DE19629738C2 - Verfahren zum Herstellen rotationssymmetrischer Körper mit Nabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen rota­ tionssymmetrischer Körper mit Nabe gemäß dem Oberbegriff, des Anspruchs 1.

Rotationssymmetrische Körper mit Naben, beispielsweise Scheiben mit Naben, werden insbesondere im Maschinenbau und in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt. Bei Verwendung in Kupplungen, Getrieben und dergleichen können Verzahnungen vorgesehen sein, die im Nabenbereich, an den Stirnseiten oder an koaxialen Bereichen als Innen- oder Außenverzahnung ausgebildet sein können.

Bisher werden rotationssymmetrische Körper spanabhebend oder auch spanlos in Drückmaschinen unter Einwirkung von Drückwalzen oder Drückrollen hergestellt. Als Ausgangs­ körper werden Werkstücke eingesetzt, deren Nabenbereich vorgefertigt und bereits die beim Endprodukt vorgesehene Ausbildung aufweist. Naben werden auch durch Reibschweissen oder Löten vor der Endbearbeitung angebracht.

Aus der US 3,893,818 ist ein Verfahren zur Herstellung von rotationssymmetrischen Körpern, wie Riemen- und Kupp­ lungsscheiben bekannt, bei welchem als Ausgangskörper eine Ronde verwendet wird. Die Ronde wird zunächst einem bekann­ ten Wälz-Biegeprozeß unterworfen, um eine napfförmige Aus­ stülpung und nachfolgend eine zylindrische Ausformung zu bilden. Nach einem Stanzprozeß, bei welchem ein bogenför­ miger Endbereich der Ausformung entfernt wird, wird in einem Stauchprozeß die Wandstärke der Nabe erhöht und gleichzei­ tig ein ringförmiger Wulst zwischen der Nabe und dem radia­ len Bereich ausgebildet. Anschließend erfolgt durch radial zustellbare Drückrollen mit entsprechender Kontur eine Um­ formung des radialen Endbereichs mit Ausbildung einer V-förmigen Rille mit verstärkten Rillenwänden.

Die DE 41 15 423 A1 betrifft die Herstellung eines Dreh­ schwingungsdämpfers aus einer Ronde. Um eine Arbeitskammer mit einer Innen- und einer Außenwand auszubilden, wird die Ronde gespalten und beide Rondenabschnitte in eine Rich­ tung und parallel zueinander umgeformt. Ein Nabenbereich mit einer Innen-/Außenverzahnung kann nach diesem Verfahren nicht hergestellt werden.

In der Regel sind die Losgrößen bei Kupplungs- und Getrie­ bebauteilen begrenzt. Einer effizienten Fertigungstechnolo­ gie ohne eine aufwendige Lagerhaltung und zusätzliche Fer­ tigungsstufe zur Bereithaltung von Ausgangskörpern mit un­ terschiedlichen Nabenausbildungen kommt daher erhebliche Bedeutung zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von rotationssymmetrischen Körpern mit Naben zu schaffen, welches eine außerordentlich kostengünstige Fertigung und insbesondere in einem Arbeitsgang ermöglicht, wobei Nabenausbildungen entsprechend den jeweiligen Erfor­ dernissen und Kundenwünschen sowie in hoher Qualität und Präzision erreichbar sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige und vorteil­ hafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Figurenbeschreibung enthalten.

Grundgedanke der Erfindung ist es, die Nabenausbildung in den Umformprozeß zu integrieren und eine Nabe, welche eine Innen- und/oder Außenverzahnung aufweist, an einem rota­ tionssymmetrischen Körper durch Abspaltung und nachfolgende Drückumformung eines Bereiches eines Grund- oder Ausgangs­ körpers auszubilden.

Abspaltung und Drückumformung können mit einer Maschine, in einem Arbeitsgang und ohne Umspannen eines Grundkörpers durchgeführt werden. Die Vorteile sind neben einer hohen Präzision eine variable Fertigung, sichere Verbindung, niedrige Fertigungskosten und Einsparung von Lager- und Vorfertigungskosten.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Nabenausbildung in ihrer axialen Länge und Stärke und der radiale Abstand der Nabe zur Rotationsachse des Körpers den jeweiligen Anwende­ rerfordernissen angepaßt werden kann. Durch Einstellung der Spalttiefe, des Randabstandes, der Parameter der Drückrol­ len und weiterer Parameter des Umformverfahrens, bei dem ein abgespaltener Randbereich eines Ausgangskörpers aus seiner radialen Ausgangslage in eine konzentrische Anord­ nung flachgedrückt und mit einer Innen- und/oder Außenver­ zahnung versehen wird, können Körper mit einer einseitigen oder einer zweiseitigen, nach beiden Seiten achsparallel verlaufenden Nabe, welche als Doppelnabe bezeichnet werden kann, hergestellt werden.

