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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
ringförmiger
Bauteile mit einem keilförmigen
Innenprofil, die in Eingriff bringbar sind mit einer keilförmigen Profilfläche einer
Welle und eines Innenzahnrades, die als eines von elementaren Zahnrädern eines
Planetengetriebemechanismus verwendet werden.
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Typischerweise
werden keilförmige
Innenprofile ringförmiger
Bauteile, die mit einer keilförmigen
Profilfläche
einer Welle in Eingriff bringbar sind, schnittweise erzeugt mittels
der Verwendung einer Schrägbrosche.
Es ist ebenfalls üblich,
ein ringförmiges
Bauteil mit keilförmigem
Innenprofil in einem Formwalzverfahren herzustellen, bei welchem
ein ringförmiges
Teil zwischen einer keilförmigen
Formwalze und Außengegenwalzen
gepreßt
und verformt wird. Ein solches Formwalzverfahren ist z. B. aus der japanischen
ungeprüften
Patentveröffentlichung
Nr. 62144836 bekannt. Das Bilden von keilförmigen Profilflächen unter
Verwendung einer Schrägbrosche
ist relativ ungeeignet für
kleine keilförmige
Profile und zusätzlich
unzulänglich
beim Herstellen von keilförmigen
Profilen mit hoher Stärke.
In den Fällen,
in denen eine keilförmige
Formwalze verwendet wird zum Bilden von keilförmigen Profilen, gestaltet
es ein ringförmiges
Bauteil mit keilförmigem
Innenprofil mit einem geringen Modul schwierig, den Raum der keilförmigen Formwalze
ausreichend mit Flußmaterial
des Ringgliedes zu füllen,
was zu unpräzisen
Formen der keilförmigen
Profilfläche
führt.
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Ein
Drückwalzverfahren,
bei dem eine Innenkontur eines Rohrteiles mittels eines maschinenseitig befestigten
Dorns umgeformt wird, ist im Artikel „Variantenvielfalt durch das
Drückwalzen
im Gegenlaufverfahren" beschrieben,
erschienen in: Bänder,
Bleche, Rohre, 6-1996, Seiten 18 bis 23.
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In
der
DE 196 03 773
A1 ist ein Verfahren zum Herstellen rotationssymmetrischer
Körper
mit einer Nabe beschrieben. Dabei wird die Nabenausbildung in einen
Umformprozeß,
der in einer Drückmaschine
durchgeführt
wird, integriert und Naben durch Abspaltung und nachfolgende Drückumformung
in unterschiedlicher axialer Länge
und Wandstärke
gebildet.
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Auch
aus der
DD 291 259 A5 ist
ein Verfahren zur Herstellung ringförmiger Teile bekannt, bei dem
profilierte Ringe aus Rohrmaterial hergestellt werden. Unter anderem
wird bei diesem Verfahren die äußere Form
eines Rohres durch Pressen umgeformt.
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In
den Fällen,
in welchen die vorangegangenen Matrizen bzw. Ziehsteine bzw. -Eisen
zum Bilden eines keilförmigen
Bauteiles mit keilförmigem
Innenprofil bei der Kaltbearbeitung verwendet werden, ist es erforderlich,
Flächen
bzw. Oberflächenbehandlung
durchzuführen,
wie z. B. eine Bond- bzw. eine Bondierungsbeschichtung oder Flächen- bzw.
Oberflächenlubrifikations-
bzw. Schmierungbehandlung und eine Ti-CN-Behandlung, welche insbesondere kostspielig
sind, und zwar bezüglich
den Werkstücken
und den Matrizen. Des weiteren verfügen bisherige Matrizen bzw.
Zieheisen lediglich über
eine kurze Arbeitslebensdauer bei der Kaltbearbeitung.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
anzugeben zum Herstellen eines ringförmigen Bauteiles mit keilförmigem Innenprofil,
und zwar bei einer präzisen
Form des keilförmigen
Profils.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung löst
die vorangegangene Aufgabe durch Herstellen eines keilförmigen Bauteiles mit
keilförmigem
Innenprofil mit einem Basisdurchmesser und einem Scheiteldurchmesser,
unter Verwendung eines Formdorns, der ein dem keilförmigen Innenprofil
komplementär
ausgebildetes keilförmiges Außenprofil
mit einem äußeren Scheiteldurchmesser aufweist,
der dem Basisdurchmesser des keilförmigen Innenprofils entspricht,
durch Bereitstellen eines ringförmigen
Halbzeugteiles mit einer Mittelachse und einem Innendurchmesser,
der kleiner ist als der Scheiteldurchmesser, und durch Drucktreiben
des Formdorns in das Halbzeugteil entlang dessen Mittelachse, während das
Halbzeugteil gedreht und in radialwärtiger Richtung gegen den Formdorn
gepreßt wird,
um somit keilförmige
Innenprofilflächen
an dem ringförmigen
Bauteil zu bilden. Bevorzugt wird eine Formwalze am Beginn der Rotation
des Halbzeugteiles in Preß-
bzw. Druckkontakt mit dem Halbzeugteil gebracht.
