DE60316693T2

DE60316693T2 - Keilverzahnte Kupplungsnabe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60316693T2
Application number: DE60316693T
Authority: DE
Inventors: David P. Millbury Huber; Ben R. Lapeer Vasa
Original assignee: Metal Forming and Coining Corp
Current assignee: Metal Forming and Coining Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: EP1534444B1; EP1534444A2; AU2003240510A1; US7328492B2; DE60316693D1; CN1675009A; CN1310715C; EP1534444A4; ATE374659T1; CA2482955C; WO2004001248A3; US20050126249A1; US20060156847A1; WO2004001248A2; CA2482955A1; MXPA04011887A; AU2003240510A8; US7213435B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kupplungsnabe mit Außenkeilverzahnung.
Beschreibung zum Stand der Technik:
Derzeit werden Kupplungsnaben mit Außenkeilverzahnung durch ein Walzverfahren aus röhrenförmigen Vorformlingen hergestellt. Das Verfahren erfordert die Verwendung von Röhren, welche aus hochqualitativen Schmiedeeisen ausgebildet sind. Diese Röhren sind teuer und sind derzeit von einer Quelle in Übersee verfügbar. Das Walzverfahren übt typischerweise starke Belastungen auf die Werkzeuge und die zugehörige Maschinenanlage aus. Ein Verfahrensausfall tritt häufig auf.
Ein alternatives Verfahren zum Herstellen von Kupplungsnaben mit Außenkeilverzahnung ist ein progressives Stanzverfahren. Bei dem progressiven Stanzverfahren wird ein Blechstreifen oder werden einzelne Stahlscheiben entlang eines Mehrfachstations-Stanzwerkzeuges überführt. Diese Mehrfachstationen ändern progressiv die Form des Werkstückes durch Strecken und Ziehen des Materials, um die letztendliche Form zu erreichen. Das Verfahren erfordert sehr teure Werkzeuge und zugehörige Maschinenanlagen.
UMRISS DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung einer kaltgeschmiedeten Kupplungsnabe mit Außenkeilverzahnung anzugeben.
Eine weitere Aufgabe von der Erfindung liegt in der Herstellung einer kaltgeschmiedeten Kupplungsnabe mit Außenkeilverzahnung, welche günstig ist und leicht reproduziert werden kann.
Eine weitere Aufgabe von der Erfindung liegt in der Herstellung einer gesamten Kupplungsnabe mit Außenkeilverzahnung in einem einzelnen Kaltschmiedeschritt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann durch Studium der folgenden detaillierten Beschreibung von einer bevorzugten Ausführungsform von der Erfindung leicht deutlich, wenn sie im Lichte der begleitenden Darstellungen betrachtet wird, in denen:
1 eine obere Draufsicht von einem Metallformling ist, aus welchem die Kupplungsnabe mit Außenkeilverzahnung von der Erfindung gebildet wird;
2 eine Schnittansicht von dem in 1 dargestellten Formling, genommen entlang einer Linie 2-2 davon, ist;
3 eine Teilansicht ist, welche teilweise in Schnittansicht die Position von dem in 1 und 2 dargestellten Formling in einer zugehörigen Einrüstung darstellt, während die in Zusammenarbeit stehenden Stempel- und Gesenkteile den Betriebsausbildungsschritten vorausgehend getrennt sind;
4 eine Teilansicht ähnlich der 3 ist, welche die Einrüstung zeigt, nachdem der Stempel in das Gesenk getrieben wurde, um die Kupplungsnabe mit Außenkeilverzahnung der Erfindung kaltzuschmieden;
5 eine obere Draufsicht der Kupplungsnabe mit Außenkeilverzahnung ist, welche gemäß der in 3 und 4 dargestellten Einrüstung hergestellt ist; und
6 eine Schnittansicht der in 5 dargestellten Nabe ist, welche entlang einer Linie 6-6 davon genommen ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM VON DER ERFINDUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen erfordert der bevorzugte Prozess ein ebenes kreisförmiges Metall-Arbeitsstück oder einen Vorformling 10, wie in 1 und 2 deutlich dargestellt. Typischerweise ist der Vorformling 10 durch einen Stanzbetrieb ausgebildet, und ist ausreichend robust, um Standardvariationen innerhalb von Stahlstufen zu akzeptieren. Der Vorformling 10 ist in der Form eines ebenen kreisförmigen Metall-Arbeitsstückes mit einer mittig angeordneten Öffnung 12. Wie in 3 und 4 dargestellt, enthält ein Einzelschmiedegesenk-Satz ein oberes Gesenk oder einen Stempel 20 und ein unteres Gesenk 22. Die Gesenke 20 und 22 wirken zusammen, um zu bewirken, dass das Metall angrenzend der mittigen Öffnung 12 des Vorformlings in eine Richtung fließt, um einen rohrförmigen Hals 14 auszubilden, welcher sich von einer Oberfläche des Vorformlings 10 erstreckt. Gleichzeitig bewirkt der Einzelschmiedegesenk-Satz, dass das Metall des Vorformlings 10 neben dem Außenumfang nach außen fließt, um einen anschließenden Ring 16 auszubilden, welcher sich radial nach außen erstreckende Keilzähne 18 hat, welche sich von der entgegengesetzten Oberfläche des Vorformlings 10 erstrecken. Der rohrförmige Hals 16 und der Keilverzahnungsring 16 der fertigen Kupplungsnabe mit Keilverzahnung sind zueinander koaxial, wie in 3, 4, 5 und 6 dargestellt. Die Einrüstung wird auf einen Einzelschmiedegesenk-Satz mit der möglichen Hinzufügung eines Satzes von Kalibrierungswerkzeugen reduziert. Die vereinfachte Einrüstung kann auf weniger teurem Equipment als beim progressiven Stanzprozess laufen, welches zu Kostenverbesserungen in der Maschinenwartung als auch in der Einrüstwartung führt.
