TWI791091B - 具內及外齒形部之薄壁式中空輪及其製造設備及方法 - Google Patents

Abstract

在一製造具有內齒形部(internal toothing)和外齒形部(external toothing)的中空輪(其中該內齒形部是一齒輪齒形部)的方法中，一工件(1)是用一衝鍛工具(2)來機械加工。該工件(1)包含一具有一縱長軸線(Z)的管狀區段(3)及一在機械加工期間用於該管狀區段(3)的形狀穩定的第一穩定區段。該管狀區段(3)被插入一模具(5)內，該模具包含一內模具齒形部(5z)。然後，藉著讓該工件實施一帶有暫時改變轉動速度的轉動運動以及讓該衝鍛工具(2)執行與該轉動運動同步之徑向的擺盪運動來使得該工件(1)的內側被該衝鍛工具(2)機械加工，用以同時產生內及外齒形部。在本文中，該衝鍛工具將該管狀區段形成為內模具齒形部(5z)，用來藉由對該管狀區段(3)重復地進行鎚擊機械加工而於產生該內齒形部同時地產生該外齒形部。

Description

具內及外齒形部之薄壁式中空輪及其製造設備及方法

本發明係有關於製造中空輪內的齒輪齒形部(gear toothings)的領域且更明確地係與相應的內齒形部有關。齒輪齒形部，尤其是漸開線齒形部(involute toothings)，被應用在有齒的齒輪上，尤其是行星齒輪上，例如在用於車輛的自動變速器的齒輪上，而且亦應用在車輛建造及工程的其它領域中。本發明亦關於依據本案獨立請求項的前言部分的方法、設備及用途。

內齒輪齒形部現今主要係用材料去除方法，尤其是用拉削(broaching)，來製造。

拉削亦被用來製造有齒的輪轂輪廓，譬如根據DIN 5480、DIN5482等等的內齒形部。

如果帶有齒輪齒形部且齒輪齒形部以罐狀方 式被設計的工件將以拉削方式來製造的話，則該齒輪齒形部首先必須被形成一對應於罐壁的部件且此部件接下來被連接至該罐子底座部件，例如藉由雷射熔接或電子束熔接方式。

如果一齒輪齒形部將以去除材料的方式被產生在以罐狀方式被設計的該工件上的話，則刨削被施加，然而，和拉削相比，這具有一較差的經濟效益。

在被較低程度地機械式加工的部件的例子中，用燒結來製造內部有齒的中空輪是另一種方式，其中這允許以罐狀方式被設計的中空輪在無須實施後續的用於罐子底座和罐壁的連接步驟下被一體地形成(並因而形成單一部件)。

用於製造內齒輪齒形部的另一種方法，此方法係基於從WO 2013/159241 A1專利得知的冷再成形(cold reshaping)(冷形加工)。該專利描述了如何從內部用一衝鍛工具藉由一厚壁式工件的徑向鎚擊機械加工來形成一內齒輪齒形部於工件內。

很顯然地，專門的厚壁式中空輪在現有技術領域中是已知的。一高度形狀穩定的中空輪係藉此被達成，如果它例如被應用於行星齒輪中的話。然而，以此方式產生的亦是一重量相對大的中空輪。在外部，此中空輪在其內部有齒的區域通常保有其原來的形狀作為一沒有齒的胚料(blank)，使得圓筒形有齒的中空輪一開始是用相應的圓筒形管狀胚料製造的，該中空輪(其被設置體內齒形 部，大部分是在外側)亦具有一圓筒形殼。它的直徑比該內齒形部的齒根直徑(root diameter)大了該內齒形部的剩餘的壁厚度(residual wall thickness)的兩倍。此厚壁式中空輪的剩餘的壁厚度是該內齒形部的齒形部深度(toothing depth)的至少0.25倍或至少0.5倍。

儘管關於輕量的構造構件的一般要求已存在數十年，但設計一齒輪齒的中空輪作為一輕量的構件部件的想法似乎尚未被意識到或至少是似乎尚未被實現，最重要的是在車輛製造業中亦是如此。當然，中空輪的重量可被降低，如果極低的剩餘壁厚度被選取的話，例如像是在上面提到的該剩餘壁厚度的範圍是在該齒形部深度的至少0.25倍到至少0.5倍之間的例子。然而，因為製造適合性以及因為使用時所必須的形狀穩定性的關係，剩餘壁厚度有其低限值。

此外，冷再成形(冷形加工)製造方法在其它技術領域中是習知的，尤其是平滑曲線齒形部(spline toothing)的製造。例如，平滑曲線齒形部(亦被稱為平滑曲線)可用冷再成形方式來製造，其係藉由將一有外輪廓的心軸插入到一中空的圓筒形工件內且與該心軸的該輪廓相應的該工件的內輪廓然後藉由用未輪廓化的工具(其以行星方式被驅動且週期性地作用在工件上)以衝擊輥軋(impact rolling)的方式將該工件從外側機械加工來產生。此方法例如被揭示在DE 3715393 C2、CH 670970 A5、CH675840 A5、CH 685542 A5及EP0688617 B1等專利案 中。

然而，用冷再成形方式製造的內齒輪齒形部很難實現，因為相較於平滑曲線齒形部，齒輪齒形部具有很大的齒高度且對於齒的形狀通常有更大的精準度要求。

一種用來製造薄壁式圓筒形中空部件的內輪廓和外輪廓的方法被描述在WO 2007/009267A1中。該薄壁式中空部件被放置在一外部非輪廓化的心軸上且以冷再成形方式用至少一輪廓化工具(profiling tool)來予以機械加工，該工具從外側鎚擊地作用在該中空部件上。在本文中，該輪廓化工具被垂直於該表面地移動，因此徑向地且該中空部件相對於該輪廓化工具被軸向地位移一固定的徑向進給深度。由該心軸界定的該輪廓化藉由此方法而被轉移至該薄壁式中空部件的內齒形部上，且一由該輪廓化工具所界定的形狀可被轉移至該薄壁式中空部件的外齒形部上。該方法極適合平滑曲線齒形部的製造，但完全不適合產生內齒輪齒形部，因為它只能用於薄壁式金屬板部件，這表示它既不能達成齒輪齒形部所要求的製造精度也不能達成使用時適當的承載性。

本發明的目的是要提供一替代的方法，一內(內臥的)齒輪齒形部可藉由此方法而被產生。此外，一相應的中空輪及用於製造相應的中空輪的設備亦被提出。此外，該設備的用途及一行星齒輪以及一用來製造行星齒輪 和中空輪部件的方法亦被提供。

詳言之，本發明的目的是要提供不具有現今技術的方法和設備的缺點的方法及設備。

本案發明人已認知的是，輕量構造亦可關於設有內齒形部(這是一齒輪齒形部)的中空輪。此外，發明人亦已開發出符合經濟效益且以高精確性來製造此中空輪的可能性。

此外，本發明的創新概念可實現用既有技術領域中所習知的中空輪所無法實施或只能用相當大的努力才能實施且因而無法符合經濟效益地實施或製造的新的構件及應用。

本發明的一個態樣是，該中空輪不只包含一內齒形部(其為一齒輪齒形部)，亦包含一外齒形部。因此之故，一方面，不只適合該中空輪的計畫中的應用的剩餘的壁厚度(其實際上是在該內齒形部的齒根的區域被測量)被提供，另一方面，一比在該中空輪的外側用來界定一(沒有設齒的)圓筒殼(圓筒側壁)的形狀的材料厚度顯著小很多的材料厚度亦可被提供在該內齒形部的齒尖的域內。在該內齒形部的齒尖的域內，相較於此技術領域中所習知之內部有齒輪齒且轉動對稱的未輪廓化的中空輪，該中空輪因而具有一顯著小很多的材料厚度，使得該中空輪的重量被顯著地減小。除此之外，足以適用於計畫中的應用的形狀穩定性仍可被達成。

此外，該外齒形部可被利用，例如，用以藉 由該外齒形部將另一本體以一種被轉動地固定的方式連接至該中空輪。

包含內齒形部(作為一齒輪齒形部)以及一外齒形部的中空輪可用上文所述習稱為燒結方法的方式被製造。在此例子中，該中空輪亦可具有一相對小的質量。然而，這些方法可能不適合中空輪會遭遇到較大的機械負荷的某些應用。

此外，可被假設的是，用去除材料的方法來製造一有內及外齒形部的中空輪是較不符經濟效益的，因為不只內齒形部必需以去除材料的方式來產生，而且該齒形部亦需如此，這首先且最重要地等同於要將製造精力加倍。

可從WO 2013/159241A1中知曉的該冷再成形方法對於如何進一步發展以達成本發明亦未給出提示。

主要係關於製造方法及用於製造的設備的本發明的另一態樣係在於它需要該工件在製程期間的穩定性，用以達成齒輪齒形部所需要之適當的高精密度。如果吾人用描述於本文中的方法以鎚擊、冷再成形方式作用於工件上的話，則這會導致所不想要的變形，例如，偏離該圓筒對稱性，這接著會導致該齒形部的齒腹形狀(flank shape)，此形狀在用適當精密度方式形成的齒輪齒形部中是不會形成的。