Zweckmäßigerweise werden zur Ausbildung der rotationssymme­ trischen Körper mit Naben und insbesondere mit Doppelnaben Ronden als Grund- oder Ausgangskörper eingesetzt. Nach dem Einspannen einer Ronde zwischen dem Spannfutter einer Drückmaschine werden bei Doppelnaben mit einer ein- oder mehrteiligen Doppelspaltrolle Seitenbereiche von einem zen­ tralen Rondenbereich abgespalten und durch Drückrollen oder Drückwalzen, welche mit innenliegenden Drückfuttern zusam­ menwirken, zu einer achsparallelen bzw. konzentrischen An­ ordnung mit Innen- und /oder Außenverzahnung flachgedrückt.

Es ist besonders vorteilhaft, daß dieser Umformprozeß mit der Ausbildung einer Verzahnung im Nabenbereich verbunden werden kann. Nach einem Abspalten werden für die Ausbildung einer ein- oder auch beidseitigen Innenverzahnung Drück­ futter mit einer Außenverzahnung und Drückwalzen sowie für die Ausbildung einer Außenverzahnung Drückrollen mit Außen­ verzahnung und einem Drückdorn mit gezahnter Oberfläche eingesetzt.

In einer Ausbildung weist der rotationssymmetrische Körper mit einer durch Abspaltung und Umformung gebildeten Nabe einen äußeren Hohlzylinder auf, der konzentrisch zur Rota­ tionsachse verläuft, jedoch entgegengesetzt zur Nabe ge­ richtet ist.

Vorteilhafterweise kann bei der Herstellung eines rota­ tionssymmetrischen Körpers aus einer topfförmigen Vorform oder einem Vorzug dieser äußere Hohlzylinder bereits ausge­ bildet sein.

Wenn eine Ronde als Ausgangsform benutzt wird, ist es zweckmäßig, vor dem Spalt- und Umformprozeß zur Ausbildung einer Nabe einen äußeren Hohlzylinder mit einer Stauchrol­ le, welche eine entsprechende Außenkontur aufweist, auszu­ bilden. Nach dem Abspalten kann zunächst eine Außenverzah­ nung auf dem äußeren Hohlzylinder gebildet und danach die flachdrückende Umformung des abgespaltenen Randbereichs zur Nabe mit einer Innen- und/oder Außenverzahnung durchgeführt werden.

Ein Stauchprozeß des radialen äußeren Bereiches einer Ronde ist bei Doppelnabenausbildung vorteilhaft. Zum Beispiel kann ein sich beidseitig erstreckender äußerer Zylinder ge­ bildet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung weiter beschrieben; in dieser zeigen in einer stark schematisierten Darstellung:

Fig. 1 einen rotationssymmetrischen Körper mit Nabe und äußerem Hohlzylinder;

Fig. 2a bis 2e Verfahrensschritte zur Herstellung eines rota­ tionssymmetrischen Körpers aus einer Ronde;

Fig. 3a bis 3d Verfahrensschritte zur Herstellung eines rota­ tionssymmetrischen Körpers aus einer Vorform;

Fig. 4a bis 4d Verfahrensschritte zur Herstellung eines rota­ tionssymmetrischen Körpers aus einer alternativen Vorform und

Fig. 5a bis 5c Verfahrensschritte zur Herstellung eines rota­ tionssymmetrischen Körpers mit Doppelnabe aus einer Ronde.

Fig. 1 zeigt in einer schematisierten Darstellung ein Kupp­ lungsbauteil als Beispiel für einen rotationssymmetrischen Körper, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellt werden kann.

Der rotationssymmetrische Körper 2 weist eine Nabe 4 und einen äußeren Hohlzylinder 6 auf. Der Hohlzylinder 6 er­ streckt sich an einem äußeren radialen Rand 12 eines zen­ tralen Bereiches 10 des Körpers 2 und achsparallel zu einer Rotationsachse 8 des Körpers 2. Die Nabe 4, die sich entge­ gengesetzt zum äußeren Hohlzylinder 6 und nur in eine Richtung vom zentralen Bereich 10 weg erstreckt, soll als einseitige Narbe bezeichnet werden.