Bei der Herstellung der Kupplungsnabe mit Keilverzahnung von der Erfindung wird der Vorformling 10 typischerweise anfangs in Vorbereitung für den Kaltschmiedebetrieb eingefettet. Das Fett kann ein Phosphorverbund in Kombination mit Seife sein, wie im Stand der Technik bekannt. Der eingefettete Vorformling 10 wird dann in das untere Gesenk 22 des Gesenksatzes platziert. Das untere Gesenk 22 hat eine im Allgemeinen zylindrische Form und ist mit einer mittig ausgebildeten koaxialen Innenwand 24, welche in einer nach innen erstreckenden, ringförmig abgekanteten Schulter 26 endet, und von dort mit einer zylindrischen Sektion 28, welche eine nach innen erstreckende Anordnung von parallel beabstandeten Keilzähnen 30 hat, bereitgestellt.
Das untere Gesenk 22 ist schließlich mit einer untersten zylindrischen Wand 32 zum Aufnehmen eines unteren Gesenk-Einsatzes 34 bereitgestellt. Der unterste Gesenk-Einsatz 34 ist mit einer koaxial ausgebildeten zylindrischen Wand 36 zum Aufnehmen des unteren Abschnittes von einem zylindrisch geformten Hocker 38 bereitgestellt. Der untere Abschnitt des Hockers 38 wird typischerweise innerhalb einer zylindrischen Öffnung innerhalb eines Stützteils 40 aufgenommen, welches auf der oberen Oberfläche von einem zusammenwirkenden Stützteil 42 lagert. Die Stützteile 40 und 42 wirken zusammen, um die vertikale Positionierung des unteren Gesenks 22 innerhalb der Untere-Gesenk-Backe 44 zu bestimmen.
Der Betriebsabschnitt des unteren Gesenks 22 enthält das untere Gesenk 22 und den Untere-Gesenk-Einsatz 34. Diese Gesenkteile sind typischerweise innerhalb eines äußeren Schrumpfringes 46 fest gesichert. Beim Zusammenbauen des unteren Gesenks 22 und des Untere-Gesenk-Einsatzes 34 in einer einstückigen Einheit ist der Schrumpfring 46 aus einem Metall ausgebildet, welches, wenn es erwärmt wird, sich auf einen Grad erwärmt, welcher ausreicht, um das zusammengebaute untere Gesenk 22 und den Untere-Gesenk-Einsatz 34 aufzunehmen. Sobald das untere Gesenk 22 und der Untere-Gesenk-Einsatz 34 zufriedenstellend innerhalb des erwärmten und ausgedehnten Schrumpfrings 46 aufgenommen sind, wird es dem Schrumpfring 46 erlaubt, sich abzukühlen, und dadurch zu schrumpfen, um das untere Gesenk 22 und den Untere-Gesenk-Einsatz 34 dazwischen fest und sicher zu halten. Der Zusammenbau wird dann in die Untere-Gesenk-Backe 44 vorausgehend der Platzierung von dem Vorformling 10 innerhalb des Zusammenbaus, wie in 3 dargestellt, eingesetzt.
Der Stempel oder das obere Gesenkteil 20 wird an eine Presse 50 auf eine im Stand der Technik bekannte Art und Weise angebracht. Der Stempel oder das obere Gesenkteil 20 enthält einen zylindrischen Körperabschnitt, welcher einen Außenwand-Aufbau 52 hat, welcher oftmals als ein Pilotdurchmesser bezeichnet wird. Die Wand 52 zieht anfangs die Innenwand 24 des unteren Gesenks 22 zusammen und wirkt zur Führung des Stempels 20, wenn die Presse 50 bewirkt, dass der Stempel 20 zu Beginn des Schmiedebetriebes nach unten bewegt wird.