因此，抵消這些問題的至少一穩定區段可被提供。

主要係關於製造方法及用於製造的設備的本發明的右另一個態樣係在於一種包含一內模齒形部的模具被使用，使得一將被再成形為該中空輪的工件以一種方式被再成形，使得一作為內齒形部的齒輪齒形部和一作為外齒形部的另一齒形部同時形成。藉由用一衝鍛工具從外側對該工件進行鎚擊機械加工，該內齒形部的齒隙被產生，其中該衝鍛工具(用其突出的作用區域)接觸且該外齒形部的一齒被同步地產生(在相同的周邊部分)，尤其是藉由該工件的材料被該衝鍛工具打入到該模具齒形部的齒隙內。相反地，一徑向朝外的材料流被該模具齒形部的相鄰齒尖防止，使得外齒形部的齒根可形成在該處。

該衝鍛工具可包含用來明確地形成該內齒形部的該等齒尖的校正區(calibrating regions)，該等校正區同步地限制徑向朝內的材料流，使得一與該內齒形部相鄰的齒隙不會徑向朝內突伸太遠。

該內齒形部的齒和該外齒形部的齒隙的周邊部分是相等的。而且，該內齒形部的齒隙和該外齒形部的齒的周邊部分同樣亦是相等的。

典型地，該內齒形部(其被設計成一齒輪齒形部)具有一齒形部深度，其大於該外齒形部的齒形部深度。齒形部的齒形部深度被界定為該齒形部的齒尖直徑和齒根直徑間的差值。因此，它亦是該齒形部的齒冠(addendum)和齒根(dedendum)的和。

本發明的一個目的是提供一種新的中空輪。

本發明的另一個目的是提供具有極小的重量的中空輪。

本發明的另一個目的是能夠製造或提供具有高品質的內齒輪齒形部的中空輪。

本發明的另一個目的是提供一種用於具有內齒輪齒形部的中空輪的極具經濟效益的製造方法，尤其是達成短的機械加工時間。

本發明的另一個目的是提供一種製造具有大齒形部深度的內齒輪齒部的可能性。具有細齒的齒輪齒形部應可被製造於中空輪中。

本發明的另一個目的是提供一種製造內齒輪齒形部於以罐狀方式被設計的中空輪內的可能性，尤其是同時確保罐底與齒形部的精確對準。

本發明的另一個目的是提供一種製造齒輪的內螺旋形齒形部的可能性。

本發明的另一個目的是提供一種製造齒輪的內人字形(herringbone)齒形部的可能性。

本發明的另一個目的是提供新型的中空輪構件，其包含被內齒形化的和被外齒行化的中空輪。

本發明的另一個目的是提供新型的齒輪，尤其是新型的行星齒輪。

這些目的的至少一者至少部分地是由依據本案申請專利範圍請求項的設備、方法和用途來達成。

該方法例如可以是：一種用來製造一包含內 齒形部和外齒形部的中空輪的方法，其中該內齒形部是一齒輪齒形部，及其中一工件是用至少一衝鍛工具來機械加工。

該工件可包含一具有縱長軸線的管狀區段。該工件可具有圓的(圓形的)橫截面。因此，該管狀區段可具有一圓筒對稱性，尤其是被作成圓筒管形狀。

該工件可額外地包含至少一第一穩定區段，其被連接至該管狀區段。這可用於該管狀區段在該至少一衝鍛工具的機械加工期間的形狀穩定。例如，會造成該管狀區段的圓形橫截面變成卵形橫截面的變形可被防止。該第一穩定區段可用直接的方式被連接至該管狀區段，即直接連接於該管狀區段上。然而，該管狀區段亦可被間接地連接至該管狀區段，尤其是透過一過渡區。

此外，一包含一管狀開口(一內模具齒形部被形成於該管狀開口內)的模具可被提供。該管狀開口可被設置來容納該管狀區段。該模具可包含和將被製造的齒形部相同的齒數，因此和內齒形部及外齒形部相同的齒數。

該管狀區段可被插入到該管狀開口內，且該工件在該管狀區段的內側處被該至少一衝鍛工具後續地機械加工，這更具體地讓該內齒形部和該外齒形部被同步地製造。

為此，該工件用暫時改變的轉動速度(例如，間歇性轉動)繞著該縱長軸線實施轉動運動。詳言 之，該工件和該模具(一起)實施該轉動運動。而且，該至少一衝鍛工具實施徑向擺盪運動，其與該轉動運動同步。在本文中，“徑向”係指垂直於該縱長軸線的方向。“軸向”一詞係指平行於該縱長軸線的方向。

該同步被設計成使得該至少一衝鍛工具將該管狀區段形成為該模具齒形部，用來藉由對該管狀區段重復鎚擊機械加工來產生該外齒形部，同時產生該內齒形部。

因此，吾人可想到的是，在每一種情況中，在該至少一衝鍛工具與該工件鎚擊接觸的時間點，該模具具有一轉動對準(rotational alignment)使得該模具齒形部的齒隙出現在與該衝鍛工具發生接觸的周邊位置處。這可被提供給該模具齒形部的每一齒隙，且更具體地使得該衝鍛工具以該被描述的方式在每一個該被描述的周邊位置處對該管狀區段進行機械加工。

該方法允許8或7個齒輪齒形部或者在某些情況下亦允許6個齒輪齒形部依據DIN 3961/DIN 3962被製造，這是一極有經濟效益的情況，因為這可被給予極短的機械加工時間。

此外，吾人可從一相對便宜的材料開始，因為材料特性可藉由該被描述的冷再成形加工來改善。例如，該材料可獲得更大的強度。

該衝鍛工具可在該內模具齒形部包含齒隙的該等周邊位置處對該管狀區段重復地機械加工。藉此，該 管狀區段可被連續地形成到該內模具齒形部內。該外齒形部的齒和該內齒形部的齒隙可被形成在該等周邊位置處(即該內模具齒形部包含齒隙的位置)。外齒形部的齒隙和該內齒形部的齒可被同時形成，更具體地係被形成在位於它們之間且在該內模具齒形部包含齒的位置的周邊位置處。

該工件的該暫時改變的轉動速度形成一相對高的轉動速度以及一相對低的轉動速度的連續階段，其中更具體地，吾人可想像到在該相對低轉動速度的階段中該工件至少暫時地來到一(轉動)停頓(轉動停頓亦具有一轉動速度，更具體地為零)。在每一情況中，該工件被該衝鍛工具實施的機械加工通常發生在該等相對低的轉動速度的階段的一者中。在各個衝鍛工具的接觸期間該工件轉動的愈慢或者在相對低的轉動速度的該等階段中或在一停頓中該工件緩慢轉動的愈久，則更容易獲得高精密度之最終被製造出來的齒輪齒形部。

例如，該衝鍛工具可在該等轉動運動的階段中對該工件機械加工，在這些階段中該工件至少暫時地停頓。詳言之，該工件的轉動運動可以是一間歇性轉動，且該衝鍛工具在該工件的轉動停頓的階段對該工件機械加工。該衝鍛工具因此和該工件在該間歇性的工件轉動運動的停頓的階段與該工件嚙合(engage)。應指出的是，一間歇性的轉動包括在轉動的階段與階段之間的轉動停頓的階段，其中這些階段賦予時間長度特徵，這表示該停頓階段 不同於該暫時的停頓。然後，吾人通常會想像得到該工件在該轉動停頓的時間內被重新塑形，且該衝鍛工具在該工件的轉動期間遠離該工件(或所有衝鍛工具遠離該工件)使得該工件可在不與該衝鍛工具接觸(或與一衝段工具)接觸下轉動或甚至被防止被該(或一)衝鍛工具轉動。

該工件的該暫時改變的轉動速度通常是一至少在一些區段週期性地改變的轉動速度。

該工件的轉動運動是被該模具共同地實施。例如，該工件和該模具彼此被固定，使得它們實施相同的轉動運動。

在本文中，該工件和該模具彼此至少實質地同軸地對齊，而且亦(至少實質地)和該縱長軸線同軸地對齊。

該管狀區段的材料被該至少一衝鍛工具的機械加工重新塑形且被形成在該模具齒形部的齒隙中，使得它的外側具有該齒尖形狀的形狀以及該模具齒形部的齒腹的諸區段的形狀，該等區段係與該等齒尖相鄰。一外齒形部因而形成，其具有和該模具齒形部的齒腹形狀(或齒腹形狀的諸區段的形狀)的負像(negative)相對應的齒腹形狀且其齒根形狀對應於該模具齒形部的齒尖形狀的負像。

該內齒形部被同時形成，其齒腹形狀對應於該衝鍛工具的齒腹形狀的負像且其齒根形狀對應於該衝鍛工具的齒尖形狀的負像。

該工件以鎚擊的方式被該衝鍛工具機械加 工。該工件可藉由該衝鍛工具的徑向擺盪鎚擊運動的方式而被周期性地機械加工。

該內及外齒形部可用此方式被連續地形成。該內齒形部的齒隙隨著時間而變得愈來愈深(因為該內齒形部的每一齒隙的鎚擊嚙合數目增加)，且該外齒形部的齒同時變得愈來愈高。

該衝鍛工具用來周期地作用在該工件上，使得齒形部的產生可被分解成多個個別的衝鍛程序。

用該至少一衝鍛工具來形成該內齒形部和該外齒形部不會發生材料去除。因此，沒有發生切屑(chip)去除。該管狀區段只是被該衝鍛工具冷再成形。作為法則(rule)的被製造的齒形部的一者的切屑移除式的後機械加工是不需要的。

