DE19723198A1 - Drückwalzvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines stirnverzahnten Werkstückes - Google Patents
Drückwalzvorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines stirnverzahnten WerkstückesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drückwalzvorrichtung und
ein Verfahren zur Herstellung eines stirnverzahnten
Werkstückes, wie z. B. einem Metallring, auf dessen
Stirnseite Verzahnungen oder ähnliche Erhebungen bzw.
Vertiefungen aufgebracht sind.
Stirnseitig verzahnte Werkstücke werden zum Beispiel im
Fahrzeugbau benötigt, insbesondere für Sensorsysteme
zur Erfassung von Rotationsbewegungen oder Rotationsge
schwindigkeiten, wie sie auch in ABS-Anlagen verwendet
werden.
Üblicherweise werden die Stirnverzahnungen bei derar
tigen Werkstücken mechanisch oder durch funkeninduktive
Bearbeitung hergestellt. Die Werkstücke können aber
auch als Sinterteile hergestellt werden, so daß eine
mechanische Bearbeitung nicht notwendig ist. Diese be
kannten Herstellungsverfahren sind jedoch kosteninten
siv und belasten durch die entstehenden Abfallprodukte
wie Öle, Kühlschmierstoffe, ölige Späne bei der Ferti
gung Arbeitspersonal und Umwelt.
In der WO 96/20050 ist die Herstellung von innenver
zahnten rohrförmigen Teilen mit dem Drückwalzverfahren
beschrieben. Die Herstellung von stirnverzahnten Teilen
ist mit diesem Verfahren jedoch nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstel
lung von stirnverzahnten Werkstücken dahingehend zu
verbessern, daß der Herstellungsprozeß vereinfacht wird
und die Umweltbelastung reduziert wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1
bzw. 8 gelöst.
Die Erfindung schlägt vor, die Stirnverzahnung in dem
Werkstück mit der Drückwalztechnik auszuformen. Mittels
Drückrollen wird das auf einem Formwerkzeug befindliche
Werkstück plastisch kaltverformt. Dabei wird die Dicke
des Werkstückes verringert und die Fläche durch Auszie
hen des Materials vergrößert, wobei das unter dem Druck
der Drückrollen flüssig werdende Material in eine Zahn
struktur des Formwerkzeuges gepreßt wird. Auf diese
Weise lassen sich stirnverzahnte Werkstücke einfach
herstellen und zwar unter Vermeidung von um
weltschädlichen Abfallprodukten wie z. B. Ölen oder
Kühlschmiermitteln. Ein Vorteil des Drückwalzens ist
es, daß, bedingt durch die kalte Umformung, das fertig
gestellte Werkstück ein gleichmäßiges Gefüge aufweist.
Vorteilhafterweise weist das Formwerkzeug einen Zen
trierzapfen für das Werkstück auf, der auch als Ver
drehsicherung für das Werkstück dienen kann. So wird
sichergestellt, daß das Werkstück während des unter
einer Rotation verlaufenden Drückwalzens exakt posi
tioniert bleibt. Dies erhöht die Genauigkeit der Stirn
verzahnung des Werkstückes.
Die Drückrollen laufen während des Drückwalzvorganges
relativ zu dem Formwerkzeug mit dem daran befindlichen
Werkstück um. Entweder rotiert das Formwerkzeug um
seine Längsachse und die Drückrollen bewegen sich nur
in radialer Richtung über die Zahnstruktur des Form
werkzeuges oder das Formwerkzeug ist stationär und die
Drückrollen werden sowohl radial als auch umlaufend
über die Zahnstruktur bewegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
das Formwerkzeug von einer verschiebbaren Hülse um
geben, mit der die Auflagefläche des Formwerkzeuges für
das Werkstück vergrößert werden kann. Nach Beendigung
des Ausformens der Stirnverzahnung auf dem Werkstück
wird die Hülse von dem Werkstück zurückgezogen, so daß
ein Rand des Werkstücks über das Formwerkzeug über
steht. Dieser Rand kann nun mit Hilfe der Drückrollen
auf das Formwerkzeug umgelegt werden, so daß eine Hülse
mit radial verlaufender verzahnter Stirnfläche ent
steht, wobei die Verzahnung im Inneren der Hülse liegt.
