DE10317506B4

DE10317506B4 - Verfahren zum Herstellen eines hohlen Werkstücks und nach dem Verfahren hergestelltes hohles Werkstück

Info

Publication number: DE10317506B4
Application number: DE2003117506
Authority: DE
Inventors: Cornelius Dipl.-Ing. Hentrich; Michael Dipl.-Ing. Voit
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: DE10317506C5; DE10317506A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines hohlen Werkstücks (1), welches innen und außen gerade oder schräg zu einer Werkstückachse (2) verlaufend profiliert ist, durch Kaltumformen nach der Grob-Methode, wobei ein ebener und im wesentlichen kreisförmiger Rohling (3) und ein einem Innenprofil entsprechender Dorn (4) einen Werkstückvorschub (14) erhalten, bei welchem sie entlang der Werkstückachse (2) verschoben und um die Werkstückachse (2) gedreht werden, während man von außen mit der wenigstens einen in einem umlaufenden Walzenkopf antreibbar drehbar gelagerten Drückwalze (5) in auf den Werkstückvorschub (14) abgestimmter Folge, im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufendem Sinne, sich teilweise überdeckende Walzvorgänge auf einer durch den Werkstückvorschub (14) bestimmten schraubenlinienförmigen Zone ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohling (3) ein im Wesentlichen kreisförmiges Sandwichelement (6) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Werkstücks, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein hohles Werkstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Aus der DE 43 15 503 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Werkstücks bekannt, welches innen und außen gerade oder schräg zu einer Werkstückachse verlaufend profiliert ist. Hierbei wird nach der Grob-Methode verfahren, bei welcher ein ebener und im wesentlichen kreisförmiger Rohling und ein einem Innenprofil entsprechender Dorn einen Werkstückvorschub erhalten und entlang der Werkstückachse verschoben und um die Werkstückachse gedreht werden, während man von außen mit der wenigstens einen in einem umlaufenden Walzenkopf antreibbar drehbar gelagerten Drückwalze in auf den Werkstückvorschub abgestimmter Folge, im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufendem Sinne, sich teilweise überdeckende Walzvorgänge auf einer durch den Werkstückvorschub bestimmten schraubenlinienförmigen Zone ausführt, und aus einem Rohling das wenigstens innen profilierte hohle Werkstück direkt in einem Arbeitsgang durch Kaltumformung geformt. Als Rohling wird dazu eine einstückig ausgebildete, flache oder tellerförmige Ronde geeigneten Durchmessers eingesetzt.

Aus der DE 43 21 779 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines blechernen Starterkranz-Zahnrads bekannt. Das Zahnrad weist eine Außenverzahnung auf, welche an einem Mantel ausgebildet ist, welcher einstückig mit dem Radflansch verbunden ist. Das Zahnrad ist dabei aus Blech ausgebildet und wird durch Kaltumformen nach der Grob-Methode hergestellt. Dabei erhält man das Starterkranz-Zahnrad aus einem noch ungezahnten, im Durchmesser etwas kleineren aber sonst ähnlich dem fertigen Starterkranz-Zahnrad ausgebildeten Rohling. Diesen Rohling formt man kalt nach der Grob-Methode um, wobei man keinen gezahnten Dorn verwendet, sondern einen mehr oder weniger zylindrischen Dorn. Die dünnste Wandstärke des Mantels befindet sich dabei nicht im Bereich der Zahnflanken, sondern zwischen dem Fußkreis und der Innenfläche des Mantels. Hierdurch wird erreicht, dass man das Starterkranz-Zahnrad auf ähnliche Weise herstellen kann, wie beim Walzen ins Volle (also wie beim Walzen einer Außenverzahnung an einem vollen Werkstück). Das beschriebene Verfahren ermöglicht jedoch lediglich die Herstellung eines Zahnrades mit einer Außenverzahnung.