In diesem Ausführungsbeispiel weist der äußere Hohlzylinder 6 eine Außenverzahnung 16 und die Nabe 4 eine Innenverzah­ nung 14 auf. Die Verzahnungen 14, 16 werden entsprechend den Anwenderwünschen hergestellt. Beispielsweise kann die Außenverzahnung 16 als eine Evolventenverzahnung ausgebil­ det sein. Es ist dann der Einsatz eines entsprechenden Um­ formwerkzeuges in einer Drückmaschine, beispielsweise eine Drückrolle oder Drückwalze, mit einer definierten Außen­ verzahnung einzusetzen.

In den Fig. 2a bis 2d sind in einer stark schemati­ sierten Darstellung die Verfahrensschritte zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Körpers aus einer Ronde 20 als Grundkörper oder Ausgangskörper 5 gezeigt. In allen Figuren zu den Umformungsprozessen ist jeweils nur eine Hälfte ober­ halb einer Mittenbohrung 18 mit Rotationsachse 8 der rota­ tionssymmetrischen Körper 2 und ihrer Zwischenformen darge­ stellt.

Fig. 2a zeigt eine Ronde 20, die zwischen den Spannfut­ terhälften 21, 23 fest eingespannt und mit diesen um die Rotationsachse 8 drehbar ist. Mit Hilfe eines ersten Um­ formwerkzeuges 22 wird ein äußerer radialer Randbereich 12 der Ronde gemäß Fig. 2a nahezu rechtwinklig umgebogen und dabei gegebenenfalls auch angestaucht. Als Uniformwerkzeug 22 wird eine Anstauchrolle 32 mit einer Randprofilierung 34 und einer ebenen Stirnfläche 33 eingesetzt, die im Zusam­ menwirken mit den Spannfutterhälften 21, 23 zu einer nahezu rechtwinkligen Umformung des äußeren radialen Randbereiches 12 der Ronde 20 und zur Ausbildung eines äußeren Hohlzylin­ ders 6 führt.

Nach diesem stauchenden Uniformprozeß wird mit Hilfe eines Schneidwerkzeuges, beispielsweise mit einer Spaltrolle 36, ein Seiten- oder Randbereich 9 der Ronde 20 abgespalten. Für diesen Verfahrensschritt ist es lediglich erforderlich, das Spannfutter 23 entsprechend der gewünschten Spalttiefe zu positionieren oder einen entsprechend angeordneten Ronden­ gegenhalter (nicht dargestellt) zu verwenden (Fig. 2c).

Fig. 2d zeigt den abgespaltenen Randbereich 9, der koplanar zur Ronde 20 bzw. zu dem verbliebenen zentralen Ronden­ bereich 10 verläuft und abgewinkelt aus der Rondenebene heraussteht. In dieser Phase ist es zweckmäßig, an dem äußeren Hohlzylinder 6 eine Außenverzahnung auszubilden, falls diese bei dem herzustellenden rotationssymetrischen Körper 2 vorgesehen ist. Als Uniformwerkzeug 22 kann eine Profilierrolle 42 verwendet werden, die mit einer Spann­ futterhälfte 21 zusammenwirkt. Die Profilierrolle 42 ist an ihrer Stirnseite mit einer Außenverzahnung 43 versehen, die komplementär zu der auszubildenden Außenverzahnung 16 des äußeren Hohlzylinders 6 ausgebildet ist.

Die Endumformung des abgespaltenen Randbereiches 9 zu einer flachgedrückten, konzentrisch angeordneten Nabe 4 kann mit einer Drückrolle 26 vorgenommen werden. Um eine in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene Innenverzahnung 14 der Nabe 4 zu erreichen, wirkt die Drückrolle 26 oder auch mehrere Drückwalzen (nicht dargestellt) mit einem Spann- oder Drückfutter 28 zusammen, welches mit einer Außenverzahnung (nicht dargestellt) versehen ist.

Fig. 2e verdeutlicht, daß der Nabenbereich 4 in seiner An­ ordnung und in seinen Abmessungen je nach Anwendererforder­ nissen variabel ausgebildet werden kann. Die gesamte Umfor­ mung kann ohne Umspannen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden. Die in den verschiedenen Verfahrensstufen angewen­ deten Umformwerkzeuge und Spannfutter bzw. Rondengegenhal­ ter werden nacheinander eingesetzt und über Zustelleinhei­ ten oder über automatische Werkzeugwechselsysteme positio­ niert.