該管狀區段在一與該縱長軸線垂直地對齊的平面上的截面積在產生該等齒形部時保持實質上沒有改變，因此，該截面積在包含該等齒形部之前和之後係實質相同的，即至少在2%或5%之內。

吾人可想得到的是，該工件被產生該等齒形部之後的熱效應硬化。因為該衝鍛工具的冷再成形機械加工的關係，一中空輪在熱作用時所遭受到的硬化變形比一齒形部係用材料去除方式來製造的中空輪的熱變形要顯著小很多。

該工件典型地是金屬，例如是鋼、例如是合金淬火的及回火的鋼(典型地具有至少0.3%的碳含量)，其 後續地被典型地硬化或雷射硬化、或是合金式表面滲碳硬化鋼(alloyed case-hardening steel)(典型地具有最多0.3%碳含量)，其後續典型地用氣體氮化或硝基滲碳(nitro-carburising)來加以硬化。

該模具典型地是金屬。

在一實施例中，在將該管狀區段插入到該管狀開口中之前，該工件在該管狀區段的材料厚度係小於該內齒形部的齒形部深度的2倍，尤其是小於1.5倍。

該外齒形部的形成不再是發生被給定的材料厚度(此厚度太大)。

在一實施例中，在將該管狀區段插入到該管狀開口中之前，該工件在該管狀區段的材料厚度係小於該內齒形部的齒形部深度的至少0.2倍，尤其是至少是四分之一。

在材料厚度不是太小的情況中，該管狀區段的材料不再具有適的穩定性，用以被再成形為所想要的(被內及外齒形化的)形狀。

在一實施例中，該至少一衝鍛工具包含一作用區，其包含一工具頭和兩個與該工具頭鄰接的工具齒腹。該內齒形部的齒腹的形狀是由工具齒腹來界定。該內齒形部的齒根的形狀是由該工具頭來界定。

因此，該作用區可具有該內齒形部的齒隙的形狀的負像的形狀，或更精確地係具有：包括該內齒形部的相鄰的齒腹在內之齒根的形狀的負像。

此外，該至少一衝鍛工具可包含兩個校正區，其分別與兩個工具齒腹的一者相鄰接。它們的形狀可以是該內齒形部的齒尖的一區段的形狀的負像。

藉此，該內齒形部的齒尖的形狀亦可用一種被界定的方式來形成。因為該鎚擊的機械加工而造成的材料流可被該等校正區適當地引導及限制。

該內齒形部的齒尖形狀以及該內齒形部的個別區域(即該內齒形部的齒尖與內齒形部的齒腹相鄰的區域)可被該等校正區精確地界定。

在一實施例中，該齒形部具有一縱長的凸起(longitudinal crowning)。

在一實施例中，該等工具齒腹的形狀係一種可讓該內齒形部具有縱長的凸起的方式來形成。

因此，該等工具齒腹可具有凹度(concavity)。更精確地，這是一相對於被設計來形成沒有縱長的直線的同一內齒形部的工具齒腹的形狀的凹度。

例如，對於該內齒形部是正齒輪齒形部(spur toothing)的情形而言，在一穿過該等工具齒腹以及穿過垂直於一通過兩個工具齒腹之間的中點的平面的截面內的該衝鍛工具(及更精確地：該衝鍛工具的作用區)在兩個工具齒腹處具有一凹度。兩個工具齒腹的每一者界定一凹線於該截面內。該衝鍛工具(及更精確地：該衝鍛工具的作用區)在此截面內被收束(waisted)。

因為該等工具齒腹的凹度的關係，所以被製 造出來的內齒形部具有一相應的凸度(convexity)：該縱長的直線。

相對於此技術領域中所習知的厚壁式中空輪(沒有相樣的外齒形部)而言，在本文中被描述的中空輪是薄壁式中空輪。因此之故，在這些中空輪的例子中，大的機械負荷將傾向於導致彈性變形，其比具有相同的剩餘的壁厚度(residual wall thickness)的厚壁式中空輪的彈性變形更大。該縱長直線可被設置來改善穿過行為(running behaviour)，例如有更平順的穿過。邊緣支撐可因而被避免掉且一在該中空輪內穿過(例如，主要是在被該內齒形部形成齒的長度的中間穿過)之形成有外齒形部的輪子的一明確的接觸可被確保。

在該工具頭的行進方向(running direction)(其對應於齒形部方向，因此是該內齒形部的齒隙的行進方向)的該衝鍛工具至少可以儘可能地長，尤其是比該齒輪齒形部的齒隙還長。這當然和該衝鍛工具的作用區有關，其中該衝鍛工具確實嚙合到該工件內，因而與該工件(再成形)接觸。這有助於確保被產生的該齒輪齒形部在其整個長度上有極高的精確度。再者，該方法可以是特別經濟的。它亦可簡化該內齒形部的前述縱長直線的製造，更具體明確地，藉由使用該衝鍛工具且每一次鎚擊接觸時在該內齒形部的整個齒形部長度上與該工件成為再成形接觸來讓該工件具有所想要的工具齒腹的凹度。

該方法可用所想要的機械加工步驟來實施， 使得用於校正或該齒輪齒形部的後製成形的額外步驟就無需被後續地實施。

在一實施例中，該內齒形部和該外齒形部之前進於齒形成方向(toothing direction)的形狀形成是在該工件的多次公轉轉動中用該衝鍛工具對該工件(週期性)機械加工來實施的，直到達到預應的齒長度為止。典型地，在此例子中，該至少一衝鍛工具和該工件(在該工件的轉動運動期間以及在該衝鍛工具徑向擺盪運動期間)被相對於於彼此移動於軸向方向上。

該工件和該衝鍛工具的該相對運動因而例如界定一被該衝鍛工具的該徑向的擺盪運動所疊加的螺旋空間。

該方法可用單一衝鍛工具來實施或者可使用兩個衝鍛工具來實施，例如不論該工件的再成形是在每一次鎚擊嚙合時發生在全部的齒形部長度上，或者是每一次鎚擊嚙合時該工件只被再成形於一個只延伸該齒形部長度的一部分的區域中皆可以。

不論何種方式，該管狀區段皆被提供該等齒形部，因而具有該內齒形部和該外齒形部。

在一些實施例中，該工件之設有該內及外齒形部的區域和該管狀區段是相同的。

在一些實施例中，該內及外齒形部在一與該管狀區段鄰接的過渡區域內合併成剩餘的齒形部(residual toothing)。下文中有更多這方面的細節。

上文提到的第一穩定區段可和該管狀區段一起形成單一部件(且因而被一體地形成)。例如，該工件(其管狀區段被插入到該管狀開口內)可以例如是鋼板的一深衝壓金屬板部件。

該第一穩定區段亦可以是一來自該中空輪的軸環，尤其是一可和該管狀區段一起形成單一部件的軸環。

尤其是，吾人可想像得到的是，該第一穩定區段(或該軸環)包含該內齒形部或者該外齒形部。

該軸環可以是沒有齒的軸環。

該軸環可被朝向該縱長軸線或背向該縱長軸線導向(directed)。

該第一穩定區段因而可實施該工件的強化。該工件的所不想要的變形，尤其是在齒形部的區域內的所不想要的變形，可因而被顯著地減小，使得用該至少一衝鍛工具實施的再成形可用高精密度來進行。再者，該管狀區段的一實質上圓形的截面可在該再成形期間且在該完成的中空輪中被保持。

由該第一穩定區段達成的形狀穩定性允許在該徑向上的變形(其在整個周邊是不均勻)最小化。例如，該管狀區段變成為卵狀之所不想要的變形可被防止或至少大幅地降低。

再者，尤其是例如在該管狀區段的相反端設置兩個穩定區段可防止或大幅地降低該管狀區段的變形， 否則該變形可能會發生且會導致該管狀區段的錐度，因而例如導致該管狀區段的直徑沿著一平行於該縱成軸線的方向改變。

一留在該中空輪上的第一穩定區段亦可用於該管狀區段在應用時，例如，一方面(i)在負荷下，譬如例如由運作於該中空輪內的至少一行星齒輪所給予的負荷下的及/或在另一方面(ii)關於該中空輪的快速轉動所給予的向心力的穩定時的形狀穩定。

在一些實施例中，該第一穩定區段形成一穩定軸環。

在一些實施例中，該第一穩定區段形成一穩定肋。

在一些實施例中，該第一穩定區段被朝向該縱長軸線導向。它可從該管狀區段被朝內地導向。該中空輪在該縱長向上的延伸因而可被保持在很小。此外，在產生該等齒形部之後，這可簡化該管狀區段從該模具上移除。

另一方面，在一些實施例中，該第一穩定區段可被背向該縱長軸線地導向。它可從該管狀區段被朝外地導向。即使是在被給予一有點小的該第一穩定區段的延伸的情況下，一相相當好的形狀穩定仍可因而被達成。而且，該第一穩定區段可被設計成使得進出該中空輪的內部不會受到它的妨礙。

