DE4311875A1

DE4311875A1 - Verfahren zur Herstellung von Hohlwellen mit Profil

Info

Publication number: DE4311875A1
Application number: DE19934311875
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Amborn; Herbert Frielingsdorf; Klaus Dr Greulich
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1993-04-10
Filing date: 1993-04-10
Publication date: 1994-10-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit Endabschnitten und einem dazu radial bezüg lich der Wellenachse vergrößerten Mittelabschnitt aus einem Rohr konstanten Durchmessers, welches dazu in ein Gesenk eingelegt wird, das einen Formhohlraum mit einem Innenlängsprofil mit Haltebereichen für die Endabschnitte und einem zwischen den Haltebereichen liegenden Aufweite bereich für den Mittelabschnitt der Hohlwelle aufweist, und welches anschließend zumindest in dem für den Mittel abschnitt der Hohlwelle vorgesehenen Abschnitt innen mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird, bis die Außen fläche des Rohres an der Innenfläche des Formhohlraumes des Gesenks zur Anlage kommt. Wellen mit größerem Mittel abschnitt und demgegenüber im Durchmesser kleineren Endab schnitten mit insbesondere größerer Wandstärke werden in der Massenfertigung durch Ziehen und/oder Hämmern herge stellt. Es ist auch bereits der Vorschlag gemacht worden, Wellen dieser Art in ihrem Mittelabschnitt in einem ent sprechend aus geformten Gesenk durch radiales Aufweiten mittels hydraulischem Innendruck umzuformen. Hiermit ist ein von den Beschränkungen des Ziehens oder Hämmerns unab hängiges Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem hin sichtlich der Festigkeit und des Schwingungsverhaltens verbesserte Wellen relativ kostengünstig hergestellt werden können.

Der Umformung sind dabei jedoch durch das Kaltumformungs verhalten des verwendeten Materials bestimmte Grenzen gesetzt. Bei voller Ausschöpfung des Kaltumformvermögens des Mittelabschnitts sind die Durchmesserverhältnisse zwischen diesem und dem Endabschnitt auf Werte beschränkt, die nicht allen Anforderungsfällen genügen. Hierbei sind die Durchmesser der Endabschnitte als durch die jeweiligen Anschlußelemente vorgegebene Randbedingungen zu betrachten.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, verbesserte Verfahren zur Umformung bereitzu stellen, mit denen diese Nachteile überwunden werden können, indem die genannten Durchmesserverhältnisse gesteigert werden, ohne das Kaltumformvermögen zu überschreiten.

Die Lösung der genannten Aufgabenstellung besteht darin, daß zum Aufweiten das Rohr in dem Gesenk zumindest über die Länge des auf zuweitenden Mittelabschnittes mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird und daß die für die Endabschnitte der Welle vorgesehenen Abschnitte des Rohres außerhalb des Gesenks gegenüber ihrem Ursprungsquerschnitt mechanisch reduziert werden. Durch die vorgesehene wesent liche Reduzierung der Endabschnitte wird das Kaltum formungsvermögen des ursprünglichen Rohrkörpers auch im Bereich der Endabschnitte voll ausgeschöpft, so daß im Ergebnis ein hohes Verhältnis zwischen den Durchmessern von Mittelabschnitt und Endabschnitten zustande kommt, ohne daß das Material bis in die Nähe der Bruchdehnung beansprucht werden muß. Das Umformen der Endabschnitte kann mit mechanischen Mitteln mit einem Ausbilden einer Profilverzahnung für die Verwendung als Wellenzapfen ver bunden werden.