Um den überstehenden Rand des verzahnten Werkstückes
auch zu der anderen, dem Formwerkzeug abgewandten Seite
umzulegen, kann ein Hohldorn an das verzahnte Werkstück
angesetzt werden, der als Auflage für den umzulegenden
Rand dient. So entsteht eine Hülse mit radialer Stirn
fläche, wobei die Verzahnung auf der Stirnfläche außer
halb der Hülse liegt.
Es ist auch möglich, die äußeren Mantelflächen des
Formwerkzeuges bzw. des Hohldornes mit einer formgeben
den Struktur, wie z. B. einer Verzahnung oder einem Ge
winde zu versehen, so daß die Hülse des fertigge
stellten Werkstückes in ihrem Inneren eine ent
sprechende Verzahnung oder ein Gewinde aufweist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Formwerkzeug gemäß einem ersten Ausfüh
rungsbeispiel,
Fig. 2 eine Drückwalzvorrichtung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 ein mit dem zweiten Ausführungsbeispiel herge
stelltes Werkstück,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Drückwalz
vorrichtung,
Fig. 5 ein mit dem dritten Ausführungsbeispiel herge
stelltes Werkstück,
Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel der Drückwalz
vorrichtung,
Fig. 7 ein mit dem vierten Ausführungsbeispiel herge
stelltes Werkstück,
Fig. 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Drückwalz
vorrichtung, und
Fig. 9 ein mit dem fünften Ausführungsbeispiel herge
stelltes Werkstück.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Formwerkzeuges gezeigt. Das Formwerkzeug 1 ist zylin
derförmig und um seine Längsachse 1A drehend antreibbar
an einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine be
festigt. An der der Werkzeugmaschine abgewandten Stirn
seite 2 weist das Formwerkzeug 1 eine negative Stirn
verzahnung 3 auf. Die Stirnverzahnung 3 kann auch er
haben auf der Stirnseite 2 ausgebildet sein. Die Stirn
verzahnung 3 ist die formgebende Struktur für das Werk
stück. Ein Zentrierzapfen 4 ist mittig auf der Stirn
seite 2 angeordnet. Er dient zur Führung und Zentrie
rung des Rohlings 6 bzw. des Werkstückes auf dem Form
werkzeug 1. Die Stirnfläche 2 weist eine zahnähnliche
Kontur 5 oder Aufrauhung auf, die den Zentrierzapfen 4
umgibt und innerhalb der Stirnverzahnung 3 liegt. Diese
Kontur 5 dient zur Verdrehsicherung des Rohlings 6 bzw.
des Werkstückes, so daß dieses drehfest mit dem Form
werkzeug 1 verbunden werden kann.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Er
findung gezeigt. Die Drückwalzvorrichtung 100 weist
ebenfalls ein drehbares Formwerkzeug 101 mit einer
Stirnfläche 102, auf der eine Zahnstruktur 103 sowie
ein Zentrierzapfen 104 angebracht sind, auf. Auf seiner
Umfangsfläche hat der Zentrierzapfen 104 Längsrillen 105
oder ähnliche Aufrauhungen. Ein Rohling wird über
den Zentrierzapfen 104 auf die Stirnfläche 102 des
Formwerkzeuges 101 geschoben. Der Rand der zentralen
Öffnung des Rohlings bzw. des Werkstückes 106 ist kom
plementär zu den Längsrillen 105 des Zentrierzapfens
104 ausgebildet, so daß die beiden Teile als Verdreh
sicherung ineinandergreifen. Die Zahnstruktur 103 des
Formwerkzeuges 101 kann sich daher radial vom Umfang
bis zu dem Zentrierzapfen 104 erstrecken. Die darge
stellte Zahnstruktur 103 ist in radialer Richtung nur
abschnittsweise ausgebildet.