In den Fig. 3a bis 3d ist die Herstellung eines rota­ tionssymmetrischen Körpers 2 mit Nabe 4, ausgehend von ei­ nem Vorzug 30, der als eine topfförmige Vorform bereits durch Tiefziehen oder durch eine Pressenoperation herge­ stellt wurde, gezeigt. Der Vorzug 30 als Ausgangskörper 5 weist einen äußeren Hohlzylinder 6 auf, der konzentrisch bzw. achsparallel zur Rotationsachse 8 der Mittenbohrung 18 verläuft.

Der an die Mittenbohrung 18 angrenzende zentrale Bereich 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel flach ausgebildet. Dieser Bereich 10 kann jedoch durch Tiefziehen oder eine Pressen­ operation vorgeformt, beispielsweise mit Prägungen, ver­ sehen sein.

Die Verfahrensschritte der Fig. 3b bis 3d sind im Prin­ zip denen der Fig. 2c bis 2e vergleichbar. Die verwende­ ten Umformwerkzeuge 22 entsprechen denen der Fertigung aus einer Ronde und sind deshalb mit identischen Bezugszeichen versehen. Das Drückwerkstück als Endprodukt ist ein rota­ tionssymmetrischer Körper 4, beispielsweise eine Kupplungs­ nabe, die als eine einseitige Nabe 4 mit Innenverzahnung 14 ausgebildet ist. Die Figuren der einzelnen Verfahrens­ schritte verdeutlichen, daß die axiale Erstreckung der Nabe 4, die Stärke der Nabe und deren radialer Abstand von der Rotationsachse 8 variabel gestaltet werden können. Nicht dargestellt ist ein fakultativ anzuwendender Schneidvor­ gang, bei dem durch Einsatz einer Schneidrolle die Länge des äußeren Hohlzylinders 6 und/oder der umgeformten, flachgedrückten Nabe 4 bestimmt werden kann.

Der Umformprozeß gemäß den Fig. 4a bis 4c geht von einem als Grund- bzw. Ausgangskörper 5 eingesetzten Zulieferteil 40 aus. Das Zulieferteil 40 weist eine Außenverzahnung 16 auf. Die Außenverzahnung 16 reicht bis zu einem radial an­ geordneten zentralen Bereich 10.

Es erfolgt das Abspalten eines radialen Randbereiches 9, wobei die Spaltrolle 36 an der Kantenausnehmung 47 ansetzt. Eine weitere Umformung, insbesondere mit einer Drückrolle 26, führt zur Ausbildung der Nabe 4 in einer definierten Anordnung und Ausbildung (Fig. 4c).

Da die Ausgangskörper in den vorgenannten Verfahren nicht umgespannt werden, weisen die Endprodukte eine hohe Präzi­ sion, große Kaltverfestigung und Oberflächengüte auf. Be­ sonders vorteilhaft ist der geringe Zeitaufwand zum Her­ stellen eines rotationssymmetrischen Körpers.

Eine weitere Verfahrensvariante zur Herstellung eines rota­ tionssymmetrischen Körpers ist in den Fig. 5a bis 5c dar­ gestellt. Fig. 5c zeigt einen rotationssymmtrischen Körper 52 mit einer zweiseitig ausgebildeten, achsparallel verlau­ fenden Nabe 54. Analog zur zweiseitigen Nabe 54, welche eine Doppelnabe darstellt, ist ein äußerer Hohlzylinder 66 beid­ seitig eines zentralen Bereiches 10 ausgebildet.

Ausgangskörper 5 ist eine Ronde 20, die als eine flache Scheibe ausgebildet ist und eine Mittenbohrung 18 und eine Rotationsachse 8 aufweist (Fig. 5a). Zur Umformung und Aus­ bildung einer Doppelnabe 54 in einer Drückmaschine wird nach Verspannen der Ronde 20 in einem Spannfutter (nicht dargestellt) zur beidseitigen Abspaltung von Randbereichen 59 als Spaltwerkzeug eine Doppelspaltrolle 56 verwendet, die mit nicht dargestellten Spannfutter zusammenwirkt. Die Doppelspaltrolle 56 kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein und weist zwei voneinander beabstandete Spaltschneider 57, 58 auf, die in der Regel spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, auch asymme­ trisch ausgebildete Doppelspaltrollen einzusetzen, die un­ terschiedliche Spaltschneider 57, 58, zum Beispiel unter­ schiedliche Längen und/oder Spaltwinkel, aufweisen.

Die Doppelspaltrolle 56 gemäß Fig. 5b weist symmetrisch ausgebildete Spaltschneider 57, 58 sowie eine Ausnehmung 61 zwischen den Spaltschneidern 57, 58 auf. Fig. 5b zeigt außerdem, daß die abgespaltenen Randbereiche 59 in einem unterschiedlichen Randabstand abgespalten werden und auf diese Weise die daraus umgeformte Doppelnabe 54 zwei Nab­ enteile 64, 65 mit unterschiedlicher Wandstärke aufweist.

Nach diesem Verfahrensschritt folgt eine stauchende Umfor­ mung des äußeren radialen Randbereiches 12. Dieses Anstau­ chen eines äußeren Randbereiches 12 kann wie in der DE 39 17 925 C2 beschrieben durchgeführt werden, wobei im vorlie­ genden Ausführungsbeispiel eine symmetrische Ausbildung des äußeren Doppelhohlzylinders 66 angestrebt wird. Es ist jedoch grundsätzlich möglich, den doppelten äußeren Hohlzy­ linder 66 auch asymmetrisch auszubilden. Es bedarf dazu le­ diglich einer entsprechend konturierten Stauchrolle als Verformungswerkzeug und entsprechend ausgebildeter Gegen­ halter. Dies trifft in gleichem Maße zu, wenn der doppelte äußere Hohlzylinder 66 mit Nuten einer Außenverzahnung 68 versehen werden soll. Es wird dann eine Profilrolle 42 mit einer stirnseitigen Außenverzahnung 43 analog zu dem in Fig. 2d gezeigten Verfahrensschritt eingesetzt.

Der rotationssymmetrische Körper 52 weist im Bereich eines rechtsseitig ausgebildeten Nabenteils 65 eine Außenverzah­ nung 70 auf, während an einem linksseitigen Nabenteil 64 ein planer Außenmantel vorgesehen ist. Die Ausbildung der Außenverzahnung 70 erfolgt zweckmäßigerweise vor dem Aus­ formen des äußeren Hohlzylinders 66, d. h. vor dem Stauch­ prozeß, und kann wie im Zusammenhang mit den Fig. 2d und 3c bereits beschrieben, durchgeführt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines rotationssymmetrischen Körpers mit Nabe, insbesondere eines Getriebe- oder Kupplungsteils, bei dem als Ausgangskörper (5) eine Ronde (20) oder eine topfförmige Vorform (30, 40) in einer Drückmaschine durch Spalten und Drücken umge­ formt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (4, 54) aus einem radialen Bereich (10) des Ausgangskörpers (5) gebildet wird, indem wenig­ stens ein Randbereich (9, 59) mit einer Spaltrolle (36, 56) koplanar zum radialen Bereich (10) abgespal­ ten und danach mit wenigstens einer Drückrolle (26) oder Drückwalze konzentrisch und achsparallel zur Ro­ tationsachse (8) des Körpers (2) umgeformt wird, und daß während der Umformung eine Innen- und/oder Außen­ verzahnung (14, 70) an der Nabe (4, 54) ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abspalten zunächst ein äußerer radialer Randbereich (12) der Ronde (20) mit einer Stauchrolle (32) zu einer topfförmigen Vorform mit einem äußeren Hohlzylinder (6) umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine stauchende und nahezu rechtwinklige Um­ formung des äußeren radialen Randbereiches (12) der Ronde (20) zu dem äußeren Hohlzylinder (6) die Stauchrolle (32) eine ebene Stirnfläche (33) und eine radial vorspringende Rand­ profilierung (34) aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Umformung zur Nabe (4) mit der Drückrolle (26) eine Außenverzahnung (16) an dem äußeren Hohlzy­ linder (6) mit einer Profilierrolle (42) ausgebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansetzen einer Spaltrolle (36) eine Kantenaus­ nehmung (47) an dem abzuspaltenden Randbereich (9) vorgesehen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ronde (20) als Ausgangskörper eine Dop­ pelspaltrolle (56) zugestellt wird, durch welche eine Doppelnabe (54) mit zwei Nabenteilen (64, 65) herge­ stellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Spalten der Ronde (20) mit der Doppel­ spaltrolle (56) ein zentraler Bereich (10) zu einem einseitigen äußeren Hohlzylinder oder zu einem äus­ seren Doppelhohlzylinder (66) stauchend umgeformt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Randbereiche (59) der Ronde (20) mit gleichen oder unterschiedlichen Spaltschneiden (57, 58) der Doppel­ spaltrolle (56) abgespalten werden, welche ein- oder mehrteilig ausgebildet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden abgespaltenen Randbereiche (59) gleich­ zeitig umgeformt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Spalten mit der Doppelspaltrolle (56) der zentrale Bereich (10) mit einer Außenverzahnung (68) versehen wird.