DE3715393A1 - Verfahren zum herstellen eines eine gerade oder schraege innenverzahnung aufweisenden hohlkoerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das sich insbesondere, aber nicht ausschliesslich, zur Herstellung von Vielkeilnaben, z.B. für Gelenkwellen, eignet.

Um Missverständnissen vorzubeugen, sei nachstehend das hier anwendbare Grob-Verfahren der Kaltumformung kurz erläutert, obschon es in Schrift und Praxis weltweit bekannt ist:

Im "Industrie-Anzeiger", 95 (1973), Nr. 20, Seite 393, wurde ausgeführt, dass man das Grob-Verfahren zur Erzeugung von relativ dünnwandigen, innen und aussen mit ähnlichen Verzahnungen versehenen, rohrartigen Teilen einsetzen kann.

Eine besondere Ausgestaltung des Grob-Verfahrens, zur Herstellung relativ dickwandiger Werkstücke ist in der CH-PS 5 79 427, in der FR-PS 75 38 539 und in der DE-OS 25 49 230 veröffentlicht. Hier können innen und aussen unterschiedliche Verzahnungen hergestellt werden.

In beiden Fällen wird durch Kaltumformung gleichzeitig eine Aussenverzahnung und eine Innenverzahnung hergestellt. Dazu wird das rohrartige Werkstück auf einen passenden Dorn aufgeschoben. Dieser Dorn hat eine Aussenverzahnung, welche der herzustellenden Werkstück-Innenverzahnung entspricht. Das auf den passenden Dorn aufgeschobene Werkstück erhält einen Werkstückvorschub, bei welchem es einerseits entlang seiner Werkstückachse verschoben und andererseits um seine Werkstückachse gedreht wird. Während des Werkstückvorschubs wird das Werkstück von aussen mit (der Aussenverzahnung entsprechend gestalteten) ringartig profilierten Walzen bearbeitet. Dabei führt man mit jeder Walze in rascher Folge schlagartige Einzelwalzvorgänge aus. Der Ort der Einzelwalzvorgänge ist auf die Zahnteilung und den Werkstückvorschub abgestimmt. Die Einzelwalzvorgänge führt man dabei im gleichen Sinn aus, welcher hauptsächlich in Längsrichtung der Zahnung verläuft. Mit der gleichen Walze nacheinander geführte Einzelwalzvorgänge sind dabei auf einer schraubenlinienförmigen Zone des Werkstücks angeordnet. Die schraubenlinienförmige Zone wird durch den Werkstückvorschub bestimmt. Die in Längsrichtung der Zahnung in der gleichen Zahnlücke aufeinanderfolgenden Einzelwalzvorgänge überdecken sich teilweise hinsichtlich ihres Angriffs am Werkstück. Bei jedem Einzelwalzvorgang wird Werkstoff entlang eines jeweils relativ kleinen Werkstückabschnitts in hauptsächlich radialer Richtung in die Lücken des Dorns eingeformt.

Insbesondere bei relativ dickwandigen Produkten ist eine gute Ausformung der Innenverzahnung auch beim Grob-Verfahren manchmal problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil abzuhelfen, und das Grob-Verfahren so zu verbessern, dass eine sauber und genau ausgeformte Innenverzahnung sicher hergestellt werden kann.

Es wurde nun gefunden, dass man nicht nur eine bessere und genauere Ausformung der Innenverzahnung bei gleichem Kraftbedarf erhalten kann, wenn man nach dem Grob-Verfahren den Rohling, der viel Spiel gegenüber dem Dorn aufweist, im gleichen Arbeitsgang zum innen gezahnten Endprodukt kalt umformt.

Die saubere und genaue Ausformung der Innenverzahnung macht die Herstellung gerader und schräger Laufradverzahnungen von Hohlrädern in einem Arbeitsgang möglich.