該第一穩定區段(或該軸環)可被設計成一周 邊設施，尤其是完全周邊的方式。它可以完全圍繞該管狀區段的周邊。

此外，該第一穩定單元(或該軸環)可以是繞著該縱長軸線轉動對稱的。以此方式，所有徑向方向都被相同程度地穩定。

在一些實施例中，該第一穩定區段形成該中空輪的周圍端面，其相對於該管狀區段被彎角。該端面可例如位在一與該縱長軸線垂直的平面內。就用於該第一穩定區段的材料數量而言，一特別好的形狀穩定可因而被達成。

在一些實施例中，該工件在該第一穩定區段內被相對於該管狀區段加寬或縮減或者被至少90度地朝內或朝外導向。

包括該第一(和一可能的第二)穩定區段的該工件可例如藉由再成形而從該管狀底座本體獲得，例如藉由冷再成形。

例如，該工件在該第一穩定區段內可相對於該管狀區段被加寬，尤其是可具有一直徑，其以一到該管狀區段的增大距離變大；或者它可漸縮(taper)，尤其是具有一直徑，其以一到該管狀區段的增大距離變小。

例如，該第一穩定區段可界定一轉動對稱的截頭圓錐殼形狀。詳言之，該第一穩定區段可被設計成使得在一橫截面，尤其是每一垂直於該縱長軸線的橫截面，該第一穩定區段界定一筆直的線，其與該縱長軸線以一角 度對齊。

相反地，在一些實施例中，該第一穩定區段界定一環的形狀。該第一穩定區段在該軸向上的空間需求可用此方式被保持在很小。該第一穩定區段可以直角角度被實質地延伸至該縱長軸線。

該被界定的環可具有一內徑，其實質上對應於該管狀區段的外徑。在其它實施例中，該環可具有一外徑，其實質上對應於該管狀區段的內徑。

在一些實施例中，該第一穩定區段被直接地連接至該管狀區段的第一端。在其它實施例中，該第一穩定區段以間接的方式(尤其是透過一過渡區域)被連接至該管狀區段的第一端。

在一實施例中，該第一穩定區段(或該個別的軸環)具有一到該縱長軸線的最小距離，它比(在製造該等齒形部之前的)該管狀區段具有之到該縱長軸線的最小距離小，尤其是小了該內齒形部的齒形部深度的至少0.25倍(例如，至少0.4倍)。例如，該第一穩定區段(或該個別的軸環)可以如同該管狀區段一般地是繞著縱長軸線轉動對稱，且其內徑小於(製造該等齒形部之前的)該管狀區段的內徑，例如小了該內齒形部的齒形部深度的至少0.5倍(尤其是至少0.8倍)。一適當的形狀穩定性可用以方式輕易地實現。

及/或該第一穩定區段(或該個別的軸環)具有一到該縱長軸線的最小距離，其小於該管狀區段的齒尖具 有之到該縱長軸線的最小距離，尤其是小了該內齒形部的齒形部深度的至少0.2倍(例如，至少0.4倍)。例如，該第一穩定區段(或該個別的軸環)可以是繞著縱長軸線轉動對稱且其內徑小於該內齒形部的尖端直徑，例如比該內齒形部的尖端直徑小了該內齒形部的齒形部深度的至少0.3倍或0.4倍(尤其是至少0.8倍)。一適當的形狀穩定性可用以方式輕易地實現。

在一實施例中，該第一穩定區段(或該個別的軸環)具有一到該縱長軸線的最大距離，它比(在製造該等齒形部之前的)該管狀區段具有之到該縱長軸線的最大距離大，尤其是大了該內齒形部的齒形部深度的至少0.25倍(例如，至少0.4倍)。例如，該第一穩定區段(或該個別的軸環)可以如同該管狀區段一般地是繞著縱長軸線轉動對稱，且其外徑大於(製造該等齒形部之前的)該管狀區段的外徑，例如大了該內齒形部的齒形部深度的至少0.5倍(尤其是至少0.8倍)。一適當的形狀穩定性可用以方式輕易地實現。

及/或該第一穩定區段(或該個別的軸環)具有一到該縱長軸線的最大距離，其大於該管狀區段的齒尖具有之到該縱長軸線的最大距離，尤其是大了該內齒形部的齒形部深度的至少0.2倍(例如，至少0.4倍)。例如，該第一穩定區段(或該個別的軸環)可以是繞著縱長軸線轉動對稱且其外徑大於該內齒形部的尖端直徑，例如比該內齒形部的尖端直徑大了該內齒形部的齒形部深度的至少0.3倍 或0.4倍(尤其是至少0.8倍)。一適當的形狀穩定性可用以方式輕易地實現。

該第一穩定區段的精確尺寸取決於許多細節，例如，取決於管狀區段的材料特性及取決於其材料厚度。

在一些實施例中，該第一穩定區段形成該工件的基部。該管狀區段可以一罐子形的方式和該基部被設計在一起，其中該管狀區段形成罐子壁且該基部形成罐子底部。該基部可包含一開口，尤其是一中心開口。

除了該第一穩定區段之外該工件還可包含一第二穩定區段。該第二穩定區段的特性和功能可以和上文所述的該第一穩定區段相同。例外之處在於，通常不會被想到的是這兩個穩定區段被連接至該管狀區段的同一端。相反地，吾人可想到的是，例如該第一穩定區段(被直接地或透過第一過渡區域)連接至該管狀區段的第一端且該第二穩定區段(被直接地或透過第二過渡區域)連接至該管狀區段的第二端。

例如，這兩個穩定區段可分別被提供來(直接地或間接地)連接至該管狀區段的相反端。吾人因而可以想得到的是，該內齒形接部的至少一部分和該外齒形部的至少一部分相對於它們的軸向位置被安排在該第一和第二穩定區段之間。

如果兩個穩定區段被提供的話，則吾人可以想到的是它們的至少一者，例如該第一穩定區段(或該個 別的軸環)被朝向該縱長軸線導向。及/或此第一穩定區段(或該個別的軸環)包含上文中被進一步描述之關於它到該縱長軸線的小於距離或關於它的內徑的尺寸。在用該至少一衝鍛工具機械加工之後的該管狀區段的移走可以此方式被簡化。

因此在兩個穩定區段的例子中，例如‧兩個穩定區段都被朝內導向；或‧兩個穩定區段中的一者被朝內導向而另一者者則被朝外導向。

在一些實施例中，該工件(或該中空輪)包含第二穩定區段，其中該第二穩定區段被朝向該縱長軸線導向，及其中該第二穩定區段具有之一到該縱長軸線的最小距離小於該內齒形部的齒尖具有之到該縱長軸線的最小距離。上文中已被進一步描述之用於第一穩定區段的那些尺寸係以可能的尺寸被提及。

在一實施例中，該管狀區段和該第一穩定區段在被該衝鍛工具機械加工之前係具有相同的材料厚度。相應的工件或胚料相當便宜且易於製造。

在一些實施例中，該內齒形部被設計成一全深度齒形部，其具有一大於該內齒形部的法向模數2.0倍的齒形部深度，例如，具有一大於該內齒形部的法向模數2.2倍的齒形部深度。詳言之，該內齒形部可具有一至少是該內齒形部的法向模數的2.4倍的齒形部深度。大的齒形部深度允許大的成疊程度，其使得個別的中空輪特別適 合承載。

一相當於一齒輪齒形部的法向模數2.2倍的齒形部深度對應於齒輪漸開線齒形部的一般數值。

在一些實施例中，該內齒形部具有一介於0.5至5，尤其是介於1至3，的模數及/或一至少1.25的模數。

在一些實施例中，該內齒形部具有節徑(pitch diameter)和有齒部的深度(toothed depth)，該節徑是該有齒部的深度的至少2倍且最多20倍，尤其是至少3倍且最多15倍或至少4倍且最多10倍大。

如所知的，對於該橫向模數(transverse module)ms而言：ms=Td/p，其中Td係指該節徑及p是該齒形部的齒數。而且，對於該橫向模數ms而言：ms=t/π，其中π是Pi且t是該齒形部的節距(橫向節距)。該法向模數m_N為=m_ScosB，其中β是一螺旋形齒形部的螺旋線角度；對於正齒輪齒形部而言β=0度。

該內齒形部和該外齒形部可以是正齒輪齒形部。

然而，在一些實施例中，該內齒形部和該外齒形部螺旋形齒形部。在本文中，對於該螺旋線角度而言，它可以是：40度≧|β|≧5度。

在其它實施例中，該內齒形部和該外齒形部是人字形齒形部(herringbone toothing)。

該內齒形部可以是一漸開線齒形部。然而， 其它齒輪齒形部亦是可被製造的。例如，該內齒形部可以是擺線齒形部(cycloidal toothing)。

在一些實施例中，該外齒形部的齒形部深度近似於該模具齒形部的齒形部深度。該模具的(或該模具齒形部的齒隙的)相應尺寸可簡化中空輪的製造，特別是簡化再成形。

在些實施例中，該外齒形部的齒形部深度小於該內齒形部的齒形部深度。該衝鍛工具的(或其作用區的)以及該模具的(或該模具齒形部的齒隙的)相應尺寸可簡化中空輪的製造，特別是簡化再成形。

