DE4240613C2 - Topfförmiges Werkstück mit einer axialen Innenverzahnung und einer radialen Stirnverzahnung, Verfahren zur Herstellung des Werkstücks und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkstück nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung des Werkstückes und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Topfförmige Werkstücke mit einer axialen Innenverzahnung und einer radialen Stirnverzahnung sind allgemein bekann­ te und eingesetzte Bauteile, insbesondere in Getrieben oder Kupplungen. Beispielsweise offenbart die DE-OS 27 19 765 eine Klauenkupplung, bei der ein Ringkörper, also ein topfförmiges Werkstück, mit einer axialen Innenverzahnung und einer radialen Stirnverzahnung versehen ist. Hinsichtlich der Herstellung der Innenverzahnung und Stirnverzahnung gibt dieser Stand der Technik keine Hinweise, so daß davon auszugehen ist, daß diese Klauenkupplung, ebenso wie vergleichbare, allgemein aus Metall, meist aus Stahl bestehende Werkstücke, aus einer Vorform durch spanende Bearbeitung, insbesondere Drehen und Fräsen, hergestellt ist. Dieses Herstellungsverfahren erfordert eine lange Bearbeitungszeit, die z. B. für ein gängiges Werkstück in der Größenordnung von etwa einer Stunde liegt. Zudem müssen unterschiedliche Bearbeitungsverfahren nacheinander an dem Werkstück angewendet werden, was einen hohen Vorrichtungsaufwand erfordert. Bei Werkstücken, die später im Einsatz hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, ist zudem noch eine Härtung zumindest der Verzahnungen vorzunehmen, was die Herstellung noch aufwendiger und teurer macht. Aus der DE 39 32 823 C1 ist zwar ein Verfahren zur Herstellung eines verzahnten Getriebeteiles bekannt, bei welchem der äußere Bereich eines rondenförmigen Werkstücks mittels einer Drückrolle auf ein mit einer Außenverzahnung ausgerüstetes Werkzeug umgebogen und in die Zahnnuten des Werkzeuges eingedrückt wird, jedoch gibt dieser Stand der Technik keinen Hinweis auf eine mit der Erzeugung der Innenverzahnung verbundene Erzeugung einer radialen Stirnverzahnung an demselben Werkstück.

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkstück der eingangs genannten Art anzugeben, das bei gleichen oder besseren mechanischen und betrieblichen Eigenschaf­ ten kostengünstiger herstellbar ist. Weitere Aufgaben sind die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung des Werkstückes sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Lösung des ersten Teils der Aufgabe gelingt erfin­ dungsgemäß durch ein Werkstück der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruchs 1.

Das erfindungsgemäße Werkstück ist als Drückteil schnell und damit kostengünstig herstellbar. Zudem weist es eine hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte sowie eine hohe Zähigkeit und Härte der Verzahnungen durch Kaltverfesti­ gung auf, was gute mechanische und betriebliche Eigen­ schaften sicherstellt. Außerdem kann das Werkstück bei gleicher Festigkeit und Belastbarkeit leichter ausge­ führt werden, was neben weiter verbesserten betriebli­ chen Eigenschaften auch Materialeinsparungen ergibt.

Die Lösung des zweiten Teils der Aufgabe gelingt durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 2. Das Verfahren bietet den Vorteil, daß es, ausgehend von einer einfa­ chen Vorform, die Herstellung des Werkstückes in einer einzigen Aufspannung und in einer wesentlich verkürzten Fertigungszeit, in der Praxis weniger als eine Minute, ermöglicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 3 bis 8 angegeben.

Zur Lösung des letzten Teils der Aufgabe wird eine Vor­ richtung gemäß Patentanspruch 9 vorgeschlagen. Vorteil­ haft ist diese im wesentlichen eine an sich bekannte Drückmaschine, mit welcher sich unter Verwendung eines angepaßten Drückwerkzeuges und mindestens einer geeig­ neten Drückrolle das erfindungsgemäße Werkstück schnell, einfach und mit hoher Genauigkeit herstellen läßt. Bei Verwendung von an sich bekannten Steuereinrichtungen und -programmen kann die Werkstückfertigung praktisch voll­ kommen automatisch und mit hoher Taktfolge erfolgen.

Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 10 und 11 angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Fig. 1a eine Werkstück-Vorform im Teil-Querschnitt,

Fig. 1b eine alternative Werkstück-Vorform im Teil- Querschnitt,

Fig. 2 einen Teil einer Drückmaschine während eines ersten Umform­ schrittes des Werkstücks, im Teil-Querschnitt,

Fig. 3 den Teil der Drückmaschine gemäß Fig. 2 während eines zweiten Umformschrittes des Werkstückes,

Fig. 4 das fertiggestellte Werkstück, im Teil-Quer­ schnitt,

Fig. 5 einen Teil einer Drückmaschine während eines ersten Umform­ schrittes des Werkstückes bei einem abgewandel­ ten Verfahren, im Teil-Querschnitt und

Fig. 6 den Teil der Drückmaschine gemäß Fig. 5 während eines zweiten Umformschrittes des Werkstückes in dem abgewandelten Verfahren, ebenfalls im Teil-Quer­ schnitt.

Fig. 1a der Zeichnung zeigt eine flache Ronde 1′ als Vorform für das zu erzeugende Werkstück, wobei die Ronde 1′ die Form eines flachen Kreisringes aufweist, der rota­ tionssymmetrisch zur Mittelachse 20 ist. In ihrem Zen­ trum weist die Ronde 1′ eine Durchbrechung 11 auf, die später beispielsweise zur Lagerung des Werkstücks auf ei­ ner Welle dienen kann. An die Durchbrechung 11 schließt sich nach außen hin ein Nabenbereich 10 der Ronde 1′ an; den äußeren Teil der Ronde 1′ bildet ein äußerer Randbe­ reich 12. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Ronde 1′ weist diese auf der Oberseite eine kleine Stufe auf, die zur Erleichterung der nachfolgenden Umform­ schritte dient, die aber für das Umformverfahren nicht unabdingbar ist.

Die Fig. 1b der Zeichnung zeigt eine alternative Ausfüh­ rung der Ronde 1′, deren Charakteristikum darin besteht, daß der äußere Randbereich 12 angekippt ist. Der Ankipp­ winkel beträgt hier etwa 20°; es sind aber auch kleinere oder größere Ankippwinkel möglich. Im übrigen besitzt auch diese Ronde 1′ den Nabenbereich 10 mit der zentra­ len Durchbrechung 11. Diese Ausführung der Ronde 1′, die als vorgeformte oder vorgeprägte Ronde bezeichnet werden kann, wird bevorzugt durch Pressen erzeugt, wobei dieser Preßvorgang auch in einen Stanzvorgang zum Ausstanzen der Ronde 1′ aus einer Blechtafel integriert werden kann.

In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Teil einer Drückmaschi­ ne dargestellt, wobei hier ein Drückwerkzeug 2 sichtbar ist, das aus einem ersten Drückwerkzeugteil 21 und einem zweiten Drückwerkzeugteil 22 besteht. Beide Drückwerk­ zeugteile 21, 22 sind rotationssymmetrisch zur Mittel­ achse 20 ausgebildet und koaxial zueinander ausgerich­ tet, wobei zur gegenseitigen Zentrierung ein zylindri­ scher Vorsprung des in der Fig. 2 unteren Drückwerkzeug­ teils 22 in eine entsprechende zylindrische Ausnehmung im Zentrum des oberen, ersten Drückwerkzeugteils 21 ein­ geführt ist. Zwischen den beiden Drückwerkzeugteilen 21, 22 ist die Ronde 1′ eingespannt, wobei mittels eines Drehantriebes die Ronde 1′ zusammen mit dem Drückwerk­ zeug 2 in Rotation um die Mittelachse 20 versetzbar ist. An dem oberen Drückwerkzeugteil 21 ist an dem radial äußeren, der Ronde 1′ zugewandten Teil eine erste Nega­ tiv-Verzahnung 23 ausgebildet, wobei diese hier in Form eines separat einzusetzenden ringförmigen Bauteils ausge­ bildet ist, welches außenseitig von einem weiteren ring­ förmigen Teil umgeben ist. Diese beiden ringförmigen Tei­ le sind mit dem übrigen Teil des ersten Drückwerkzeug­ teils 21 z. B. durch Verschraubung lösbar, aber verdreh­ fest verbunden. An dem in der Fig. 2 unteren, zweiten Drückwerkzeugteil 22 ist in dem oberen, radial äußeren Bereich eine zweite Negativ-Verzahnung 24 vorhanden, die ebenfalls an einem separaten ringförmigen Bauteil ausge­ bildet ist, welches lösbar mit dem übrigen Teil des zwei­ ten Drückwerkzeugteils 22 verbunden ist.