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Zum
kontinuierlichen Pressen des Halbzeugteiles radialwärts gegen
den Formdorn kann die Formwalze teilweise das Halbzeugteil pressen
und in einer axialen Richtung bewegt werden, in welcher der Formdorn
in das Halbzeugteil getrieben wird, und zwar zusammen mit dem Formdorn,
oder sie kann das Halbzeugteil über
die gesamte axiale Länge
des Halbzeugteiles pressen.
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Das
Halbzeugteil kann bereitgestellt werden, indem ein zylindrischer
Kernstab mit einem Durchmesser, der kleiner als der Scheiteldurchmesser
ist, axial in ein ringförmiges
Werkstück
mit einer Mittelachse eingeführt
wird, und das Werkstück
anschließend
gegen den Kernstab gedrückt
wird, um den Innendurchmesser des Werkstücks zu verkleinern. Der Kernstab
kann einstückig
mit dem Formdorn ausgebildet sein, welcher äußere keilförmige Profilflächen aufweist.
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Erfindungsgemäß wird der
mit äußeren keilförmigen Profilflächen versehene
Formdorn axialwärts
in das ringförmige
Bauteil druckgetrieben, so daß das
ringförmige
Bauteil verformt wird um präzise keilförmige Profilflächen des
Formdorns anzunehmen, auch wenn das ringförmige Bauteil mit keilförmigem Innenprofil
ein kleines bzw. geringes Modul aufweist, da die Formeinrichtung
das ringförmige Bauteil
radialwärts
presst. Die Verwendung des Formdorns mit äußerem keilförmigem Profil, der mit dem
zylindrischen Kernstab einstückig
ausgebildet ist, ermöglicht
das einfache Herstellen eines keilförmigen Bauteiles mit einem
keilförmigen
Innenprofil, unmittelbar nachfolgend auf das Bereitstellen eines Halbzeugteiles.
Da der mit äußerlichen
keilförmigen Profilflächen versehene Formdorn
und der zylindrische Kernstab einstückig und koaxial sind, verbleibt ein
ringförmiges
Bauteil immer koaxial bezüglich
des Formdorns während
dem Schritt des Bereitstellens eines Halbzeugteiles und dem Schritt
des Formens eines ringförmigen
Bauteiles mit keilförmigem
Innenprofil, obwohl radialwärts
gepreßt
wird, so daß ein ringförmiges Bauteil
mit keilförmigem
Innenprofil präzise
geformt bzw. gebildet wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird deutlich aus der folgenden Beschreibung
einer spezifischen Ausführungsform,
welche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.
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1 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Bilden
eines ringförmigen Bauteiles
mit einem keilförmigen
Innenprofil gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2A ist
eine Querschnittsansicht eines ringförmigen Bauteiles mit einem
keilförmigen
Innenprofil als ein fertiggestelltes Erzeugnis.
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2B ist
eine Heckansicht des ringförmigen
Bauteiles mit einem keilförmigen
Innenprofil.
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3A bis 3C sind
explanatorische Ansichten, welche einen Schritt des Bereitstellens
eines Halbzeugteiles zeigen.
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4 ist
eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie IV-IV von 3B.
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5 ist
eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie V-V von 3C.
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6A bis 6C sind
explanatorische Ansichten, welche einen Schritt des Bildens eines
ringförmigen
Bauteiles mit einem keilförmigen
Innenprofil zeigen.
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7 ist
eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang Linie VII-VII von 6B.