該模具可用金屬來製造。它可以是一單一部件。

和該工件相關的多數特徵可被賦予到該(完工的)中空輪。即使是如果該工件或該中空輪的某些特徵，譬如例如該第一穩定區的特徵至少看起來像是以特殊內容來描述，譬如例如以製造方法的內容來描述，但這些特徵基本上同樣是該完工的中空輪的特徵。為了要保持最少的內文，當明確地提到該完工的中空輪時，多數的這些特徵因而不再被重復。

該中空輪包含：一具有縱長軸線的管狀區段，其包含一內齒形部和一外齒形部，其中該內齒形部是一齒輪齒形部；一第一穩定區段。

該第一穩定區段可以是沒有齒形部的。而 且，它可和該管狀區段形成一單一部件。它可形成該中空輪的一軸環。在本文中，該軸環可特別地被朝向該縱長軸線或背向縱長軸線導向。該軸環可和該管狀區段直接相鄰或和一過渡區相鄰，該過渡區的一部分和該管狀區段直接相鄰。該管狀區段基本上可以是圓筒形的管狀。該第一穩定區段可以是相對於該縱長軸線轉動對稱。

該中空輪的一相對薄的壁可被界定成該外齒形部的齒根直徑和該內齒形部的齒尖直徑之間的差小於該內齒形部的齒形部深度2倍，特別是小於1.5倍。

此外，吾人可想到的是，該外齒形部的齒根直徑和該內齒形部的齒尖直徑之間的差大於該內齒形部的齒形部深度0.2倍，特別是大於0.3倍。

如果中空輪是用上述方式製造的話，則可產生特徵形狀，除了其它事項之外，該等特徵形狀的存在和形式可取決於該第一穩定區段是如何相對於該內齒形部和該外齒形部被配置。然而，在該中空輪的完工產品上認出它們亦允許認出來此中空輪已用上述方式被製造一但如果該等特徵形狀後續地被去除掉的話則除外。

在該中空輪的一實施例中，該軸環被背向該縱長軸線導向，且一與該內齒形部鄰接的內剩餘的齒形部被形成在一介於該管狀區段和該第一穩定區段之間的過渡區內。而且，此外該內剩餘的齒形部的齒尖直徑小於該內齒形部的齒尖直徑；及/或 一軸向突伸出的圓緣(bead)被形成在該內剩餘的齒形部的每一齒根上。

如果該至少一衝鍛工具的嚙合相對於其軸向位置向上延伸至該第一穩定區段開始處的話，則在該處的一被徑向朝外導向的材料流會被該第一穩定區段變得相當困難。因此，該材料必須在冷再成形時找尋不同的路徑。在該被描述的配置中，一方面這表示(在該衝鍛工具的作用區的兩側的)材料徑向朝內地流動，因而發生該內剩餘的齒形部的一尺寸減小的齒尖直徑，另一方面該材料亦大致流動於被向該管狀區段的徑向方向上，因而形成該等圓緣。

在該中空輪的另一實施例中，一連接至該外齒形部的外剩餘的齒形部被形成在一介於該管狀區段和該第一穩定區段之間的過渡區中，其中在該過渡區內，該外剩餘的齒形部的齒形部深度持續地從該外齒形部的齒形部深度減小至零。特別是，該等外剩餘的齒形部的齒可在該過渡區內(尤其是在該過渡區的一緊鄰該管狀區段的一區段內)具有一圓角化的肩部。在本文中，該第一穩定區段的該軸環可被朝向該縱長軸線導向；然而，該第一穩定區段亦可被不同地設計且例如包含一被朝外地導向的軸環。

吾人可以想到的是，該過渡區的一區段可用管形(尤其是圓筒管)方式來設計。例如，該過渡區的一緊鄰該管狀區段的區段可用管形(尤其是圓筒管)方式來設計。

該過渡區(整體)可用管狀方式來設計。

為了要量化地來更精確描述該連續的縮減，吾人可以說的是，在一穿過該外齒形部的齒的截面(該截面包含該縱長軸線)中，一描述該縮減的角度係小於80度，尤其是小於70度。此外，該角度可大於5度，尤其是大於10度。該角度可例如被界定為，在該截面中，吾人選定一第一點(該齒在該第一點仍具有它在該管狀區段內高度的90%°)以及一第二點(該齒在該第二點仍具有它在該管狀區段內高度的10%°)，一條連接這兩個點的直線與縱長軸線所夾的角度就是該角度。

當然，一工件可包含一內剩餘的齒形部(帶有該圓緣或該齒尖直徑比)，其在一介於該管狀區段和一穩定區段的軸環之間的過渡區內，該穩定區段係被導向為背向該縱長軸線，以及一在另一過渡區段內的外剩餘的齒形部(帶有一圓角化的肩部)，該另一過渡區介於該管狀區段和另一穩定區段(帶有一圓角化的肩部)之間。

該內齒形部的直徑(節徑)典型地在50mm至500mm的範圍內，特別是在100mm至400mm的範圍內且通常是在150mm至350mm的範圍內。

一種中空輪構件將被描述。此中空輪構件包含該被描述的型式的中空輪而且還有一本體。此本體藉由包含一與該外齒形部相匹配的內輪廓而相對於該中空輪被轉動地固定。

該外齒形部因而例如可用作為該中空輪的轉動固定的接受部。

該轉動固定係關於一繞著該縱長軸線的轉動。

例如，該本體可被絕對無疑地(positively)連接至該外齒形部。例如，該本體可被模製到該外齒形部上。

在製造該本體時的一個步驟因而可以是該外齒形部被模製到被製造的該本體的至少一部分中。

在一些實施例中，該中空輪是一齒輪中空輪。

該中空輪可被使用於行星齒輪中。

該行星齒輪包含該被描述的型式的中空輪以及至少一外部有齒的齒輪，其被插入到該中空輪內。此齒輪以一種適當方式被形成齒，用以和該中空輪互動。

典型地，一太陽輪(sun wheel)和至少兩個行星輪(planet wheel)被插入到該中空輪中。

額外地，用來製造一行星齒輪的方法包含用被描述的方式及方法來製造一中空輪，且其進一步包含提供至少一有外部齒的齒輪並將其插入該中空輪中。

該齒輪包含一外齒形部，其與該中空輪的該內齒形部相匹配。而且，一太陽輪和至少兩個行星輪被導入到該中空輪中。

此外，本發明亦關於一適合實施該製造方法 的設備或一具有下列特徵的設備。

一種用於製造中空輪的方法，該中空輪包含內齒形部和外齒形部，其中該內齒形部是一齒輪齒形部，且該設備包含：一用來容納一工件的管狀區段的模具，其包含一管狀開口，一內模具齒形部被形成在該管狀開口內；一可繞著一縱長軸線轉動的模具固持器，用來以一種方式固持該模具使得一容納在該模具內的工件的管狀區段可在其內側被機械加工；一用於該模具固持器的轉動的轉動驅動器，該驅動器被設計來以暫時地改變的轉動速度產生一轉動，尤其是用來產生一間歇性轉動；一用來固持至少一衝鍛工具的工具固持器，該工件固持器可被驅動進入一垂直於該縱長軸線行進的擺盪運動，使得該管狀區段的內側可被被該至少一衝段工具重復地(尤其是週期性地)機械加工；一同步驅動器，其係用於該模具固持器的轉動(其可被該轉動驅動器產生)與該工具固持器的擺盪運動(其垂直於該縱長軸線行進)的同步。

該設備的許多進一步的細節係上文所述的該方法直接導致的結果。這些細節因而不在此處重復。

在一實施例中，該設備包含一載入裝置，用來將一將被容納在該模具內的工件的管狀區段插入到該模具的該管狀開口內。該載入裝置包含一用於該工件和該模 具的相對運動的另一驅動器，該相對運動係平行於該縱長軸線行進。該管狀區段進入到該模具的該管裝開口內的插入因而可被自動化。

再者，至少在該冷再成形機械加工的開始時，確保該工件和該模具的相對位置被(軸向地及/或徑向地)固定是有關係的。

因此，該設備可包含一固持裝置，用來在該模具固持器的轉動期間將一被容納在該模具內的工件相對於該模具的位置加以固定。例如，一壓擠壓力可被該固持裝置產生，該工件和該模具被此壓力朝向彼此壓擠於軸向方向上。該工件和該模具因而執行相同的轉動運動。

該壓擠裝置可以和該模具固持器的轉動被共同轉動。

該固定可例如藉由讓該工件的一穩定區段受壓力來實施。

例如，可發生該工件在該模具上或者該模具在該工件上的軸向擠壓。

該固持裝置可被額外地提供給該驅動器。然而，該固持裝置的至少一部分和該另一驅動器的至少一部相同亦是可能的。

該被描述的設備可被用來同步地產生一內齒形部和一外齒形部於一工件的一管狀區段內，其中該內齒形部是一齒輪齒形部。

該設備的使用的其它細節該製造方法的上文 中的描述所導致的結果。

其它實施例及好處將從附屬請求項及圖式中被推導出來。

1:工件

2:衝鍛工具

3:管狀區段

5:模具

5o:管狀開口

5z:內模具齒形部

15:模具固持器

8:被驅動的車頭

12:工具固持器

16:載入裝置

18:保持裝置

4:被朝內導向的穩定區段

4’:被朝外導向的穩定區段

5a:齒尖

5b:齒根

5f:齒腹

1a:有齒的中空輪

t6:齒形部深度

D:材料厚度

Z:縱長軸線

2w:作用區

2k:工具頭

2f:工具齒腹

2x:校正區

6a:齒尖(冠)