Aus der DE 195 06 391 A1 sind ein Verfahren und ein Werkzeug zur Blechumformung bekannt. Das Werkzeug weist ein Werkzeugunterteil und ein relativ dazu bewegliches Werkzeugoberteil auf, welche zur Umformung des Formteils zusammenwirken und wobei Formrollen an bzw. in dem Werkzeugunterteil drehbar angebracht sind. Das Werkzeugoberteil wirkt beim Zusammenfahren der Werkzeughälften als Stempel. Mit dem Werkzeug können Blechteile in einem Arbeitsgang auf einer Presse mit einem zahn- oder wellenförmigen Profil versehen werden. Durch die Formrollen wird das Formteil spanlos umgeformt und je nach Ausgestaltung der einzelnen Formrollen können am Formteil unterschiedliche Zahn- oder Wellenformen ausgebildet werden. Als Rohling wird hierbei ein bereits vorgeformtes Blechteil eingesetzt, weiches in dem beschriebenen Verfahrensgang lediglich eine Verzahnung erhält.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein hohles Werkstück eine verbesserte Ausführungsform bei einfacher Herstellbarkeit anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Rohling, welcher im Wesentlichen als ebenes, kreisförmiges Sandwichelement ausgebildet ist, durch Kaltumformen nach der Grob-Methode in einem Arbeitsgang zu einem hohlen Werkstück umzuformen, welches innen und außen gerade oder schräg zu einer Werkstückachse verlaufend profiliert ist. Das so hergestellte Werkstück besitzt einen doppelwandigen Mantel sowie einen doppelwandigen Boden, was für bestimmte Anwendungen von Vorteil ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine effektive Kombination aus Drückwalzen und Kaltwalzen der Verzahnung auf einer Maschine und in einem Arbeitsgang erreicht. Dazu wird der Rohling zunächst mit dem Walzdorn axial gespannt und durch Verschieben entlang der Werkstückachse zunächst eine Napfform gefertigt und anschließend die Verzahnung eingewalzt. Das bisher erforderliche getrennte Herstellen von zumindest zwei einzelnen Werkstücken und das spätere Zusammenfügen dieser beiden entfallen durch den Einsatz des Sandwichelements, wodurch Kosten und Zeit gespart werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Sandwichelement zumindest zwei parallele Blechronden auf, wobei zwischen den beiden Blechronden eine Dämpfungsschicht angeordnet sein kann. Gunstigerweise ist die Dämpfungsschicht als Kunststoffschicht, insbesondere als Elastomerschicht, ausgebildet. Durch die zwischen den beiden Blechronden liegende Dämpfungsschicht können im fertigen Werkstück Schwingungen und/oder Geräusche (z.B. Motorgeräusche) während des Betriebs gedämpft werden, wodurch sich insgesamt ein laufruhiger und material schonender Betrieb ergibt. Gleichzeitig wird eine besonders leichte Bauweise erreicht.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, zumindest eine der beiden Blechronden zu beschichten und die Beschichtung als Klebe- und/oder Dämpfungsschicht auszubilden, wobei die beiden Blechronden über die dazwischen liegende Klebe- und/oder Dämpfungsschicht miteinander verbunden sind. Durch die Beschichtung zumindest einer der beiden Blechronden kann die Fixierung der beiden Schichten aneinander erleichtert und dadurch der Herstellungsprozess des hohlen Werkstücks vereinfacht werden. Gleichzeitig erlaubt die fixierte Lage der beiden Blechronden zueinander eine Steigerung der Präzision während des Herstellungsprozesses.

Gemäß einer besonders bevorzugten Verwendungsform wird das hohle Werkstück koaxial in ein Rad eingesetzt, das eine zum Außenprofil des hohlen Werkstücks komplementäre Aufnahme enthält. Das Rad kann als Kettenrad oder als Zahnrad oder als ein ein Kraftübertragungsmittel führendes Rad ausgebildet sein. Das durch die Erfindung fertigungstechnisch vereinfacht und kostengünstiger herzustellende hohle Werkstück bildet somit ein zentrales Bauteil für die Anbringung von Rädern nahezu jeglicher Art auf einer entsprechend drehbar gelagerten Achse und gewährleistet dadurch einen schwingungsgedämpften, leiseren und materialschonenderen Betrieb.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in den nachfolgenden Beschreibungen näher erläutert, wobei sich Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen:
1 eine Fertigungsfolge des erfindungsgemäßen hohlen Werkstücks,
2 ein erfindungsgemäßes hohles Werkstück,
3 ein erfindungsgemäßes hohles Werkstück in einem Rad,
4 einen Detailausschnitt X aus 2.
