DE3715393C2 - Verfahren zum Herstellen eines eine gerade oder schräge Innenverzahnung aufweisenden, relativ dickwandigen Hohlkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, das sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, zur Herstellung von Vielkeilnaben, z.B. für Gelenkwellen, eignet.

Nachstehend sei das hier angewendete Grob-Verfahren der Kaltumformung kurz erläutert:

Im "Industrie-Anzeiger", 95 (1973), Nr. 20, Seite 393, wurde ausgeführt, daß man das Grob-Verfahren zur Erzeugung von relativ dünnwandigen, innen und außen mit ähnlichen Verzahnungen versehenen, rohrartigen Teilen einsetzen kann.

Eine besondere Ausgestaltung des Grob-Verfahrens, zur Herstellung relativ dickwandiger Werkstücke ist in der CH 5 79 427, in der FR 23 01 318 A1 und in der DE 25 49 230 A1 veröffentlicht. Hier können innen und außen unterschiedliche Verzahnungen hergestellt werden.

In beiden Fällen wird durch Kaltumformung gleichzeitig eine Außenverzahnung und eine Innenverzahnung herstellt. Dazu wird das rohrartige Werkstück auf einen passenden Dorn aufgeschoben. Dieser Dorn hat eine Außenverzahnung, welche der herzustellenden Werkstück-Innenverzahnung entspricht. Das auf den passenden Dorn aufgeschobene Werkstück erhält einen Werkstückvorschub, bei welchem es einerseits entlang seiner Werkstückachse verschoben und andererseits um seine Werkstückachse gedreht wird.

Während des Werkstückvorschubs wird das Werkstück von außen mit (der Außenverzahnung entsprechend gestalteten) ringartig profilierten Walzen bearbeitet. Dabei führt man mit jeder Walze in rascher Folge schlagartige Einzelwalzvorgänge aus. Der Ort der Einzelwalzvorgänge ist auf die Zahnteilung und den Werkstückvorschub abgestimmt.

Die Einzelwalzvorgänge führt man dabei im gleichen Sinn aus, welcher hauptsächlich in Längsrichtung der Zahnung verläuft. Mit der gleichen Walze nacheinander geführte Einzelwalzvorgänge sind dabei auf einer schraubenlinienförmigen Zone des Werkstücks angeordnet.

Die schraubenlinienförmige Zone wird durch den Werkstückvorschub bestimmt. Die in Längsrichtung der Zahnung in der gleichen Zahnlücke aufeinanderfolgenden Einzelwalzvorgänge überdecken sich teilweise hinsichtlich ihres Angriffs am Werkstück. Bei jedem Einzelwalzvorgang wird Werkstoff entlang eines jeweils relativ kleinen Werkstückabschnitts in hauptsächlich radialer Richtung in die Lücken des Dorns eingeformt.

Insbesondere bei relativ dickwandigen Produkten ist eine gute Ausformung der Innenverzahnung auch beim Grob-Verfahren manchmal problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil abzuhelfen, und das Grob-Verfahren so zu verbessern, daß eine sauber und genau ausgeformte Innenverzahnung auch bei relativ dickwandigen Hohlkörpern sicher hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Es wurde gefunden, daß man nicht nur eine bessere und genauere Ausformung der Innenverzahnung bei gleichem Kraftbedarf erhalten kann, wenn man nach dem Grob-Verfahren den Rohling, der viel Spiel gegenüber dem Dorn aufweist, im gleichen Arbeitsgang zum innen gezahnten Endprodukt kalt umformt.

Die saubere und genaue Ausformung der Innenverzahnung macht die Herstellung gerader und schräger Laufradverzahnungen von Hohlrädern in einem Arbeitsgang möglich.

Weil man den Werkstoff des Rohlings nicht nur (wie bisher) in die Zahnlücken des Dorns radial einformt, sondern den Rohling vorher (im gleichen Arbeitsgang) im Durchmesser bis an den Dorn heran verringert, ergibt sich eine Verdickung der Wandungen. Diese Wandungsverdickung bewirkt, daß der Querschnitt des fertig umgeformten Werkstückbereichs in etwa das gleiche Widerstandsmoment wie der Rohlingsquerschnitt aufweist.