6f:齒腹

6b:齒根

7b:齒根

7a:齒尖

7f:齒腹

k7:外齒形部齒尖直徑的一半

k6:內齒形部齒尖直徑的一半(最小距離)

45a:外剩餘的齒形部

45:過渡區

t7:齒形部深度

45i:齒冠(尖)

45w:圓緣

45b:齒根

20:行星齒輪

22:太陽輪

24:行星輪

7:外齒形部

10:中空輪構件

11:本體

本發明的發明主體將藉由實施例及附圖於下文中被更詳細地說明。它們被示意地顯示為：圖1是以一通過該縱長軸線的剖面顯示用於製造中空輪的設備的細節；圖2a是一以垂直於該縱長軸線的剖面顯示該方法在一第一衝鍛工具嚙合至該工件內之前的圖式；圖2b是一以垂直於該縱長軸線的剖面顯示該方法在製造中空輪時一衝鍛工具嚙合期間的圖式；圖3a以穿過該縱長軸線的剖面顯示一帶有兩個穩定區段的工件，該兩個穩定區段係被朝向該縱長軸線導向；圖3b以穿過該縱長軸線的剖面顯示一帶有一被朝向該縱長軸線導向的穩定區段以及一被背向該縱長軸線導向的穩定區段的工件；圖3c以穿過該縱長軸線的剖面顯示一帶有一被朝向該縱長軸線導向的穩定區段以及一被背向該縱長軸線導向的穩定區段的工件的細節；圖3d以穿過該縱長軸線的剖面顯示一帶有一被朝向該縱長軸線導向的穩定區段以及一被背向該縱長軸線導向的穩定區段的中空輪的細節； 圖4以穿過該縱長軸線的剖面顯示中空輪的細節以展示一外剩餘的齒形部；圖5以穿過該縱長軸線的剖面顯示一帶有一被背向該縱長軸線導向的穩定區段的細節，以展示帶有一圓緣的內剩餘的齒形部；圖6以穿過該內齒形部的齒尖的剖面顯示一帶有一被背向該縱長軸線導向的穩定區段的細節，以展示帶有一圓緣的內剩餘的齒形部，該剖面通過該縱長軸線；圖7a以垂直於該工具頭的航道(course)的剖面顯示該衝鍛工具的細節；圖7b以一平行於該工具頭的航道沿著圖7a中穿過工具齒腹的虛線的剖面顯示圖7a的衝鍛工具的細節；圖8a是一正齒輪齒形部的圖式；圖8b是一螺旋齒形部的圖式；圖8c是一人字形齒形部的圖式；圖9是行星齒輪的圖式；圖10是以垂直於該縱長軸線的剖面顯示一包含一中空輪及一與之絕對無疑地(positively)連接的本體的中空輪構件。

對於理解本發明不是很重要的部件某程度上並未被提出。被描述的實施例是用於發明的發明主體的例子或者係用來說明的例子且不具有限制性的效果。多數實 施例為了簡化的目的，隱含地或明確地係關於正齒輪齒形部，但亦可賦予其它齒形部類型上。

圖1以極示意性的剖面圖顯示一用於製造中空輪的設備的細節。工件1是薄壁式且可被該設備提供內齒形部和外齒形部，其中該內齒形部是一齒輪齒形部，例如一漸開線齒形部。

該工件1具有縱長軸線Z及一管狀區段3，它是圓筒形且與該縱長軸線Z被同軸地對齊，該兩個被提到的齒形部係藉由一衝鍛工具2而被結合至該管狀區段內。

於圖1中被代表的該剖面穿過該縱長軸線Z。

該設備進一步包含一模具5，其包含一內模具齒形部5z以及一用來容納該工件1的管狀開口5o。模具5被保持在一模具固持器15內，該模具固持器可例如被一被驅動的車頭(headstock)8驅動而繞著一轉動軸線轉動。

用來對該工件1周期性地機械加工的該衝鍛工具2被一工具固持器12固持。因此之故，該工具固持器12實施一在徑向(在圖2中以粗的虛線來標示)的擺盪運動。垂直於該縱長軸線Z的方向被標示為徑向。

該工件1在軸向方向上被該載入裝置16插置到該模具5的管狀開口5o中，該軸向方向以雙箭頭示意地標示。該工具1然後相對於該模具5被一保持裝置18(它和該載入裝置16可部分地相同)例如藉由將該工件和該模具在軸向方向上將這兩者向著彼此壓擠而保持在一固定不動的位置，這典型地在該工件和該模具轉動之前和轉動期間 實施。

模具5(尤其是其內模具齒形部5z)、該工件1(尤其是其管狀區段3和其縱長軸線Z)及該模具固持器15的轉動軸線在該工具1的機械加工期間被該衝鍛工具2同軸地對齊。而且，工件1例如藉由該保持裝置18被可轉動地安裝而與該模具固持器15共同轉動。

因此，因為該工件1的該縱長軸線Z在機械加工期間和該可轉動的模具固持器15重合，所以為了簡化這些軸線在下文中皆被稱為縱長軸線Z或軸線Z。

該模具固持器15無須為了其本身的轉動而被直接轉動。例如，該保持裝置18亦可為了轉動而被驅動(例如，被直接驅動)，且該模具固持器15被可轉動地安裝且與該模具5和該工件1一起和該保持裝置18共同轉動。

該轉動係以一與該衝鍛工具2的該徑向的擺盪運動同步之暫時改變的轉動速度來實施。

如圖所示，該工具固持器12可包含一柄，其被驅動以實施擺盪運動，用來產生該衝鍛工具2的擺盪運動。以此方式，該衝鍛工具2重復地，通常是周期性地與該工件嚙合。該工件1本身以一改變的轉動速度被繞著該軸線Z轉動，尤其是被間歇性地轉動(在圖1中以虛線圓箭頭表示)。該工具固持器12的該擺盪運動(其相當於該衝鍛工具2的擺盪運動)和該工件1的轉動同步，使得該衝鍛工具2在最小工件轉動速度階段(即，在間歇性件轉動的例子中：該工件的間歇性轉動時停頓的階段)與該工件1嚙合。 在間歇性件轉動的例子中，一但該工具固持器12被移位夠遠時，該工件1可被進一步轉動(典型地被轉動一齒距(pitch))，使得沒有衝鍛工具在該工件轉動期間與該工件1接觸。在給定一非間歇性的工件轉動下，該速度曲線(該轉動速度的暫時改變)將相應地加以選擇。

之後--在間歇性轉動例子中的下一個停頓階段內--該衝鍛工具2再次嚙合至該工件1中，以進行該待製造的齒形部的下一個齒隙的進一步形成，等等。該等齒形部因而以冷再成形的方式藉由連續地實施數個衝鍛步驟而被製造。

以衝鍛再成形處理藉由該衝鍛工具2施加在該薄壁式工件1上的力大到使得該管狀區段3的不想要的變形會在沒有預防措施下發生。該管狀區段3會形成一卵形或橢圓形截面而不是維持該管狀區段3的基本圓形截面並且導致齒形部的精確性不足，這是所極不想要的。該管狀區段3的一所不想要的錐度(conicity)亦會形成，使得它的直徑將會在一沿著該縱長軸線的方向上增加。

因此之故，該工件(在其機械加工期間)包含至少一穩定區段。在圖1的例子中，該工件1有一被朝內(朝向該縱長軸線)導向的穩定區段4及一被朝外(背向該縱長軸線)導向的穩定區段4’，這兩個穩定區段的每一者連接至該管狀區段3的一端。穩定區段4,4’形成該工件1的軸環且與該管狀區段3一體地形成(且因而形成一單一部件)。

因為穩定區段4,4’在該徑向上的延伸，所以穩定區段4,4’提供一形狀穩定性，使得該等變形可被防止或至少被減小至可接受的程度。

該薄壁式工件1用該被描述的方式藉由該衝鍛工具而被形成為該模具5的內模具齒形部5z，其係用來將內及外齒形部同步形成在該管狀區段3內。這被示於圖2a，2b中。

圖2a是以一垂直於該縱長軸線的剖面來顯示該方法在第一次衝鍛工具嚙合到該工件1內之前的示意圖；及圖2b是在同一步驟中該方法在一衝鍛工具嚙合期間完成該中空輪1a時的示意圖。

該不動的未被齒形加工的工件1在該第一衝鍛工具嚙合(圖2a)之前係位在該模具5的該開口5o中。該內模具齒形部的齒尖5a、齒根5b及齒腹5f被示於圖2a中。該衝鍛工具2的許多鎚擊嚙合是在每一周邊部分發生，該模具齒形部的齒隙係被設置在這些周邊部分，且在這之後該內齒形部和該外齒形部即被完成。圖2b顯示在該衝鍛工具2的一最後的再成形嚙合之後現已是一有齒的中空輪1a的該工件。

