32 befestigt. Die Frontseite des Drückfutters 31 ist zur Aufnahme einer vorgeformten Blechronde 10 mit einem profilierten Umfangsbereich 12 aus­ gebildet. Mittels eines scheibenförmigen Niederhalters 33 wird die vorgeformte Blechronde 10 an dem Drückfutter 31 kraftschlüssig gehalten. Der Außendurchmesser des schei­ benförmigen Niederhalters 33 dient gleichzeitig zur inne­ ren Begrenzung der zu bildenden Materialverdickung 14.

Eine Rondenaußenführung 34 ist über ein Keilnutprofil 35 an dem Druckfutter 31 drehfest, aber axial verschiebbar ange­ gebracht. Eine Federeinrichtung 36 ist vorgesehen, welche die Rondenaußenführung 34 von der Spindel 32 in eine vor­ dere Position drückt, wie in der linken Seite der Fig. 33 dargestellt ist. Die Rondenaußenführung 34 dient zur Zen­ trierung der vorgeformten Blechronde 10 sowie zur Außenbe­ grenzung der zu bildenden Materialverdickung 14. In der Ausgangsposition liegt die Außenkante der vorgeformten Blechronde 10 mit dem profilierten Umfangsbereich 12 an der Innenseite der Rondenaußenführung 34 an.

Zur Verdickung wird an die mit dem Drückfutter 31 rotieren­ de Blechronde 10 eine Drückwalzeinrichtung 37 axial zuge­ stellt. Die Drückwalzeinrichtung 37 umfaßt mehrere kegel­ stumpfförmige Glattwalzrollen 38. Diese sind über zur Ro­ tationsachse 40 angewinkelte Rollenachsen 39 gegenüber einem Rahmen der Drückwalzeinrichtung 37 drehbar gelagert. Die Kegelstumpfform der Glattwalzrollen 38 und die Schräg­ stellung der Rollenachsen 39 sind so aufeinander abge­ stimmt, daß die Glattwalzrollen 38 den profilierten Um­ fangsbereich 12 der vorgeformten Blechronde 10 parallel zur radial verlaufenden Frontseite des Drückfutters 31 flach­ drücken und glattwalzen. Bei einer axialen Zustellung der Drückwalzeinrichtung drückt diese die Rondenaußenführung 34 entgegen der Wirkung der Federeinrichtung 36 zum Drückfut­ ter 31. Der profilierte Umfangsbereich 12 wird dabei flach­ gedrückt und verdichtet. Nach Erzeugung der Materialverdic­ kung 14 zwischen dem Innendurchmesser der Rondenaußenfüh­ rung 34 und dem Außendurchmesser des Niederhalters 33 wer­ den die Drückwalzeinrichtung 37 und der Niederhalter 33 in ihre Ausgangsstellung zurückgefahren und die verdickte Blechronde 10 kann entnommen werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Werkstücks aus einer Blechronde (10), an der ein ver­ dickter, im wesentlichen radial verlaufender Umfangs­ bereich ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Umfangsbereich der Blechronde (10) unter gleichzeitiger Verringerung des Außendurchmessers der Blechronde (10) von einem ersten Durchmesser auf einen zweiten Durchmesser in einer axialen Richtung aus der Ebene der Blechronde (10) heraus umgeformt wird, wobei der umgeformte Umfangsbereich (12) in der axialen Rich­ tung hinterschneidungsfrei ist,
daß der umgeformte Umfangsbereich (12) der Blechronde (10) unter Beibehaltung des zweiten Durchmessers in axialer Richtung zu der Ebene der Blechronde (10) hin flachgedrückt wird, und
daß dabei der umgeformte Umfangsbereich (12) zu einer radial verlaufenden Materialverdickung (14) umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformen und das Flachdrücken in axialer Richtung mehrfach hintereinander ausgeführt wird und dabei die Materialverdickung (14) weiter verdickt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor einem erneuten Umformen und Flachdrücken in axialer Richtung wärmebehandelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Profil ein Kreisbogen oder eine Anwinkelung geformt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bildende Materialverdickung (14) an ihrer radial innenliegenden Seite durch einen Niederhalter (33) begrenzt wird, welcher beim Flachdrücken auf die Blechronde (10) gedrückt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Materialverdickung (14) ein Nut- oder Verzahnungsprofil eingeformt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufende Materialverdickung (14) zum Bilden einer im wesentlichen zylindrischen Wandung (15) umgelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Außen- und/oder Innenseite der zylindri­ schen Wandung (15) ein Nut- oder Verzahnungsprofil (17) eingeformt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Flachdrücken auf einer Drückwalz­ maschine ausgeführt wird.