Die Wand 52 endet in einer nach innen geneigten Schulter 54, welche mit einem Radius ausgebildet ist. Eine zylindrische Wand 56 schließt von der Schulter 54 aus an und hat einen Durchmesser, welcher kleiner als der Durchmesser von der zylindrischen Wand 52 ist.
Das unterste Ende von dem Stempel 20 ist mit einer anschließenden zylindrischen Wand 58 ausgebildet, welche innerhalb der zylindrischen Wand 36 des Unteres-Gesenk-Einsatzes 34 aufnehmbar ist.
Mit der Beschreibung des Betriebes fortfahrend, wird anerkannt, dass, wenn die Presse 50 den Stempel 20 nach unten zwängt, der Stempel 20 geführt wird, um eine Konzentrizität durch die Ausbildung des unteren Gesenkteils 22 beizubehalten, bis die unterste Oberfläche 60 und die Wand 58 des Stempels 20 den Vorformling 10 kontaktieren, welches bewirkt, dass das Metall des Vorformlings neben der mittigen Öffnung 12 nach unten fließt, um einen rohrförmigen Hals 14 auszubilden, wie in 4 und 6 dargestellt. Gleichzeitig bewirkt der Schmiede-Gesenksatz, dass das Metall neben dem Außenumfang nach außen und nach oben fließt, um einen anschließenden Ring 16 auszubilden, wobei der äußere Abschnitt des Flusses davon in die Keilzähne 30 des unteren Gesenks 22 eintritt, um sich nach außen erstreckende Keilzähne 18 auszubilden.
Die Leistungen und Vorteile von der Erfindung liegen in der erhöhten Festigkeit aufgrund eines höheren Grades an Kaltbearbeitung und des Hartstahls; der verbesserten Maschinenverarbeitbarkeit bei Hartstahl; und den verbesserten Toleranzen aufgrund einer Beseitigung einer Rückfederung in dem Ausbildungsprozess.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kupplungsnabe mit Außenkeilverzahnung, aufweisend: Bereitstellen eines ebenen kreisförmigen Metallvorformlings mit einer mittig ausgebildeten Öffnung (12); und Vorformling mit einem Einzelschmiedegesenk in Kontakt bringen, um einen mittig angeordneten rohrförmigen Hals (14) kaltzuschmieden, der sich von einer Seite des Vorformlings aus nach außen erstreckt, und gleichzeitig eines keilverzahnten Kreisrings (16) am Umfangs des Vorformlings, der sich von der anderen Seite des Vorformlings nach außen erstreckt, wobei der rohrförmige Hals und der Kreisring koaxial sind.
Vorrichtung zum Formen einer Kupplungsnabe mit Außenkeilverzahnung durch Kaltschmieden eines ebenen ringförmigen Vorformlings (10) mit einer mittigen Öffnung (12), aufweisend: ein unteres Gesenk (22) mit einer oberen zylindrischen Innenwand (24), einer unteren zylindrischen Innenwand (28) mit einer ringförmigen Anordnung von Keilzähnen (30) und einer Verbindungsschulter (26) zur Aufnahme eines zusammenwirkenden Stempels im Betrieb sowie einer untersten zylindrischen Wand (32), in der ein zylindrischer hohler Einsatz zum Auflagern des Vorformlings aufgenommen wird, und einen Oberstempel (20) zur Aufnahme im unteren Gesenk, wobei der Stempel eine zylindrische Außenwand (52) enthält, von der ein Abschnitt zunächst von der oberen Innenwand (29) des unteren Gesenks (22) aufgenommen wird, um die Konzentrizität des Stempels und des unteren Gesenks vor und während der Formgebung des Vorformlings aufrechtzuerhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Einsatz (34) des unteren Gesenks ein innerstes Ende enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das innerste Ende des Einsatzes (34) in einer Schulter endet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die obere zylindrische Innenwand (24) des unteren Gesenks (22) einen größeren Durchmesser hat als die untere zylindrische Innenwand (28) des unteren Gesenks (22).
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Oberstempel (20) im Betrieb zum Zusammenwirken mit dem unteren Gesenk (22) angetrieben wird, damit das Metall neben dem Umfang der mittigen Öffnung des Vorformlings in der einen Richtung fließt, und das Metall neben dem Außenumfang des Vorformlings in der entgegengesetzten Richtung fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Metallfluss im Betrieb neben der mittigen Öffnung einen rohrförmigen Halsabschnitt (14) der Nabe und der Metallfluss neben dem Außenumfang einen kreisförmigen anschließenden Ring (16) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der kreisförmige anschließende Ring (16) eine Anordnung aus parallel beabstandeten Keilzähnen (18) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der rohrförmige Hals (14) und der kreisförmige anschließende Ring (16) koaxial sind.