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Unter
Bezugnahme nun auf die Zeichnungen im Detail, insbesondere auf 1,
welche eine Vorrichtung 100 zum Herstellen von ringförmigen Bauteilen
mit einem keilförmigen
Innenprofil zeigt, weist die Vorrichtung 100 einen Rahmen 1 auf,
bereitgestellt mit einem Motor 3, welcher an einer der
Seitenwände befestigt
ist, insbesondere der linken Seitenwand 1a, wie in 1 gezeigt,
sowie mit einem Hydraulikzylinder 5, befestigt an einer
der Seitenwand, insbesondere der rechten Seitenwand 1b,
wie in 1 gezeigt. Der Rahmen 1 stützt an der
linken Seitenwand 1a drehbar einen Drehtisch 2,
an welchem eine zylindrische Werkstückhalterung 4 koaxial
befestigt ist, an welcher wiederum ein ringförmiges Werkstück W montiert
ist. Der Motor 3 ist so mit dem Drehtisch 2 verbunden
und treibt den Drehtisch 2 bezüglich einer horizontalen Mittelrotationsachse
L an. Der Rahmen 1 stützt
an der rechten Seitenwand 1b einen Kolben 6 des
Hydraulikzylinders 5 zur axialen Bewegung entlang der Rotationsmittelachse
L. Der Kolben 6 ist an seinem hinteren Ende mit einem Formdorn 7 bereitgestellt,
und zwar koaxial diesbezüglich.
Der Fromdorn 7 umfaßt
einen mit keilförmigen
Profilflächen
versehenen Tauchformkernstab 12 und einen Führungskopf 14 mit
keilförmigem
Profil, die mittels eines zylindrischen Kernstabes 13 verbunden
sind, der einen kleineren Durchmesser als der Tauchformkernstab 12 hat.
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2A und 2B zeigen
beispielhaft ein fertiggestelltes ringförmiges Bauteil 8 mit
einem keilförmigen
Innenprofil 11, und zwar gebildet durch die in 1 gezeigte
Vorrichtung 100 als ein ringförmiges Werkstück W. Das
ringförmige
Bauteil 8 umfaßt einen
schalenartigen Ringabschnitt 9 und einen Innenprofilringabschnitt 10 mit
einem Außendurchmesser,
welcher geringer ist als der Außendurchmesser des
schalenartigen Ringabschnittes 9. Der Innenprofilringabschnitt 10 weist
ein keilförmiges
Innenprofil 11 mit einer Vielzahl von Keilen auf, angeordnet
bei gleichmäßigen Winkeln
und mit einem Basisdurchmesser D1 (welcher auch als ein Innendurchmesser des
Innenprofilringabschnittes 10 bezeichnet wird) sowie einen
Scheiteldurchmesser D2.
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Der
Tauchformkernstab 12 weist eine Vielzahl von äußerlichen
Keilen auf, passend zu dem keilförmigen
Innenprofil 11 des Innenprofilringabschnittes 10.
Der zylindrische Kernstab 13 weist einen Durchmesser auf,
welcher etwas kleiner ist als der Basisdurchmesser D1 des Innenprofilringabschnittes 10,
oder in etwa gleich dem Scheiteldurchmesser D2 des Innenprofilringabschnittes 10 ist.
Der mit einem keilförmigen
Außenprofil
bereitgestellte Führungskopf 14 weist
dieselbe Anzahl und Abmessungen an äußeren Keilen auf, wie der Tauchformkernstab 12.
Der mit einem keilförmigen
Profil versehene Tauchformkernstab 12 und der mit einem
keilförmigen
Profil versehene Führungskopf 14 weisen Keile
auf, welche zueinander ausgerichtet sind. Die Werkstückhalterung 4 weist
eine Schulter auf, mittels welcher die Werkstückhalterung 4 aufgeteilt
ist in einen Werkstückhalterungsabschnitt 4a mit
einem Durchmesser und einer Höhe,
ausgelegt zum daran Montieren des Ringabschnittes 9 des
ringförmigen Bauteiles 8,
und einen Endstützabschnitt 4b zum Stützen des
ringförmigen
Bauteiles 8. Die Werkstückhalterung 4 ist
mit einer axialen Bohrung 4c gebildet, ausgebildet mit
einem keilförmigen
Innenprofil 15, um mit sowohl dem Tauchformkernstab 12 als
auch dem Führungskopf 14 übereinzustimmen.
Die Vorrichtung 100 ist des weiteren mit einer Vielzahl
von, z. B. in dieser Ausführungsform 3 Preßwalzen 36 bereitgestellt,
welche durch Kolben 31 drehbar gestützt sind, angetrieben mittels
Hydraulikzylindern 30, zur Reduktion des ringförmigen Werkstückes W,
welches an der Werkstückhalterung 4 montiert
ist, und zwar in einer radialen Richtung in einem ersten Schritt
des Profilbildungsverfahrens, wie es in den 3A bis 3C gezeigt
ist, sowie einer Vielzahl von, z. B. in dieser Ausführungsform 2,
Formwalzen 46, welche durch Kolben 41 drehbar
gestützt
sind, angetrieben mittels Hydraulikzylindern 40, zum Beaufschlagen bzw.
Eindrücken
der Wand des ringförmigen
Werkstückes
W, montiert an der Werkstückhalterung 4,
in einer axialen Richtung in einem zweiten Schritt des Profilbildungsverfahrens,
wie es in den 6A bis 6C gezeigt
ist. Die Hydraulikzylinder 30 sind um die Werkstückhalterung 4 bei
gleichmäßigen Winkeln angeordnet
und mittels des Rahmens 1 gestützt. Die Zylinder 40 sind
an diametral gegenüberliegenden Positionen
angeordnet mit Bezug auf die Arbeitsstückhalterung 4 und
werden durch den Rahmen 1 gestützt.
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Die
folgende Beschreibung zielt auf ein Profilbildungsverfahren, angewendet
zum Vervollständigen
eines ringförmigen
Bauteiles 8 mit einem keilförmigen Profil, umfassend einen
schalenartigen Ringabschnitt 9 und einen Innenprofilringabschnitt 10 mit
einem Innenprofil 11 und mit einer Vielzahl von Keilen,
die bei gleichmäßigen Winkeln
angeordnet sind und einen Basisdurchmesser D1 und einen Scheiteldurchmesser
D2 aufweisen, wie in den 2A und 2B angegeben.
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3A bis 3C zeigen
den ersten Schritt des Profilbildungsverfahrens. Ein ringförmiges Werkstück W wird
provisorisch halbfertiggestellt, wobei es einen schalenartigen Ringabschnitt 19 und
einen Ringabschnitt 20 umfasst. Wie es in 4 gezeigt ist,
weist der Ringabschnitt 20 einen Außendurchmesser D4 auf, der
im wesentlichen größer als
der äußere Durchmesser
des Innenprofilringabschnittes 10 des ringförmigen Bauteiles 8 mit
einem keilförmigen
Profil ist, sowie einen Innendurchmesser D3, der leicht größer als
der Innendurchmesser D1 (Basisdurchmesser der Keile) des Innenprofilringabschnittes 10 des
ringförmigen
Bauteiles 8 mit einem keilförmigen Innenprofil ist. Das
halbfertiggestellte ringförmige
Werkstück
W wird an der Werkstückhalterung 4 in
solch einer Weise montiert, daß der
schalenartige Ringabschnitt 19 in den Halterungsabschnitt 4a gepaßt wird,
bis das Heckende 19a gegen den Endstützabschnitt 4b in
Anlage gebracht ist. Der Hydraulikzylinder 5 drängt den
Formdorn 7 in das Innere des Ringabschnittes 20 des
ringförmigen
Werkstückes W,
wie es in 3A gezeigt ist, und zwar, bis
der mit keilförmigen
Innenprofilflächen
versehene Führungskopf 14 vollständig in
Eingriff gebracht ist mit der mit einem keilförmigen Innenprofil versehenen
Axialbohrung 4c der Werkstückhalterung 4, wie
es in 3B gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt
liegt der Ringabschnitt 20 automatisch über dem zylindrischen Kernstab 13 des
Formdorns 17 mit einem radialen Spalt. Die Hydraulikzylinder 30 beaufschlagen
die Kolben 31, um die Preßwalzen 36 in
festem Kontakt mit dem Äußeren des
Ringabschnittes 20 des ringförmigen Werkstückes zu
bringen, und zwar entlang der gesamten Länge, wie es in den 3B und 4 gezeigt
ist. Nachfolgend, während
die Hydraulikzylinder 30 die Preßwalzen 36 beaufschlagen,
zum kontinuierlichen Pressen bzw. Beaufschlagen des Ringabschnittes 20 des
ringförmigen
Werkstückes
W in der radialen Richtung, wird der Motor 3 betätigt zum
Drehen der Werkstückhalterung 4.
Als ein Ergebnis, während
die Werkstückhalterung 4 das
ringförmige Werkstück W und
den Formdorn 7 insgesamt dreht, beaufschlagen die Preßwalzen 36 den
Ringabschnitt 20 des ringförmigen Werkstückes W nach
unten, so daß der
Ringabschnitt 20 im Durchmesser reduziert wird, bis der
zylindrische Kernstab 13 des Formdornes 7 durch
eine innere Fläche
des Ringabschnittes 20 berührt wird, wie es in den 3C und 5 gezeigt
ist. In dem ersten Schritt des Profilbildungsverfahrens wird das
ringförmige
Werkstück
W somit geformt, um einen Innendurchmesser D3 aufzuweisen, der in
etwa gleich dem Scheiteldurchmesser D2 des fertiggestellten Innenprofilringabschnittes 10 ist.
Der Ringabschnitt 20 des halbfertiggestellten ringförmigen Werkstückes W kann
einen Innendurchmesser aufweisen, welcher zumindest geringer ist
als der Basisdurchmesser D1 des Innenprofilringabschnittes 10 des
fertiggestellten ringförmigen
Bauteiles 8 mit keilförmigem
Innenprofil.
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In
dem zweiten Schritt des Profilbildungsverfahrens, gezeigt in den 6A bis 6C,
werden, nachdem die Hydraulikzylinder 30 veranlaßt wurden, die
Kolben 31 zurückzuziehen,
um die Preßwalzen 36 von
dem Ringabschnitt 20 des halbfertiggestellten ringförmigen Werkstückes W zu
entfernen, die Hydraulikzylinder 40 betätigt, um die Kolben 41 auszufahren,
bis die Formwalzen 46 mit der Frontkante des reduzierten
Ringabschnitts 20 des halbfertiggestellten ringförmigen Werkstückes W in
festen Kontakt gebracht sind, wie in 6A gezeigt.
Während
der Motor 3 kontinuierlich die Werkstückhalterung 4 und somit
das ringförmige
Werkstück
W und den Formdorn 7 als Ganzes bzw. als eine Einheit dreht,
beaufschlagen die Hydraulikzylinder 5 und 40 die
Kolben 6 und 41 in einer axialen Richtung entlang
der horizontalen Mittelrotationsachse L der Werkstückhalterung 4,
um die Preßwalzen 46 und
den Formdorn 7 zusammenzuhalten bzw. zu bewegen, um somit
die Wand des Ringabschnittes 20 des ringförmigen Werkstückes W zwischen
den Formwalzen 46 und dem mit einem keilförmigen Profil
versehenen Tauchformkernstab 12 des Formdornes 7 zu
quetschen bzw. zu verformen, wie es in den 6B und 7 gezeigt
ist, und zwar bis zumindest die Preßwalzen 46 das hintere
bzw. Heckende des Ringabschnittes 20 des ringförmigen Werkstückes W erreichen,
wie es in 6C gezeigt ist. Der Kolben 6 wird
des weiteren in der axialen Richtung bewegt, bis das führende bzw.
vordere Ende des mit einem keilförmigen Profil
versehenen Tauchformkernstabes 12 mit der mit einem keilförmigen Profil
versehenen Axialbohrung 4c der Werkstückhalterung 4 in Eingriff
gebracht ist. In dieser Weise wird das ringförmige Werkstück W als
das ringförmige
Bauteil 8 mit einem keilförmigen Innenprofil gebildet.
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In
dem zweiten Schritt des Profilbildungsverfahrens werden die Formwalzen 46 und
der Tauchformkernstab 12 zum Bereitstellen eines präzisen bzw.
eines genau eingestellten Abstandes zwischen sich und zur Bewegung
bei einer präzise
geregelten Geschwindigkeit gesteuert.
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Die
Vorrichtung 100 kann des weiteren mit Leerlaufwalzen zwischen
jeweils benachbarten Walzen 36, 46 bereitgestellt
sein, um somit den Ringabschnitt 20 des ringförmigen Werkstückes W davon abzuhalten,
während
den ersten und/oder zweiten Schritten ungewünschte Verformung zu erfahren.
Anstelle des Bewegens der Formwalze 46 in der axialen Richtung
kann eine Walze mit einer ausreichenden Länge verwendet werden, welche
die gesamte axiale Länge
des Innenprofilringabschnittes 10 des ringförmigen Bauteils 8 mit
einem keilförmigen
Innenprofil bedeckt. In diesem Fall wird, während die Walze in der axialen
Richtung befestigt bzw. festegelegt ist, lediglich der Formdorn 7 in
der axialen Richtung bewegt.