Das ist beispielsweise bei Vielkeilnaben, z. B. von Gelenkwellen sehr nützlich, wo man sonst die ganzen Teile dickwandiger machen müßte, um die gleiche Belastbarkeit zu erzielen.

Das anfänglich große Spiel, ausgedrückt als halbe Differenz des Außendurchmessers des Dorns und des Innendurchmessers des Rohrteils sollte mindestens gleich der anfänglichen Rohrteil-Wandstärke sein.

Insbesondere bei Gelenkwellenteilen ist eine glatte Außenseite bevorzugt, so daß man dort nur eine Innenverzahnung vorzieht, was sich nach der Erfindung besonders günstig herstellen läßt, wobei man dann den Werkstückvorschub praktisch frei wählen kann, solange er gerade noch die gewünschte Innenverzahnung einwandfrei ergibt. Auch das ist ein unerwarteter Vorteil der Erfindung.

Andererseits lassen sich aber auch zusätzliche Außenverzahnungen und andere Außenprofile erzeugen, wobei diese nicht die gleiche Teilung und auch nicht die gleiche Richtung wie die Innenverzahnung aufzuweisen brauchen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Einzelwalzvorgänge in an sich bekannter Weise immer so geführt werden, daß sie gleichzeitig von gegenüberliegenden Seiten am Werkstück angreifen. Das fördert die Zentrierung des Werkstücks, ohne komplizierte Maßnahme erforderlich zu machen.

Zusätzlich zur verbesserten Ausformung der Innenverzahnung bei gleichem Kraftbedarf erhält man gleichzeitig noch eine Vergrößerung der Wandstärke, was der Belastbarkeit entgegenkommt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, wobei Dimensionsverhältnisse nur mit Rücksicht auf die Darstellbarkeit gewählt wurden und keineswegs für die Praxis repräsentativ sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Grobsche Vorrichtung kurz vor dem Ende eines Walzvorgangs an einem Rohr,

Fig. 2 einen gegenüber Fig. 1 verkürzt und vergrößert dargestellten horizontalen Längsschnitt durch das Rohr mit Spannteilen und zwei Walzen,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1, zur beispielsweisen Demonstration der Antriebsverhältnisse, und

Fig. 4 einen nur teilweise schraffierten Schnitt nach Linie IV-IV aus Fig. 2, welcher hinsichtlich der Durchmesserverhältnisse von Werkstück und Dorn verändert vergrößert ist.

Die in Fig. 1 dargestelle Grobsche Vorrichtung 1 weist eine längs, im Sinne des Pfeiles L, und drehend, im Sinne des Pfeils R, programmiert bewegbare Spindel 2 mit Spannzange 20 auf.

Der lineare Längsantrieb der Spindel 2 erfolgt durch den Motor 21 über Getriebe 22, während der Rotationsantrieb vom Motor 23 mit Getriebe 24 abgeleitet wird. Die Motoren 21 und 23 können über (nicht dargestellte mechanische oder elektrische Mittel) in bekannter Weise gesteuert und allenfalls auf den Walzenantrieb (Fig. 3) abgestimmt werden.

Der Spindel 2 ist ein Spitzenhalter 3 als Gegenhalter zugeordnet.

In der Spannzange 20 ist gleichzeitig der außen zahnradartig gezahnte Dorn 4 und das Werkstück 5 eingespannt, während der Spitzenhalter 3 nur den Dorn 4 stützt, der seinerseits dem Werkstück als zusätzliche Stütze dient, sobald der Walzvorgang begonnen hat.

Hohlzylindrische Rohlinge 50 haben noch Rohlingsmasse, während der bearbeitete Werkstückabschnitt 51 bereits Produktmasse aufweist, worauf noch hinsichtlich der Fig. 2 und 4 zurückgekommen wird.