Das radiale Umformen des Mittelabschnitts erfolgt wie an sich bekannt in einem entsprechenden Gesenk. Wird der ganze Rohrkörper mit Innendruck beaufschlagt, so sind die Wellenzapfen entsprechend von dem Gesenk einzuspannen. Im Hinblick auf die Axialität der Hohlwelle ist dies zu be vorzugen. Es ist jedoch auch möglich, durch entsprechende Abdichtmittel die Endabschnitte oder zumindest einen Teil derselben vom Innendruck beim Aufweiten freizuhalten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß an dem vor zugsweise zuerst aufzuweitenden Mittelabschnitt eine Materialschwächung seiner axialen Mitte vorgenommen wird, so daß das radiale Umformen durch den hydraulischen Innen druck von hier ausgehend zu den axialen Enden des Mittel abschnitts fortschreitet. Hiermit wird gezielt ein erstes Anliegen des auf zuweitenden Mittelabschnitts an der Innen fläche des Formhohlraums des Gesenks im Bereich seiner axialen Mitte erzeugt, wobei die daran anschließenden Bereiche zunächst in geringerem Maße radial verformt werden. Dadurch kann es zu einem axialen Nachfließen des Materials kommen, wobei axial nach außen fortschreitend dann die volle radiale Verformung des gesamten Mittelab schnitts eintritt. Durch das mögliche axiale Nachfließen werden günstige drei-axiale Spannungszustände eingehalten, die unterhalb einer Bruchdehnung bleiben.

Die Materialschwächung kann entweder durch entsprechende Wärmebehandlung in der axialen Mitte oder durch Redu zierung der Wandstärke erfolgen, wobei die Wandstärkenre duzierung vorzugsweise durch ein Überdrehen des Rohr körpers erfolgen kann.

Günstig ist es, den radialen Umformungsvorgang dadurch zu unterstützen, daß ein axialer Schub auf die axialen Enden des Rohrkörpers ausgeübt wird, so daß die radiale Um formung mit einer axialen Verkürzung verbunden wird. Die zunächst im Querschnitt unverändert bleibenden Endab schnitte können anschließend für ihre Bestimmung als Wellenzapfen in einem spanlosen Verfahren mit einer Profilverzahnung versehen werden. Dies kann durch ein Rollen oder Hämmern geschehen, bei dem zugleich die er findungsgemäße Querschnittsreduzierung und damit eine Wandstärkenvergrößerung der Endabschnitte erfolgen kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Verfahrensführung sind anhand der Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Längshalbschnitt durch ein Gesenk mit eingesetztem Rohr vor und nach dem Umformen, mit dem ein erster Schritt des erfindungsgemäßen Ver fahrens prinzipiell dargestellt ist;

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein umgeformtes Rohr nach Fig. 1 vor und nach einem weiteren Um formen, mit dem ein zweiter Schritt des erfin dungsgemäßen Verfahrens prinzipiell dargestellt ist.

In Fig. 1 ist ein Gesenk 5 im Halbschnitt und abschnitts weise dargestellt, in das ein Rohrkörper 1 eingeschoben ist. Dieser ist in einfach schraffierter Form in seinem Ausgangszustand dargestellt. Seine Endabschnitte 2 ₁, 2₂ mit der Länge E₁, E₂ werden durch das Gesenk abgestützt, während sein Mittelabschnitt 3 mit der Länge M mit Abstand zur Innenfläche des Formhohlraums 6 des Ge senks 5 liegt. Der Formhohlraum 6 umfaßt Haltebereiche 7 ₁, 7₂, die den Endabschnitten 2 zugeordnet sind, und einen Aufweitebereich 8, der dem Mittelabschnitt zuge ordnet ist. Zwischen den Endabschnitten 2 ₁, 2 ₂ und einem Bereich des Mittelabschnitts 3 von der Länge M_max größten Durchmessers sind konische Übergangsbereiche 9 ₁, 9 ₂ im Formhohlraum 6 des Gesenks 5 vorgesehen.

Der Mittelabschnitt 3 des Rohrkörpers 1 weist in günstiger Ausgestaltung zu seiner axialen Mitte 11 hin eine Wand stärkenreduzierung auf. Mit S_min ist die geringste Wand stärke dargestellt.