Entsprechend 1 ist ein Verfahrensablauf mit insgesamt vier Verfahrensschritten A, B, C, D zum Herstellen eines hohlen Werkstücks 1, welches innen und außen gerade oder schräg zu einer Werkstückachse 2 verlaufend profiliert ist, gezeigt. Das Herstellen des hohlen Werkstücks 1 geschieht durch Kaltumformen nach der Grob-Methode. Im ersten Verfahrensschritt A wird ein ebener und im wesentlichen kreisförmiger Rohling 3, welcher erfindungsgemäß als ein im wesentlichen kreisförmiges Sandwichelement 6 ausgebildet ist, auf einem Dorn 4 fixiert, welcher als Außenprofil ein späteres Innenprofil des hohlen Werkstücks 1 aufweist.
In den weiteren Verfahrensschritten B, C und D erhält der Dorn 4 samt dem Rohling 3 einen Werkstückvorschub 14, bei welchem Dorn 4 und Rohling 3 entlang der Werkstückachse 2 verschoben und um die Werkstückachse 2 gedreht werden. Im Verfahrensschritt B wird zunächst durch die mindestens eine in einem umlaufenden Walzenkopf antreibbar drehbar gelagerte Drückwalze 5 aus dem ehemalig ebenen Rohling 3 durch Umbiegen eines umfangsäußeren Bereichs des Rohlings 3 eine Napfform hergestellt. In auf den Werkstückvorschub 14 abgestimmter Folge und im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufendem Sinne wird im Verfahrensschritt C über sich teilweise überdeckende Walzenvorgänge auf einer durch den Werkstückvorschub 14 bestimmten schraubenlinienförmigen Zone eine Profilierung 15 in das hohle Werkstück 1 eingewalzt.
Im letzten Verfahrensschritt D wird das nun fertig gewalzte und profilierte hohle Werkstück 1 ausgeworfen. Prinzipiell ist auch denkbar, dass die beiden Blechronden 7 bzw. eine zwischen den die beiden Blechronden 7 liegende Dämpfungsschicht 8, durch Fügen, insbesondere durch Druckfügen, in einem Bodenbereich 9 des hohlen Werkstücks 1 miteinander verbunden werden. Dies kann beispielsweise beim Fertigen der Napfform durch einen Zieh- und/oder Fügevorgang geschehen (Verfahrensschritt B) oder kurz vor dem Auswurf, indem das hohle Werkstück 1 gegen einen nicht dargestellten Stempel gepresst wird.
Durch die Ausbildung des Rohlings 3 als Sandwichelement 6, welches zumindest zwei parallele Blechronden 7 bzw. eine zwischen den beiden Blechronden 7 liegende Dämpfungsschicht 8 aufweist (vgl. 3 und 4), ist es möglich, mit dem an sich bekannten Grob-Verfahren ein schwingungsgedämpftes hohles Werkstück 1 in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen, wodurch Zeit und Kosten eingespart werden können. Dabei ist es prinzipiell möglich, dass die Dämpfungsschicht 8 als Kunststoffschicht, insbesondere als Elastomerschicht, als Gummischicht oder als aus einem metallischen Werkstoff ausgebildete Dämpfungsschicht ausgebildet ist.
Die schwingungsdämpfende Wirkung des hohlen Werkstücks 1 kann beispielsweise auch dadurch erreicht werden, dass zumindest einer der Blechronden 7 beschichtet ist und dass die Beschichtung als Klebe- und/oder Dämpfungsschicht 8 ausgebildet ist und dass die beiden Blechronden 7 über die dazwischen liegende Klebe- und/oder Dämpfungsschicht 8 miteinander verbunden sind. Generell ist es auch möglich, das hohle Werkstück 1 mit nur zwei Blechronden 7 auszubilden, wobei die Dämpfungsfunktion von einer zwischen den beiden Blechronden 7 liegenden Luftschicht übernommen wird. In diesem Fall kann der Fügevorgang beispielsweise durch eine Wärmebehandlung erfolgen.