Die im Sinne der Pfeile K rotierend angetriebenen Walzköpfe 6 tragen in ihnen drehbar gelagerte und in an sich bekannter Weise antreibbare Walzen 7. Es greifen immer zwei Walzen 7 von verschiedenen Seiten gleichzeitig am Werkstück 5 an, so daß es auch während der Bearbeitung stabil gestützt ist.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Walzköpfe 6 durch Gelenkwellen 60 und Getriebe 61 vom Motor 62 synchron antreibbar. Der Motor 62 kann hinsichtlich Drehzahl mit den Motoren 21 und 23 nötigenfalls abgestimmt werden, was aber hier nicht erforderlich ist, weil keine Außenverzahnung gewalzt werden soll.

Die in Fig. 2 und 4 ersichtliche Außenverzahnung 40 des Dorns 4 entspricht der Innenverzahnung 52 des Werkstücks 5 in dessen Abschnitt 51.

Das in Fig. 2 eingezeichnete große Spiel S, das hier bei weitem größer als die Wandstärke RW des Rohlings 50 ist, ergibt sich als halbe Differenz des Außendurchmessers DA des Dorns 4 und des Innendurchmessers DI des Rohlings 50.

Dieses Spiel wird in dem Arbeitsgang aufgehoben, in welchem die Innenverzahnung ausgebildet wird.

Das befürchtete Unrundwerden des Werkstücks 5 tritt nicht ein. An die Stelle des nachteiligen Aufweitens tritt eine Reduktion des Durchmessers, wobei nicht eine Wandstärkenverdünnung (wegen der Zahnausbildung) sondern sogar eine Wandstärkensteigerung eintreten kann.

Die Ursache für die bessere Ausformung der Innenzahnung 52 bei gleichem Kraftbedarf ist darin zu suchen, daß sich eine bessere Umformwirkung ergibt, weil die Umformzonen in den Übergangsbereichen 53 zwischen dem Rohling 50 und dem Werkstückabschnitt 51 des Werkstücks 5 kleiner und damit die spezifischen Umformdrücke größer sind, als bei der üblichen Vorgehensweise, wo der Rohling 50 mit marginalem Spiel auf dem Dorn aufgeschoben wird. Diese Besonderheit der Erfindung wird in Fig. 2 gezeigt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines eine gerade oder schräge Innenverzahnung aufweisenden, relativ dickwandigen Hohlkörpers, insbesondere eines Gelenkwellenteils, bei welchem ein hohlzylindrischer Rohling auf einem Dorn, der eine Außenverzahnung aufweist, welche der herzustellenden Innenverzahnung entspricht, kalt umgeformt wird, wobei während des Werkstückvorschubs das Werkstück entlang seiner Werkstückachse verschoben, um seine Werkstückachse gedreht und von außen mit ringartig profilierten Walzen über schlagartige Einzelwalzvorgänge bearbeitet wird (Grob-Verfahren), dadurch gekennzeichnet, daß ein anfängliches großes Spiel (S), welches mindestens gleich der anfänglichen Rohrteil-Wandstärke (RW) und als halbe Differenz des Dorn-Außendurchmessers (DA) und des anfänglichen Rohrteil-Innendurchmessers (DI) definiert ist und anfänglich zwischen Dorn (4) und hohlzylindrischem Rohling (50) besteht, in dem Arbeitsgang aufgehoben wird, in welchem die vollständige Ausbildung der Innenverzahnung (52) durch an sich bekanntes Einformen von Wandungsmaterial des hohlzylindrischen Rohlings (50) in Zahnlücken (41) des Dorns (4) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Innenverzahnung (52) und wenigstens eine angenähert glatte Außenoberfläche des Werkstücks erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Innenverzahnung eine in Form und/oder Richtung und/oder Teilung von der Innenverzahnung abweichende Außenverzahnung oder eine andere Außenprofilierung erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelwalzvorgänge in an sich bekannter Weise stets so geführt werden, daß sie von gegenüberliegenden Seiten gleichzeitig auf das Werkstück einwirken.