Nachdem das Werkstück 106 an der Stirnfläche 102 an
liegt, werden mindestens zwei Drückrollen 107 an das
Werkstück 106 herangefahren. Die Drehachse 107A der
Drückrolle 107 verläuft unter einem Winkel α zu der
Drehachse 101A des Formwerkzeuges 101. Der Winkel α und
die Umfangsflächen der Drückrolle 107 sind so gewählt,
daß die Drückrollen 107 vor dem Start des Umformens bis
an den Zentrierzapfen 104 heranbewegt werden können und
daß die Drückrollen 107 eine axiale Kraft auf das an
der Stirnseite 102 befindliche Werkstück 106 aufbringen
können. Der Winkel α beträgt mindestens 10°, vorzugs
weise 45°.
Während der Drückwalzoperation rotiert das Formwerkzeug
101 und die Drückrollen 107 um ihre jeweiligen Dreh
achsen 101A bzw. 107A. Das Drückwalzen findet von innen
nach außen statt, d. h. daß die Drückrollen 107, die bei
Beginn des Umformens an dem Zentrierzapfen 104 stehen,
nach außen bewegt werden. Die Drückrollen 107 werden
nicht exakt radial nach außen bewegt, sondern unter
einem Winkel β, so daß die Vorschubrichtung der Drück
rollen 107 zu der Stirnfläche 102 hin geneigt ist. Mit
zunehmendem radialen Abstand zu der Drehachse 101A des
Formwerkzeuges werden die Drückrollen 107 also näher an
die Stirnfläche 102 herangeführt. So wird sicherge
stellt, daß die Drückrollen 107 das Material des Werk
stückes 106 vollkommen in die Zahnstruktur 103 hinein
pressen. In der oberen Hälfte von Fig. 2 ist eine
Drückrolle 107 etwa in der Mitte des Umformprozesses
dargestellt. In der unteren Hälfte der Figur ist eine
Drückrolle 107 in Endstellung gezeigt. Nach Erreichen
dieser Endstellung werden die Drückrollen von dem Werk
stück 106 wegbewegt, so daß dieses von dem Formwerkzeug
101 abgenommen werden kann.
In Fig. 3 ist ein Ausschnitt des Werkstückes 106 ge
zeigt, welches mit der in Fig. 2 dargestellten Drück
walzvorrichtung 101 hergestellt wurde. Das Werkstück
106 ist ringförmig, wobei eine Stirnverzahnung 108 auf
einer Stirnfläche 109 des Werkstückes 106 aufgebracht
ist.
In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der
Drückwalzvorrichtung dargestellt. Die Drückwalzvorrich
tung 200 weist ebenfalls ein Formwerkzeug 201 mit einer
stirnseitigen Zahnstruktur 203 und einem Zentrierzapfen
204 auf. Der Zentrierzapfen 204 hat jedoch eine glatte
Mantelfläche.
Das Werkstück 206 hat die Form einer Hülse mit einem
stirnseitigen äußeren Flansch. Der Durchmesser der
Hülse ist derart bemessen, daß sie auf den Zentrier
zapfen 4 aufgeschoben werden kann, so daß der Flansch
an der Stirnfläche 202 des Formwerkzeuges 201 anliegt.
Ein reitstockseitiger Haltedorn 205 wird auf den Zen
trierzapfen 204 aufgeschoben, bis er auf das Werkstück 206
trifft und dieses gegen das Formwerkzeug 201
drückt, so daß Formwerkzeug 201 und Werkstück 206 eine
drehfeste Verbindung eingehen. Daher sind Längsrillen
in dem Zentrierzapfen 204 oder eine weitere Verzahnung
in der Stirnfläche 202 des Formwerkzeuges 201 nicht
erforderlich. Das Umformen des Werkstückes 206 erfolgt
ebenso wie bei dem in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausfüh
rungsbeispiel.