Gemäß 3 wird das hohle Werkstück 1 koaxial in ein Rad 10 eingesetzt, das eine zum Außenprofil des hohlen Werkstücks 1 komplementäre Aufnahme 11 enthält. Das Rad 10 kann dabei als Ketten- oder als Zahn- oder als ein ein Kraftübertragungsmittel, z.B. einen Riemen, führendes Rad ausgebildet sein.
Entsprechend 3 und 4 weist das hohle Werkstück 1 zwei konzentrisch angeordnete Blechringe 12, 13 auf, die jeweils ein Innenprofil und ein Außenprofil aufweisen, wobei das Innenprofil des inneren Blechrings 12 das Innenprofil des hohlen Werkstücks 1 bildet, wogegen das Außenprofil des äußeren Blechrings 13 das Außenprofil des hohlen Werkstück 1 bildet. Generell sind beide Blechringe 12, 13 so ausgebildet, dass das Außenprofil des inneren Blechrings 12 formschlüssig in das Innenprofil des äußeren Blechrings 13 eingreift.
Aufgrund der Detailansicht in 4 ist deutlich zu erkennen, dass zwischen den Blechringen 12, 13 eine Dämpfungsschicht 8 angeordnet ist, welche beispielsweise als Kunststoffschicht, insbesondere als Elastomerschicht, oder als eine aus einem metallischen Werkstoff hergestellte Dämpfungsschicht oder als Luftschicht ausgebildet ist. Denkbar ist auch, dass zumindest einer der beiden Blechringe 12, 13 beschichtet ist und dass die Beschichtung als Klebe- und/oder Dämpfungsschicht 8 ausgebildet ist, wobei die beiden Blechringe 12, 13 über die dazwischen liegende Klebe- und/oder Dämpfungsschicht 8 miteinander verbunden sind.
Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich für schwingungsgedämpfte Räder, beispielsweise Zahnräder, die hohlen Werkstücke 1 nach der bekannten Grob-Methode in einem einzigen Arbeitsgang schnell und kostengünstig herstellen, wobei eine hohe Herstellungspräzision ohne technischen Mehraufwand erreicht werden und dadurch ein Werkstück 1 geschaffen werden kann, welches höchsten Ansprüchen genügt. Darüber hinaus wird eine verbesserte Reproduzierbarkeit bei hoher Maßhaltigkeit und Formtreue erreicht.
Zusammenfassend lassen sich die wesentlichen Merkmale der Erfindung wie folgt charakterisieren:
Die Erfindung ermöglicht es, einen Rohling 3, welcher im wesentlichen als ebenes, kreisförmiges Sandwichelement 6 ausgebildet ist, durch Kaltumformen nach der Grob-Methode in einem einzigen Arbeitsgang zu einem hohlen Werkstück 1 umzuformen, welches innen und außen gerade oder schräg zu einer Werkstückachse 2 verlaufend profiliert ist. Das getrennte Herstellen von zumindest zwei Blechringen 12, 13 und das spätere Zusammenfügen dieser beiden entfällt, wodurch Kosten und Zeit gespart werden können.
Zwischen den beiden Blechronden 7 kann eine Dämpfungsschicht 8 angeordnet sein, welche günstigerweise als Kunststoffschicht, insbesondere als Elastomerschicht, ausgebildet sein kann. Durch die zwischen den beiden Blechronden 7 liegende Dämpfungsschicht 8 können Schwingungen und/oder Geräusche während des Betriebs gedämpft werden, wodurch sich insgesamt ein laufruhiger und materialschonender Betrieb ergibt.