Weil man den Werkstoff des Rohlings nicht nur (wie bisher) in die Zahnlücken des Dorns radial einformt, sondern den Rohling vorher (im gleichen Arbeitsgang) im Durchmesser bis an den Dorn heran verringert, ergibt sich eine Verdickung der Wandungen. Diese Wandungsverdickung bewirkt, dass der Querschnitt des fertig umgeformten Werkstückbereichs in etwa das gleiche Widerstandsmoment wie der Rohlingsquerschnitt aufweist.

Das ist beispielsweise bei Vielkeilnaben, z.B. von Gelenkwellen sehr nützlich, wo man sonst die ganzen Teile dickwandiger machen müsste, um die gleiche Belastbarkeit zu erzielen.

Das anfänglich grosse Spiel, ausgedrückt als halbe Differenz des Aussendurchmessers des Dorns und des Innendurchmessers des Rohrteils sollte mindestens gleich der anfänglichen Rohrteil-Wandstärke sein.

Insbesondere bei Gelenkwellenteilen ist eine glatte Aussenseite bevorzugt, so dass man dort nur eine Innenverzahnung vorzieht, was sich nach der Erfindung besonders günstig herstellen lässt, wobei man dann den Werkstückvorschub praktisch frei wählen kann, solange er gerade noch die gewünschte Innenverzahnung einwandfrei ergibt. Auch das ist ein unerwarteter Vorteil der Erfindung.

Andererseits lassen sich aber auch zusätzliche Aussenverzahnungen und andere Aussenprofile erzeugen, wobei diese nicht die gleiche Teilung und auch nicht die gleiche Richtung wie die Innenverzahnung aufzuweisen brauchen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Einzelwalzvorgänge in an sich bekannter Weise immer so geführt werden, dass sie gleichzeitig von gegenüberliegenden Seiten am Werkstück angreifen. Das fördert die Zentrierung des Werkstücks, ohne komplizierte Massnahme erforderlich zu machen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise erläutert, wobei Dimensionsverhältnisse nur mit Rücksicht auf die Darstellbarkeit gewählt wurden und keineswegs für die Praxis repräsentativ sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Grobsche Vorrichtung kurz vor dem Ende eines Walzvorgangs an einem Rohr,

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 verkürzt und vergrössert dargestellten horizontalen Längsschnitt durch das Rohr mit Spannteilen und zwei Walzen,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1, nur zur beispielsweisen Demonstration der Antriebsverhältnisse, und

Fig. 4 einen nur teilweise schraffierten Schnitt nach Linie IV-IV aus Fig. 2, welcher hinsichtlich der Durchmesserverhältnisse von Werkstück und Dorn verändert vergrössert ist.

Die in Fig. 1 dargestelle Grobsche Vorrichtung 1 weist eine längs, im Sinne des Pfeiles L, und drehend, im Sinne des Pfeils R, programmiert bewegbare Spindel 2 mit Spannzange 20 auf.

Der lineare Längsantrieb der Spindel 2 erfolgt durch den Motor 21 über Getriebe 22, während der Rotationsantrieb vom Motor 23 mit Getriebe 24 abgeleitet wird. Die Motoren 21 und 23 können über (nicht dargestellte mechanische oder elektrische Mittel) in bekannter geeigneter Weise gesteuert und allenfalls auf den Walzenantrieb (Fig. 3) abgestimmt werden.

Der Spindel 2 ist ein Spitzenhalter 3 als Gegenhalter zugeordnet.

In der Spannzange 20 ist gleichzeitig der aussen zahnradartig gezahnte Dorn 4 und das Werkstück 5 eingespannt, während der Spitzenhalter 3 nur den Dorn 4 stützt, der seinerseits dem Werkstück als zusätzliche Stütze dient, sobald der Walzvorgang begonnen hat.

Die Werkstückabschnitte 50 haben noch Rohlingsmasse, während der bearbeitete Werkstückabschnitt 51 bereits Produktmasse aufweist, worauf noch hinsichtlich der Fig. 2 und 4 zurückgekommen wird.

Die im Sinne der Pfeile K rotierend angetriebenen Walzköpfe 6 tragen in ihnen drehbar gelagerte und in an sich bekannter Weise antreibbare Walzen 7. Es greifen immer zwei Walzen 7 von verschiedenen Seiten gleichzeitig am Werkstück 5 an, so dass es auch während der Bearbeitung stabil gestützt ist.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Walzköpfe 6 durch Gelenkwellen 60 und Getriebe 61 vom Motor 62 synchron antreibbar. Der Motor 62 kann hinsichtlich Drehzahl mit den Motoren 21 und 23 nötigenfalls abgestimmt werden, was aber hier nicht erforderlich ist, weil keine Aussenverzahnung gewalzt werden soll.

Die in Fig. 2 und 4 ersichtliche Aussenverzahnung 40 des Dorns 4 entspricht der Innenverzahnung 52 des Werkstücks 5 in dessen Abschnitt 51.

Das in Fig. 2 eingezeichnete grosse Spiel S, das hier bei weitem grösser als die Wandstärke RW des Rohlings 50 ist, ergibt sich als halbe Differenz des Aussendurchmessers DA des Dorns 4 und des Innendurchmessers DI des Rohlings 50.

Dieses Spiel wird im gleichen Arbeitsgang aufgehoben, in welchem die Innenverzahnung ausgebildet wird.

Das befürchtete Unrundwerden des Werkstücks 5 tritt nicht ein. An die Stelle des sonst gefürchteten Aufweitens tritt eine Reduktion des Durchmessers, wobei nicht eine Wandstärkenverdünnung (wegen der Zahnausbildung) sondern sogar eine Wandstärkensteigerung eintreten kann.

Die Ursache für die bessere Ausformung der Zahnung 52 bei gleichem Kraftbedarf ist wohl darin zu suchen, dass sich eine bessere Umformwirkung ergibt, weil die Umformzonen in den Uebergangsbereichen 53 zwischen dem Rohlingszustand 50 und dem Produktzustand 51 des Werkstücks 5 kleiner und damit die spezifischen Umformdrücke grösser sind, als bei der üblichen Vorgehensweise, wo der Rohling mit marginalem Spiel auf dem Dorn aufgeschoben wird. Diese Besonderheit der Erfindung wird in Fig. 2 gezeigt.

Zusätzlich zur verbesserten Ausformung der Innenverzahnung bei gleichem Kraftbedarf erhält man gleichzeitig noch eine Vergrösserung der Wandstärke, was der Belastbarkeit entgegenkommt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Herstellen eines eine gerade oder schräge Innenverzahnung aufweisenden Werkstücks, insbesondere eines Gelenkwellenteils, bei welchem eine Wandung eines Rohrteiles auf einem Dorn, welcher eine Aussenverzahnung aufweist, die der herzustellenden Innenverzahnung entspricht, nach dem Grob-Verfahren kalt umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein anfängliches, mehr als marginales, grosses Spiel (S), das anfänglich zwischen Dorn (4) und Rohrteil (50) besteht, im gleichen Arbeitsgang aufgehoben wird, in welchem danach die vollständige Ausbildung der Innenverzahnung (52), durch an sich bekanntes Einformen von Wandungsmaterial des Rohrteils (50) in Zahnlücken (41) des Dorns (4), erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anfängliche grosse Spiel (S), ausgedrückt als halbe Differenz des Dorn-Aussendurchmessers (DA) und des anfänglichen Rohrteil-Innendurchmessers (DI) mindestens gleich der anfänglichen Rohrteil-Wandstärke (RW) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Innenverzahnung (40) erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelwalzvorgänge nur soweit auf den Werkstückvorschub abgestimmt werden, als es zur Erreichung einer gut ausgeformten Innenverzahnung nötig ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens angenähert glatte Aussenoberfläche des Werkstücks erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Innenverzahnung eine gegebenenfalls in Form und/oder Richtung und/oder Teilung von der Innenverzahnung abweichende Aussenverzahnung bzw. andere Aussenprofilierung erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelwalzvorgänge in an sich bekannter Weise stets so geführt werden, dass sie von gegenüberliegenden Seiten gleichzeitig auf das Werkstück einwirken.