In Fig. 5 ist das Werkstück 206 gezeigt, das mit der
in Fig. 4 gezeigten Drückwalzvorrichtung 200 gefertigt
wurde. Das Werkstück 206 hat die Form einer Hülse 210,
an deren einer Stirnseite ein radial verlaufender
Flansch 209 angeordnet ist. Auf der der Hülse 210 abge
wandten Stirnfläche des Flansches 209 befindet sich
eine Stirnverzahnung 208.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
Fig. 6 dargestellt. Das Formwerkzeug 101 entspricht
dem Formwerkzeug des zweiten Ausführungsbeispieles wie
es in Fig. 2 gezeigt ist. Das Formwerkzeug 101 ist von
einem verschiebbaren Rohr 312 umgeben. Vor Beginn des
Umformvorganges wird das Rohr 312 derart positioniert,
daß seine Stirnfläche 313 bündig mit der Stirnfläche
102 des Formwerkzeuges 101 abschließt, so daß die Auf
lagefläche für das Werkstück 306 vergrößert wird. Der
Drückwalzvorgang wird also nicht am Umfang des Form
werkzeuges 101 abgebrochen, sondern erst an dem äußeren
Umfang des Rohres 312. Da das Material des Werkstückes
306 auf einer größeren Fläche verteilt wird, fällt die
Wandstärke des fertiggestellten Werkstückes 306 ent
sprechend dünner aus. Daher wird eine größere Ausgangs
wandstärke für das Werkstück 102 gewählt.
Nach Abschluß des Drückwalzens wird das Rohr 312 zu
rückgezogen, so daß ein Rand 311 (siehe obere Hälfte
von Fig. 8) über den Umfang des Formwerkzeuges 101
übersteht. Mit Hilfe der Drückrollen 107 wird der über
stehende Rand 311 auf die Umfangsfläche des Formwerk
zeuges 101 umgelegt. Zum Lösen des Werkstückes 306 von
dem Formwerkzeug 101 kann auch das Rohr 312 verwendet
werden, das dann das Werkstück 306 von dem Formwerkzeug
101 abstreift.
In Fig. 7 ist das fertiggestellte Werkstück 306 ge
zeigt. Der umgelegte überstehende Rand 311 bildet nun
eine Hülse 310, an deren einer Stirnseite sich eine
radial verlaufende Fläche 309 befindet. Auf der der
Hülse 310 zugewandten Seite weist die Stirnfläche 309
eine durch das Drückwalzen aufgebrachte Verzahnung 308
auf.
In Fig. 8 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der Er
findung dargestellt. Die Drückwalzvorrichtung 400 ent
spricht im wesentlichen der Drückwalzvorrichtung 300,
wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Bis auf das Umlegen
des überstehenden Randes 411 des Werkstückes 406
(untere Hälfte von Fig. 8) sind die zu durchlaufenden
Fertigungsschritte identisch.
Nach Zurückziehen des Rohres 312 wird ein reitstocksei
tiger Dorn 412 gegen das Werkstück 406 gefahren. Mit
den Drückrollen 107 wird der überstehende Rand 411 des
Werkstückes 406 erfaßt und auf die Umfangsfläche des
reitstockseitigen Dorns 412 umgelegt. Auf diese Weise
wird das in Fig. 9 dargestellte Werkstück 406 herge
stellt. Der umgelegte Rand 411 bildet eine Hülse 410,
an deren Stirnseite sich eine radial verlaufende kreis
ringförmige Stirnfläche 409 anschließt. Auf der der
Hülse 410 abgewandten Seite weist die Stirnfläche 409
eine durch das Drückwalzen geformte Stirnverzahnung 408
auf.