Das Verformungsverhalten des Rohrkörpers 1 in dieser Aus gestaltung bei Beaufschlagung mit hydraulischem Innendruck ist durch einen Zwischenzustand erkennbar, in dem der Rohrkörper 1 mit gestrichelten Konturlinien ohne Schraffur dargestellt ist. Hierbei liegt die axiale Mitte 11 des Mittelabschnitts 3 des Rohrkörpers 1 bereits an der Innen fläche des Aufweitebereichs 8 des Formhohlraums 6 des Gesenks 5 an, während sich zu den unverformten Endab schnitten 2 ₁, 2 ₂ stetige Übergänge ausbilden. Mit Kreuzschraffur ist der Rohrkörper 1 nach dem ersten er findungsgemäßen Verfahrensschritt dargestellt, bei dem der gesamte Mittelabschnitt 3 an der Innenwand des Gesenks 5 anliegt, so daß der Mittelabschnitt 3 gegenüber den Endab schnitten 2 ₁, 2 ₂ vergrößerten Durchmesser hat, während diese an den Haltebereichen 7 des Formhohlraums 6 anliegen und ihren Ausgangsdurchmesser beibehalten haben. Axiale Pfeile deuten einen axialen Schub auf die Enden der Rohr welle beim Umformvorgang an.

In Fig. 2 ist im Halbschnitt und abschnittsweise ein verformter Rohrkörper 1′ dargestellt. Dieser ist in kreuz schraffierter Form in einem verformten Zustand nach dem vorhergehenden ersten Verfahrensschritt gezeigt, der zu einem Zwischenergebnis führt, bei dem die Form des Rohr körpers der in Fig. 1 mit Kreuzschraffur dargestellten entspricht. In der vorliegenden Fig. 2 ist das Endergeb nis nach dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt mit einer engeren Kreuzschraffur gekennzeichnet. Hierbei sind die Endabschnitte 2 ₁′, 2 ₂′ mit der Länge E₁′, E₂′ gegenüber der Ausgangsform des Rohrkörpers 1′ wesentlich reduziert, wodurch sich ihre Wandstärke erhöht hat. Radiale Pfeile symbolisieren diesen Umformvorgang. Auch hierbei sind wieder konische oder ähnlich stetig gestaltete Übergangsbereiche zwischen dem Mittelabschnitt 3′ von der Länge M′ größten Durchmessers und den Endab schnitten 2 ₁′, 2 ₂′ der Länge E₁′, E₂′ vorgesehen. Hiermit wird unter vollständiger Ausschöpfung des Kaltum formvermögens ein extremes Verhältnis zwischen den Durch messern des Mittelabschnitts und der Endabschnitte erzielt um eine extrem feste und leichte Welle zu erzeugen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Hohlwelle mit Endab schnitten (2) und einem dazu radial bezüglich der Wellenachse (4) vergrößerten Mittelabschnitt (3) aus einem Rohr (1) konstanten Durchmessers, welches dazu in ein Gesenk (5) eingelegt wird, das einen Formhohl raum (6) mit einem Innenlängsprofil mit Haltebereichen (7) für die Endabschnitte (2) und einem zwischen den Haltebereichen (7) liegenden Aufweitebereich (8) für den Mittelabschnitt (3) der Hohlwelle aufweist, und welches anschließend zumindest in dem für den Mittel abschnitt (3) der Hohlwelle vorgesehenen Abschnitt innen mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird, bis die Außenfläche des Rohres an der Innenfläche des Formhohlraumes des Gesenks zur Anlage kommt,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Aufweiten das Rohr (1) in dem Gesenk (5) zu mindest über die Länge des auf zuweitenden Mittelab schnittes (3) mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird und
daß die für die Endabschnitte (2) der Welle vorge sehenen Abschnitte des Rohres (1) außerhalb des Ge senks gegenüber ihrem Ursprungsquerschnitt mechanisch reduziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (2) beim radialen Umformen des Mittelabschnitts (3) von dem Gesenk eingespannt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (2) beim radialen Umformen des Mittelabschnitts (3) vom Innendruck durch Abdicht mittel freigehalten werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformen des Mittelabschnitts (3) durch den hydraulischen Innendruck durch Axialschub auf die Endabschnitte (2) unter Verkürzung des Rohrkörpers unterstützt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem radialen Umformen in einem mittleren Bereich in dem aufzuweitenden für den Mittelabschnitt (3) der Welle vorgesehene Bereich des Rohres (1) eine Materialschwächung vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialschwächung durch Einflußnahme auf die Materialqualität, insbesondere durch Wärmebehandlung, vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialschwächung durch Verringerung der Wandstärke, insbesondere durch Überdrehen, vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (2) durch Hämmern reduziert werden, wobei insbesondere ein Zahnprofil spanlos ausgeformt wird.