圖2a，2b中粗的虛線標示徑向，用來將該工件再成形的該衝鍛工具2的周期性直線運動係沿著該徑向行進。

圖2b中細的虛線標示該內齒形部的齒根直徑或齒尖直徑。圖2b中的雙箭頭標示該內齒形部的齒形部深 度t6。在圖2a，2b的實施例中，該未齒形加工的管狀區段3(圖2a)的材料厚度D約為該內齒形部的齒形部深度t6的0.4倍。

該衝鍛工具2包含一作用區2w其具有一工具頭2k和兩個工具齒腹2f。該作用區2w具有一形狀，其為該待製造的內齒形部的齒隙的形狀的負像(negative)(圖2b)。此外，該衝鍛工具2包含兩個校正區2x，該內齒形部的齒尖6a(圖2b)係藉由此二校正區而被成形，例如吾人可想到的是，一校正區2x的一區段的形狀是該內齒形部的齒尖6a的一區段的形狀的負像。

該等工具齒腹2f具有該內齒形部2的齒腹6f的負像的形狀，且工具頭2k具有該內齒形部的齒根6b的負像的形狀(圖2b)。

雖然該內齒形部的形狀主要是由該衝鍛工具2的形狀來界定，但該外齒形部的形狀卻主要是由該模具齒形部的形狀來界定。

該模具齒形部的齒尖5a的形狀對應於待製造的該外齒形部的齒根7b的形狀的負像。而且，該模具齒形部的齒腹5f的形狀對應於該外齒形部的齒腹7f的形狀的負像。然而，該外齒形部的齒尖7a的形狀是由自由材料流來決定。一距離被保持在該外齒形部的齒尖7a和該模具齒形部的齒根5b之間。該模具齒形部的齒腹5f只有一個區段與該工件接觸並因而決定該外齒形部的齒腹7f的形狀。

將該未被齒形加工的第一管狀區段3鎚擊成 形為模具齒形部係發生在那些分佈於該管狀區段3的周邊的位置處，該等位置是模具齒形部的齒隙所在的位置，因而是外齒形部的齒以及該內齒形部的齒隙所在(升起)的位置。例如，在工件1在該內模具齒形部5z的一個齒隙處被再一次機械工之前，當該工件1位在該內模具齒形部5z的每一齒隙中時即可被該衝鍛工具2機械加工(因而精確地接受到一次徑向鎚擊衝擊且被此鎚擊衝擊再成形處理)。

該內齒形部的製造係和該外齒形部的製造同時發生。

對於內齒形部而言及對於外齒形部而言以及對於模具齒形部而言的齒的數目和齒隙的數目是相同的。而且，該內齒形部的齒根6b係位在沿著該管狀區段的周邊和該外齒形部的齒尖7a相同的位置。而且，該內齒形部的齒尖6a因而位在沿著該管狀區段3的周邊和該外齒形部的齒根7b相同的位置。

施加一第二衝鍛工具亦是可能的。它(至少是關於它的作用區和校正區)可具有和另一衝鍛工具相同的形狀。

在各個鎚擊機械加工步驟之間，該衝鍛工具再次與該工件被徑向相隔開。

在此處被描述的該方法中，沒有發生該衝鍛工具在該工件上的輥軋，這和一些用來形塑工件輪廓(profiling)之被稱為碾軋(rolling-off)的方法相反。而且，該工具亦不是永久地接觸該工件，而是一直都是只用一沒 有接觸及沒有再成形處理發生的後續階段與之短暫地接觸。而且，該工具沒有多個分佈在其周邊上的齒，而是如所示地只有一齒狀作用區或這最多兩個齒狀作用區(未示出)。

圖3a以一穿過該縱長軸線Z的剖面顯示一具有兩個被朝向該縱長軸線Z導向的穩定區段4,4’的工件1。穩定區段4,4’的每一者形成一軸環，其在其它實施例中亦是如此。被描述於下文中的特徵亦可適用於個別的軸環。

圖3b以一穿過該縱長軸線Z的剖面顯示一工件1，其具有一被朝向該縱長軸線導向的穩定區段4’以及一被背向該縱長軸線導向的穩定區段4。

示於圖3a，3b中的該等穩定區段每一者都形成工件1的環狀端面4f。然而，該端面4f的開口角度並不一定要如圖1，3a及3b所示的為90度。然而，一具有極小的沿著該縱長軸線Z延伸的高度形狀穩定度可在90度被達成。

圖3c以一穿過該縱長軸線的剖面顯示另一轉動對稱的工件1的細節，該工件具有一被朝向該縱長軸線Z導向的穩定區段4’以及一被背向該縱長軸線Z導向的穩定區段4，其中該穩定區段4具有一約45度的開口角度。該工件1的直徑隨著離該管狀區段3的距離增加而變大。形成該穩定區段4的該端面4f是一轉動對稱的截頭圓錐形狀。

然而，在被顯示的包含該縱長軸線Z的剖面中並不一定要呈現一條直線；亦可以是其它形狀。圖3d顯 示一個例子。

圖3d以一穿過該縱長軸線Z的剖面顯示一已被再成形為一有齒的中空輪1a的工件1的細節，其具有一被朝向該縱長軸線Z導向的穩定區段4’以及一被背向該縱長軸線導向的穩定區段4。該穩定區段4具有一帶有彎曲的圓錐壁的漏斗形狀。

在圖3d中，該外齒形部的齒尖7a和該內齒形部的齒尖6a在圖3d中被示出(即使是它們沒有精確地位在同一剖面平面內)，其與穩定區段4,4’的形狀無關。該有齒的部分的長度可被看出來；它不需要延伸在該管狀區段3的全部長度上。

圖3d亦顯示出該穩定區段4的一具有轉動對稱的部分所具有之到該縱長軸線Z的一最大距離d4，它在此處被假設對應於該穩定區段4的外徑的一半，它大於該外齒形部的齒尖直徑的一半k7。

而且，圖3d亦顯示出該穩定區段的一具有轉動對稱的部分所具有之到該縱長軸線Z的一最小距離d4’，它在此處被假設對應於該穩定區段4’的內徑的一半，它小於該內齒形部的齒尖6a所具有之到該該縱長軸線Z的最小距離k6，因此它小於該內齒形部的齒尖直徑的一半k6。

典型地，該一或兩個穩定區段通常是沒有被形成齒(沒有齒)；至少它們沒有將被產生的內齒形部以及沒有將被產生的外齒形部。

圖4以一穿過該外齒形部的齒尖7a的剖面來 顯示一中空輪1a的細節，用來顯示一外剩餘的齒形部45a，該剖面穿過該縱長軸線Z。此一外剩餘的齒形部45a因為該被選擇的冷再成形製造方法、因為該模具齒形部的齒隙內不只在徑向上而且在軸向上的自由材料流而形成。

在此實施例中，關於該穩定區段4亦可以用其它方式被朝內導向而不是朝外導向，有一介於該管狀區段3和該穩定區段4之間的過渡區45。在該過渡區中有一具有齒尖45的外剩餘的齒形部，該外剩餘的齒形部連接至該外齒形部且在該外剩餘的齒形部中該剩餘的齒形部的齒形部深度緩慢地減小，尤其是從該齒形部的齒形部深度t7減小至零。該齒形部深度的減小的角度例如可如上文所描述地被界定：該剩餘的齒形部具有該外齒形部的齒形部深度t7的90%或只有該外齒形部的齒形部深度t7的10%的齒形部深度的位置點在圖4中是該等點線以90度改變方向的位置點。粗的點線和該縱長軸線Z形成的角度與一條通過該兩個被提到的點的直線相同的角度，但該角度為了更好的整體外觀的目的而沒有被畫出來。在圖4中該角度約20度。

在圖4中，與此無關地，亦被顯示的是，該過渡區45(其以其它方式界定一沿著該縱長軸線Z延伸的區域)可包含一沒有齒的區段及/或一沒有被該衝鍛工具2機械加工的區域。

如上文中提到的，其它結構(其為製造方法的特徵)亦形成在內剩餘的齒形部被產生的一過渡區45內靠近一穩定區段，例如因為一比該內齒形部的長度長的衝 鍛工具被用來製造該內及外齒形部。圖5及6顯示個別的例子。

圖5以一穿過該內齒形部的齒根6b的剖面顯示一已被在成形成為有齒的中空輪1a的工件1的細節，其具有一被背向該縱長軸線Z的穩定區段4用以展示一帶有圓緣45的內剩餘的齒形部，該剖面穿過該縱長軸線Z。該剖面因而亦穿過該內剩餘的齒形部的齒根45b。一圓緣45w形成在該內齒形部的每一齒根6b處。它可如圖5所示軸向地突伸出。