Claims (10)
1. Drückwalzvorrichtung (100; 200; 300) zur Herstellung
eines stirnverzahnten Werkstückes (106; 206; 306;
406), mit einem eine stirnseitige Zahnstruktur
(3; 103) aufweisenden Formwerkzeug (1; 101; 201) und
mindestens zwei ein Werkstück (106; 206; 306; 406) in
die Zahnstruktur (3; 103) pressenden Drückrollen
(107) , welche relativ zu dem Formwerkzeug
(1; 101; 201) umlaufen.
2. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Formwerkzeug (1; 101; 201)
zylinderförmig ist und an der Stirnseite (2; 102;
202) einen mittig angeordneten Zentrierzapfen
(4; 104; 204) aufweist, auf den ein Rohling (6) auf
steckbar ist.
3. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Zentrierzapfen (104) und der
Rohling (6) bzw. das Werkstück (106; 306; 406) zur
Verdrehsicherung ineinandergreifende Konturen
(105) aufweisen.
4. Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (1)
im Ansetzbereich der Drückrollen (107) eine das
Werkstück gegen Verdrehen sichernde Haltestruktur
(5) aufweist.
5. Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (107A) der
Drückrollen (107) unter einem Winkel α ≧ 10° zu
der Achse (1A; 101A; 201A) des Formwerkzeuges
(1; 101; 201) verlaufen.
6. Drückwalzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (101)
zur Vergrößerung der Auflagefläche für das Werk
stück (306; 406) von einem verschiebbaren Rohr
(312) umfaßt ist, das nach Beendigung des Ausfor
mens der Verzahnung (308; 408) zurückziehbar ist,
so daß der überstehende Rand (311; 411) des Werk
stückes (306; 406) umlegbar ist.
7. Drückwalzvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeich
net durch einen Hohldorn (412), der nach Beendi
gung des Ausformens der Verzahnung (408) auf das
an dem Formwerkzeug (101) befindliche Werkstück
(406) aufsetzbar ist, so daß der Rand (411) des
Werkstückes (406) zu dem Hohldorn (412) hin umleg
bar ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines stirnverzahnten
Werkstückes (106; 206; 306, 406) mit einem Formwerk
zeug (1; 101; 201) , das an seiner Stirnseite
(2; 102; 202) eine Zahnstruktur (3; 103; 203) auf
weist, und mindestens zwei relativ zu dem Form
werkzeug (1; 101; 201) umlaufenden Drückrollen
(107), mit den folgenden Schritten:
- - Anpressen der Drückrollen (107) an den radial innenliegenden Bereich der Stirnfläche des an der Zahnstruktur (3; 103; 203) anliegenden Werk stücks (106; 206; 306; 406),
- - Bewegen der Drückrollen (107) über die Zahn struktur (3; 103; 203), wobei das Werkstück (106; 206; 306; 406) in die Zahnstruktur (3; 103; 203) gewalzt wird, so daß auf der Stirn fläche des Werkstückes (106; 206; 306; 406) eine entsprechende Verzahnung (108; 208; 308; 408) ent steht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, mit den weiteren
Schritten:
- - Verwenden eines das Formwerkzeug (101) umgeben den Rohres (312), das die Auflagefläche für das Werkstück (306; 406) vergrößert,
- - Zurückziehen des Rohres (312) nach Beendigung des Ausformens der Verzahnung (308; 408)
- - Umlegen des überstehenden Randes (311; 411) des Werkstückes (306; 406) auf die Mantelfläche des Formwerkzeuges (101).
10. Verfahren nach Anspruch 8, mit den weiteren
Schritten:
- - Verwenden eines das Formwerkzeug (101) umge benen Rohres (312), das die Auflagefläche für das Werkstück (406) vergrößert,
- - Zurückziehen des Rohres (312) nach Beendigung des Ausformens der Verzahnung (408),
- - Ansetzen eines Hohldornes (412) an das Werk stück (406)
- - Umlegen des überstehenden Randes (411) des Werkstückes (406) auf die Mantelfläche des Hohldornes (412).
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |