DE3639739C2 - Verfahren, Ausgangsmaterial und Vorrichtung zum Herstellen eines eine Innenverzahnung aufweisenden topfförmigen Erzeugnisses - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines eine Innenverzahnung aufweisenden topfförmigen Erzeugnisses mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wie aus der JP 58-48 258 B2 bekannt ist, ferner auf ein topfförmiges Ausgangsmaterial zur Durchführung eines solchen Verfahrens und weiter auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines eine Innenverzahnung aufweisenden topfförmigen Erzeugnisses mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3, wie sie ebenfalls aus der JP 58-48 258 B2 bekannt ist.

Nach der JP 58-48 258 B2 wird eine Form mit einer unten durch einen inneren Stempel abgeschlossenen Ausnehmung, ein topfförmiges Ausgangsmaterial mit dem Boden nach unten so eingelegt, daß es auf dem inneren Stempel aufliegt und auf seiner ganzen Länge von der Form umschlossen ist. In die Öffnung des topfförmigen Ausgangsmaterials wird von oben ein weiterer Stempel mit einer Außenverzahnung eingepreßt. Der Durchmesser der Außenverzahnung ist größer als der innere Durchmesser des Ausgangsmaterials.

Das Zahnprofil ist stirnseitig kegelig abgefast und mündet mit der Abfasung in einen kurzen zylindrischen Teil. Daher kann die wirksame Länge der erzeugten Verzahnung nur einen Teil der Tiefe des topfförmigen Ausgangsmaterials ausnutzen. Infolge des besonderen angewandten Fließpreßverfahrens wird der obere Stempel stark beansprucht und abgenutzt, so daß seine Lebensdauer gering ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, dessen Erzeugnis eine volle Länge der Verzahnung aufweist und bei dem das Werkzeug geschont wird und daher eine größere Lebensdauer hat. Außerdem ist ein topfförmiges Ausgangsmaterial und eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen.

Gelöst werden diese Aufgaben durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 3.

Das DE-GM 17 56 116 zeigt anhand eines napfförmigen Rades mit profilgetreuer Innenverzahnung ein Verfahren zur Herstellung eines eine Innenverzahnung aufweisenden topfförmigen Erzeugnisses, wobei ein topfförmiges Ausgangsmaterial zwischen ein ringförmiges Werkzeug und einen ein Zahnformungsprofil aufweisenden inneren Stempel gelegt wird. Das Verzahnungsprofil wird durch die axiale Bewegung des inneren Stempels gegen das ringförmige Werkzeug in die innere Umfangswand des Ausgangsmaterials eingeformt, wobei das einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Zahnformungsprofils aufweisende Ausgangsmaterial auf den inneren Stempel aufgesetzt wird und dieser das Ausgangsmaterial so in das ringförmige Werkzeug hineinpreßt, daß seine Umfangswand durch eine ringförmige Einschnürung des Werkzeugs nach innen gepreßt wird.

Aus der DE-OS 34 33 515 ist es bekannt, ein Rohr mit einem inneren Zahnprofil zu versehen, indem das rohrförmige Ausgangsmaterial von einem einzigen Formwerkzeug nach unten gezogen und dabei durch eine Einschnürung in der Form so nach innen gepreßt wird, daß sich das Zahnprofil des Formwerkzeugs in das Ausgangsmaterial hineinpreßt und so das Zahnprofil formt.

Anhand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung einer Form eines Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. 2(a) bis (e) veranschaulichten in Längsschnitten den Ablauf eines Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. 3(a) bis (c) veranschaulichen in Längsschnitten verschiedene Verfahrensweisen zur Herstellung eines wesentlichen Teiles eines topfförmigen Ausgangsmaterials in der Endstufe einer Druckausübung.

Fig. 4(a) bis (c) veranschaulichen in Längsschnitten entsprechende Verfahrensweisen bei der Bildung eines wesentlichen Teiles des topfförmigen Ausgangsmaterials in der Enddruckstufe, wenn zuvor in dem Ausgangsmaterial eine Austrittsnut gebildet worden ist.

Fig. 5(a) bis (c) veranschaulichen in Längsschnitten entsprechende Betriebsweisen bei der Bildung eines wesentlichen Teiles des topfförmigen Ausgangsmaterials in der Enddruckstufe, wenn ein unterer Druckstempel mit einem Ansatz vorgesehen ist.

Nach Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung eine Form 4, die an ihrer Innenseite mit einer ringförmigen Einschnürung 4a versehen ist und die über obere und untere feststehende Ringe 3 an einer Rückplatte 2 an einem Formhalter 1 angebracht ist. Ein stirnseitiger Stempel 5 ist oberhalb der Form 4 angebracht. Ein innerer Stempel 6 ist in der Form 4 untergebracht und ist an seiner Außenseite mit einem Zahnformungsprofil 6a versehen. Darüber hinaus ist der Stempel 6 in einem aufrechtstehenden Lager in einer Tragplatte 8 aufgenommen, die eine Vielzahl von zylindrischen Federn 7 umfaßt, die beispielsweise aus Urethan bestehen. Damit kann der innere Stempel 6 entgegen der Wirkung der Federn 7 nach unten bewegt werden. Im übrigen wird unten der innere Stempel 6 dadurch abgebremst, daß die Tragplatte 8 in Anlage an einen Stopper 9 gebracht wird, der an dem Formhalter 1 vorgesehen ist. Mit dem Bezugszeichen 10 sind Auswerfstifte bezeichnet, die so durch den inneren Stempel 6 geführt sind, daß sie in Längsrichtung nach oben und nach unten gleitbar bewegt werden können. Mit dem Bezugszeichen 11 ist ein Anschlag bezeichnet, mit dem die Federn 7 eingestellt werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein Verfahren nach der Erfindung unter Verwendung der vorstehend erläuterten Vorrichtung beschrieben.

Wie in Fig. 2(a) veranschaulicht, wird zunächst ein topfförmiges Ausgangsmaterial w auf einen oberen Endteil des inneren Stempels 6 aufgelegt, und zwar so, daß seine Umfangswand nach unten gerichtet ist.

Sodann wird der stirnseitige Stempel 5 derart abgesenkt, daß, sich in Fig. 2(b) ein Boden des Ausgangsmaterials w zwischen die beiden Stempel 5, 6 gebracht und zwischen diesen von oben und unten her festgehalten. So wird der innere Stempel 6 gegen die Wirkung der Federn 7 abgesenkt, und die Umfangswand des Ausgangsmaterials w wird, siehe Fig. 2(c), in die ringförmige Einschnürung 4a der Form 4 eingedrückt. So wird das Metall der Umfangswand des Ausgangsmaterials w durch den von oben her ausgeübten Druck nach unten extrudiert, während es durch die ringförmige Einschnürung 4a nach innen gequetscht wird. Damit wird eine Vorwärts-Extrusionsformung vorgenommen, wodurch eine Innenverzahnung wa entsprechend dem Zahnnformungsprofil 6a auf der Innenumfangsseite des topfförmigen Ausgangsmaterials w gebildet.

Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Metalls des Ausgangsmaterials höher wird als die Absenkgeschwindigkeit des stirnseitigen Stempels 5, wird gemäß auf den inneren Stempel 6 eine durch dessen Reibung mit dem sich bewegenden Metall des Ausgangsmaterials hervorgerufene, nach unten gerichtete Druckkraft ausgeübt. Infolgedessen wird der innere Stempel 6 nach unten abgesenkt und zwar mit einer höheren Geschwindigkeit, als der stirnseitige Stempel 5. Die Kraft zum Festhalten des Bodens des Ausgangsmaterials w durch die beiden Stempel 5, 6 ist damit vermindert, und demgemäß krümmt sich der Boden ggf. kugelförmig aus, weshalb ein genaues Innenzahnrad nicht gebildet werden könnte. Demgemäß wird als Gegenmaßnahme die elastische Kraft der Federn 7 so festgelegt, daß sie stärker ist als die nach unten gerichtete Druckkraft, wodurch ein Absinken der den bodenseitigen Wandteil durch die beiden Stempel 5, 6 festhaltenden Kraft verhindert werden kann.

Nach dem Extrusionsvorgang wird der stirnseitige Stempel 5 angehoben, und sodann wird der untere Stempel 6 ebenfalls in eine bestimmte Position angehoben, siehe Fig. 2(d). Die Auswerfstifte 10 sind dabei für eine Herausnahme des Erzeugnisses angehoben, siehe Fig. 2(e).

Darüber hinaus bleibt im Zuge dieses Extrusionsvorgangs ein Ausnehmungsbereich a an einer offenen unteren Ecke des Innenzahnrades wa zurück, siehe Fig. 3(a). Um diesen Ausnehmungsbereich a mit Metall auszufüllen, wenn der stirnseitige Stempel 5 aus dem Zustand nach Fig. 3(a) weiter abgesenkt wird, kommt es häufig vor, daß, wie Fig. 3(b) zeigt, überschüssiges Metall b von der offenen unteren Ecke des topfförmigen Ausgangsmaterials w aus nach innen hineinragt, während der innere Stempel 6 nach unten gedrückt wird. Wenn dieser die unterste Stellung erreicht, die durch den Stopper 9 festgelegt ist, und das Ausgangsmaterial w mit einem Enddruck abgegeben wird, würde das überschüssige Metall b in den Boden des topfförmigen Ausgangsmaterials w eingedrückt, womit das Erzeugnis beschädigt bzw. zerstört würde.

Als eine präventive Maßnahme könnte in diesem Falle die Kraft der Federn 7 derart erhöht werden, daß eine Absenkung des inneren Stempels 6 durch das Vorstehen des überschüssigen Metalls b verhindert ist. Diese Maßnahme ist jedoch nicht vorteilhaft, da, wenn die Federkraft erhöht wird, die Formungskraft bzw. Formungsbelastung auf ein ungünstiges Ausmaß ansteigt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur vorteilhaften Lösung dieses Problems erläutert werden.

Das Ausgangsmaterial w ist zuvor in seinem unteren Eckenöffnungsbereich mit einer Austrittsnut wb versehen, so daß in der Enddruckstufe das überschüssige Metall b in der Austrittsnut wb aufgenommen werden kann, siehe Fig. 4(c), wenn der stirnseitige Stempel 5 weiter aus dem Zustand abgesenkt wird, in welchem der Ausnehmungsbereich a ungefüllt zurückbleibt, siehe Fig. 4(a) und sogar dann, wenn das überschüssige Metall b vorsteht, währenddessen der innere Stempel 6 nach unten gedrückt wird, siehe Fig. 4(b). Dadurch kann verhindert werden, daß das überschüssige Metall b in den Boden des Erzeugnisses eingedrückt wird.

Wenn eine obere Stirnfläche des inneren Stempels 6 flach ist, dann neigt das obere Ende des Zahnbildungsprofils 6a zur Abnutzung, so daß eine perfekte Innenzahnung, bis zum Boden des topfförmigen Produkts hin nicht erzielt werden kann.

Zur Behebung dieses Problems wird nunmehr die in Fig. 5 gezeigte modifizierte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Dabei ist ein Vorsprung 6b mit einem abgefasten Bereich 6c an seinem Umfang längs eine Umfangskante der flachen Stirnfläche des inneren Stempels 6 derart vorgesehen, daß dann, wenn das Ausgangsmaterial w darauf aufgelegt wird, der betreffende Vorsprung 6b in die Austrittsnut wb so eingeführt werden kann, daß auf der Innenseite des Vorsprungs 6b ein Spalt zurückbleibt, siehe Fig. 5(a). Wenn somit der stirnseitige Stempel 5 aus der Stellung weiter abgesenkt wird, in der der Ausnehmungsbereich a ungefüllt zurückbleibt, kann das überschüssige Metall b in dem Spalt aufgenommen werden, der an der Innenumfangsseite des Vorsprungs 6b in der Endstufe zurückbleibt, in dem sich das überschüssige Metall über den Vorsprung 6b hinweg bewegt, siehe Fig. 5(b). Bei dieser Ausführungsform kann die Bewegung des Metalls durch den abgefasten Bereich 6c erleichtert werden. Eine Abnutzung des oberen Endes des Zahnbildungsprofils wird so verhindert. Die Innenverzahnung kann sich so bis zum Boden des topfförmigen Produkts hin erstrecken.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines eine Innenverzahnung aufweisenden topfförmigen Erzeugnisses, wobei ein topfförmiges Ausgangsmaterial mit zylindrischer innerer Umfangswand in die Bohrung einer Matrize zwischen einem sich stirnseitig an den Boden des Ausgangsmaterials anlegenden Stempel und einem ein Zahnformungsprofil für die Innenverzahnung aufweisenden inneren Stempel eingelegt wird und wobei durch relative axiale Bewegung wenigstens eines der beiden Stempel die Innenverzahnung in die innere Umfangswand des Ausgangsmaterials eingeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Zahnformungsprofils (6a) aufweisende Ausgangsmaterial (w) über den inneren Stempel (6) mit dem Zahnformungsprofil (6a) gestülpt wird und mit dem stirnseitig am Boden des Ausgangsmaterials (w) anliegenden Stempel (5) durch die in der Bohrung eine ringförmige Einschnürung (4a) aufweisende Matrize (4) gepreßt wird, wobei während des Formgebungsprozesses der Boden des Ausgangsmaterials (w) zwischen dem Stempel (5) und dem inneren Stempel (6) gepreßt gehalten wird.

2. Topfförmiges Ausgangsmaterial zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es an seinem bodenseitigen Eckteil mit einer Austrittsnut (wb) für ausweichendes Material versehen ist.

3. Vorrichtung zum Herstellen eines eine Innenverzahnung aufweisenden topfförmigen Erzeugnisses mit einem sich stirnseitig außen an ein topfförmiges Ausgangsmaterial mit zylindrischer innerer Umfangsswand in der Bohrung einer Matrize anlegenden Stempel und einem ein Zahnformungsprofil für die Innenverzahnung aufweisenden inneren Stempel, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Zahnformungsprofils (6a) des inneren Stempels (6) kleiner ist als der Innendurchmesser des Wandteils des topfförmigen Ausgangsmaterials (w) und daß der stirnseitige Stempel (5) oben und der innere Stempel (6) unten längsverschieblich in einer Bohrung einer Form (4) angeordnet sind, welche eine ringförmige innere Einschnürung (4a) zum Einpressen des Wandteils des Ausgangsmaterials (w) in das Zahnformungsprofil (6a) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Stempel (6) an einem Umfangskantenbereich seiner oberen Endseite mit einem ringförmigen Vorsprung (6b) versehen ist, dessen eine Umfangskante abgefast ist.