Das hohle Werkstück 1 kann koaxial in ein Rad 10 eingesetzt werden, das eine zum Außenprofil des hohlen Werkstücks 1 komplementäre Aufnahme 11 enthält, wobei das Rad 10 als Kettenrad oder als Zahnrad oder als ein ein Kraftübertragungsmittel führendes Rad ausgebildet sein kann.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines hohlen Werkstücks (1), welches innen und außen gerade oder schräg zu einer Werkstückachse (2) verlaufend profiliert ist, durch Kaltumformen nach der Grob-Methode, wobei ein ebener und im wesentlichen kreisförmiger Rohling (3) und ein einem Innenprofil entsprechender Dorn (4) einen Werkstückvorschub (14) erhalten, bei welchem sie entlang der Werkstückachse (2) verschoben und um die Werkstückachse (2) gedreht werden, während man von außen mit der wenigstens einen in einem umlaufenden Walzenkopf antreibbar drehbar gelagerten Drückwalze (5) in auf den Werkstückvorschub (14) abgestimmter Folge, im gleichen und hauptsächlich in Profillängsrichtung verlaufendem Sinne, sich teilweise überdeckende Walzvorgänge auf einer durch den Werkstückvorschub (14) bestimmten schraubenlinienförmigen Zone ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohling (3) ein im Wesentlichen kreisförmiges Sandwichelement (6) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwichelement (6) zumindest zwei parallele Blechronden (7) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwichelement (6) eine zwischen den beiden Blechronden (7) liegende Dämpfungsschicht (8) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (8) als Kunststoffschicht, insbesondere als Elastomerschicht, ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Blechronden (7) und die dazwischen liegende Dämpfungsschicht (8) durch Fügen, insbesondere durch Druckfügen, in einem Bodenbereich (9), miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der beiden Blechronden (7) beschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – dass die Beschichtung als Klebe- und/oder Dämpfungsschicht (8) ausgebildet ist und – dass die beiden Blechronden (7) über die dazwischen liegende Klebe- und/oder Dämpfungsschicht (8) miteinander verbunden sind.
Hohles Werkstück (1), welches innen und außen gerade oder schräg zu einer Werkstückachse (2) verlaufend profiliert ist, dadurch gekennzeichnet, – dass das hohle Werkstück (1) zwei konzentrisch angeordnete Blechringe (12, 13) aufweist, die jeweils ein Innenprofil und ein Außenprofil aufweisen – dass das Innenprofil des inneren Blechrings (12) das Innenprofil des hohlen Werkstücks (1) bildet, – dass das Außenprofil des äußeren Blechrings (13) das Außenprofil des hohlen Werkstücks (1) bildet, – dass das Außenprofil des inneren Blechrings (12) formschlüssig in das Innenprofil des äußeren Blechrings (13) eingreift.
Hohles Werkstück nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Blechringen (12, 13) eine Dämpfungsschicht (8) angeordnet ist.
Hohles Werkstück nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (8) als Kunststoffschicht, insbesondere als Elastomerschicht, ausgebildet ist.
Hohles Werkstück nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Blechringe (12, 13) und die dazwischen liegende Dämpfungsschicht (8) durch Fügen, insbesondere durch Druckfügen, in einem sich senkrecht zur Werkstückachse (2) erstreckenden Bodenbereich (9), miteinander verbunden sind.
Hohles Werkstück nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Blechringe (12, 13) beschichtet ist.
Hohles Werkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, – dass die Beschichtung als Klebe- und/oder Dämpfungsschicht (8) ausgebildet ist und – dass die beiden Blechringe (12, 13) über die dazwischen liegende Klebe- und/oder Dämpfungsschicht (8) miteinander verbunden sind.
Verwendung eines hohlen Werkstückes (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15 in einem Rad (10), wobei das hohle Werkstück (1) koaxial in das Rad (10) eingesetzt ist, das eine zum Außenprofil des hohlen Werkstücks (1) komplementäre Aufnahme (11) enthält.
Verwendung eines hohlen Werkstückes (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (10) als Kettenrad oder als Zahnrad oder als ein ein Kraftübertragungsmittel führendes Rad ausgebildet ist.