圖6以一穿過該內齒形部的齒尖45i的剖面顯示一已被在成形成為有齒的中空輪1a的工件1的細節，其具有一被背向該縱長軸線Z的穩定區段4用以展示一內剩餘的齒形部，該剖面穿過該縱長軸線Z。該剖面因而亦穿過該內剩餘的齒形部的齒冠45i。如圖6中顯而易見的，該內剩餘的齒形部具有一齒尖直徑，它小於該內齒形部的齒尖直徑。特別是，該內剩餘的齒形部的最小的齒尖直徑小於該內齒形部的齒間直徑。該內齒形部的最小齒尖直徑的一半在圖6中被標示為k45，且該內齒形部的齒尖直徑的一半被標示為k6。

因為該等被描述的中空輪是薄壁式，所以它們在承載下傾向於會遭受彈性變形。因此，為了良好的前進行為而提供該形部的一縱長的凸起(crowning)是適當的。在此方式中，邊緣支撐件可被避免掉。這可藉由該衝鍛工具2的適當設計來達成。

圖7顯示以一垂直於該工具頭2k的航道的剖面(因而用和圖2a，2b相同的方式)來顯示衝鍛工具2的細節。

圖7b以一沿著圖7a的虛線穿過該工具齒腹2f的平行於該工具頭2k的航道的剖面來顯示圖7a的衝鍛工具2的細節。該衝鍛工具2凹度可在圖7b中被看出來，該縱長的凸起可藉由該凹度被產生。然而這是以誇大的方式被顯示在圖7b中。該等工具齒腹2f因為它們的凹度被設計來形成該內齒形部的該縱長的凸起。

圖8a至8c例示一正齒輪齒形部、一螺旋指形部及一人字形齒形部。所有這些以及其它齒形部可用上文所描述的方法來製造。寬的空白線條代表內齒形部的齒冠6a的位置。虛線對應於一軸線Z’，其平行於該縱長軸線Z延伸。該代表圖式可概念上被理解為切開該中空輪，然後用一朝下指向的外齒形部在一平面按壓它(平的按壓)。

在圖8b中β標示的是該螺旋齒形部的螺旋角。

圖9顯示一行星齒輪20的圖式，其具有一太陽輪22、三個行星輪24和一個描述於本文中的類型的中空輪1a。輪22，24，1a的各別的外齒形部係以粗線來表示。在外側的細的圓形線例示該中空輪1a的外齒形部7。穩定區段在圖9中未示出。

圖10以一垂直於該縱長軸線Z的剖面例示一中空輪構件10，其包含中空輪1a，其在圖10中以一誇大的 薄壁式方式被顯示且沒有穩定區段、以及本體11，其被絕對無疑地(positively)連接至該中空輪。例如，該本體11可以是塑膠。該本體11可例如被模製到該中空輪1a上，更明確地被模製到其外齒形部上。

新類型的中空輪、構件及齒輪可用被描述的方式被產生，尤其是適用於輕量構造者。各種內齒圓筒形齒形部可經濟地且高精密度地被製造。該至少一被朝內或朝外導向的軸環允許在製造期間的形狀穩定性，此穩定性對於高精密度的齒形部是必要的。

1:工件

2:衝鍛工具

3:管狀區段

4:被朝內導向的穩定區段

4’:被朝外導向的穩定區段

5:模具

5o:管狀開口

5z:內模具齒形部

8:被驅動的車頭

12:工具固持器

15:模具固持器

16:載入裝置

18:保持裝置

Z:縱長軸線

Claims (26)

1. 一種用於製造中空輪的方法，該中空輪包含一內齒形部和一外齒形部，其中該內齒形部是一齒輪齒形部，其中一工件被至少一衝鍛工具機械加工，其中該工件包含一具有縱長軸線的管狀區段以及至少一連接至該管狀區段的第一穩定區段，用於該至少一衝段工具實施的該機械加工期間的該管狀區段的形狀穩定，其中一模具被提供來容納該管狀區段，該模具包含一管狀開口，一內模具齒形部被設置在該管狀開口內，且該管狀區段被插入該管狀開口內，且當該工件用一暫時改變的轉動速度實施一繞著該縱長軸線的轉動運動且該至少一衝鍛工具實施與該轉動運動同步的徑向擺盪運動時，該工件被插入到該管狀開口內的該管狀區段的內側接著被該至少一衝段工具機械加工以同步產生該內齒形部和外齒形部，使得該至少一衝鍛工具藉由對該管狀區段的重復的鎚擊式機械加工來將該管狀區段形成為用於製造該外齒形部的內模具齒形部並同步製造該內齒形部，其中徑向一詞係指垂直於該縱長軸線的方向。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該管狀區段插入到該管狀開口內之前，該工件在該管狀區段中的材料厚度小於2倍的該內齒形部的齒形部深度。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該管狀區段插 入到該管狀開口內之前，該工件在該管狀區段中的材料厚度小於1.5倍的該內齒形部的齒形部深度。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一衝鍛工具包含一作用區，其包含一工具頭和兩個與該工具頭鄰接的工具齒腹。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該作用區具有一形狀，其為該內齒形部的齒隙的形狀的負像(negative)。
6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該等工具齒腹被塑形成使得該內齒形部具有一縱長的凸起(crowning)。
7. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該至少一衝鍛工具包含兩個校正區，其分別與兩個工具齒腹的一者鄰接且具有一形狀，其為該內齒形部的齒尖區段的形狀的負像。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一穩定區段形成該中空輪的一沒有齒的軸環，該軸環與該管狀區段一起形成單一部件且被朝向該縱長軸線導向或被背向該縱長軸線導向。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一穩定區段具有一到該縱長軸線的最大距離，它 比該管狀區段具有之到該縱長軸線的最大距離大了至少0.25倍的該內齒形部的齒形部深度；或該第一穩定區段具有一到該縱長軸線的最小距離，它比該管狀區段具有之到該縱長軸線的最小距離小了至少0.25倍的該內齒形部的齒形部深度。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該第一穩定區段具有一外徑，它比該管狀區段的外徑大了至少0.5倍的該內齒形部的齒形部深度；或該第一穩定區段具有一內徑，它比該管狀區段的內徑小了至少0.5倍的該內齒形部的齒形部深度。
11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一穩定區段形成該中空輪的一周邊的端面，其相對於該管狀區段成一角度。
12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該第一穩定區段界定一環形狀或一轉動對稱的截頭圓錐殼形狀。
13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該工件包含一第二穩定區段及其中該兩個穩定區段的至少一者被朝向該縱長軸線導向。
14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該第二穩定區段具有的一到該縱長軸線的最小距離小於該內齒形部的齒冠到該縱長軸線的最小距離。
15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該內齒形部被設計成一全深度齒形部，其具有一大於2.0倍的該內齒形部的法向模數的齒形部深度。
16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該內齒形部被設計成一全深度齒形部，其具有一至少是該內齒形部的法向模數的2.4倍的齒形部深度。
17. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該外齒形部的齒形部深度小於該模具齒形部的齒形部深度且小於該內齒形部的齒形部深度。
18. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該內齒形部是正齒輪齒形部或螺旋齒形部或人字形齒形部。
19. 一種用於製造行星齒輪的方法，包含用如申請專利範圍第1至18項中任一項的方法來製造一中空輪，並進一步包含提供至少一被外部地形成齒的大齒輪並將該大齒輪插置到該中空輪內。
20. 一種用於製造中空輪的設備，該中空輪包含一內齒形部和一外齒形部，其中該內齒形部是一齒輪齒形部，該設備包含：一用來容納一工件的管狀區段的模具，包含管狀開口，一內模具齒形部被形成在該管狀開口內；一可繞著一縱長軸線轉動的模具固持器，用來以一種使得被容納在該模具內的一工件的一管狀區段的內側可被機械加工的方式固持該模具；一用於該模具固持器的轉動的轉動驅動器，該轉動驅動器被設計來以一暫時改變的轉動速度來產生轉動；一用來固持至少一衝鍛工具的工具固持器，該工具固持器係可被驅動進入一垂直於該縱長軸線行進的擺盪運動，使得該管狀區段的內側可被該至少一衝鍛工具重復地機械加工；一同步裝置，用於該模具固持器被該轉動裝驅動器產生的轉動與該工具固持器垂直於該縱長軸線行進的擺盪運動的同步化。
21. 如申請專利範圍第20項之設備，其中用於該模具固持器的轉動的該轉動驅動器是被設計來產生間歇性轉動。
22. 如申請專利範圍第20項之設備，其中該工具固持器係可被驅動進入一垂直於該縱長軸線行進的擺盪運動，使得 該管狀區段的內側可被該至少一衝鍛工具周期性地機械加工。
23. 如申請專利範圍第20項之設備，包含一載入裝置，用來把一將被容納於該模具內的工件的一管狀區段插置到該模具的該管狀開口內、包含用於進一步驅動該工件和該模具的相對運動，該相對運動係平行於該縱長軸線行進。
24. 如申請專利範圍第20項之設備，包含一保持裝置，用於固定被容納在該模具中的工件在該模具固持器的該轉動期間的一相對於該模具位置。
25. 如申請專利範圍第24項之設備，其中一壓擠壓力被該保持裝置產生，該工件和該模具藉由該壓力而在沿著該縱長軸線的方向上被按壓在彼此上。
26. 一種申請專利範圍第20至25項中任一項的設備用來在一工件的管狀區段內同時產生內齒形部和外齒形部的用途，其中該內齒形部是齒輪齒形部。

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