In radialer Richtung neben dem Drückwerkzeug 2 ist eine Drückrolle 3 sichtbar, die um eine Drehachse 30 drehbar ist. Die Drehachse 30 verläuft dabei parallel zur Mittel­ achse 20 des Drückwerkzeuges 2.

In dem in der Fig. 2 dargestellten ersten Verfahrens­ schritt wird die Drückrolle 3 von oben her durch axiales Fahren in Richtung des Bewegungspfeiles 31 an den Randbereich 12 der noch flachen Ronde 1′ gemäß Fig. 1a von oben her herangeführt und durch weitere Bewegung wird der Randbereich 12 der Ronde 1′ nach unten hin, d. h. zum zweiten Drückwerkzeugteil 22 hin angekippt. So­ bald dieser Ankippvorgang beendet ist, d. h. sobald der Randbereich 12 der Ronde 1′ nur noch am Außenumfang der Drückrolle 2 anliegt, wird diese aus einer Position ge­ mäß Fig. 3 nun in radialer Richtung im Sinne des Bewe­ gungspfeiles 32 nach innen zum Drückwerkzeug 2 hin be­ wegt, wobei der Randbereich 12 der Ronde 1′ plastisch umgeformt wird und dabei in die Negativ-Verzahnungen 23 und 24 am ersten und zweiten Druckwerkzeugteil 21, 22 eingedrückt wird. Hierdurch erhält die Ronde 1′ an ihrer hier oberen Flachseite eine radiale Stirnverzahnung und an ihrem Innenumfang eine axiale Innenverzahnung.

Das fertige, aus der Ronde 1′ hergestellte Werkstück 1 ist in der Fig. 4 dargestellt, wobei hier die radiale Stirnverzahnung 13 an der oberen Flachseite und die axiale Innenverzahnung 14 am Innenumfang des Werkstücks 1 deutlich sichtbar sind. Auch hier ist aus Gründen der Vereinfachung der Zeichnung lediglich die linke Hälfte des Werkstücks 1 im Schnitt dargestellt, wobei das Werk­ stück 1 auch hier rotationssymmetrisch zur Mittelachse 20 ausgebildet ist.

Während bei dem zuvor beschriebenen Umformverfahren die Drückrolle 3 sowohl eine axiale als auch eine radiale Vorschubbewegung ausführt, ist in Fig. 5 und 6 der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem die Drückrolle 3 lediglich eine radiale Zustell­ bewegung ausführt. Die Fig. 5 zeigt zunächst wieder die beiden Drückwerkzeugteile 21 und 22 des Drückwerkzeuges 2, wobei diese wieder ineinandergreifen und koaxial zu­ einander angeordnet sind und um die Mittelachse 20 in Drehung versetzbar sind. Auch hier besitzt der erste Drückwerkzeugteil 21 eine Negativ-Verzahnung 23 zur Er­ zeugung einer radialen Stirnverzahnung und das Drückwerk­ zeugteil 22 eine Negativ-Verzahnung 24 zur Erzeugung einer axialen Innenverzahnung.

Auch hier wird die Ronde 1′ zunächst bei auseinander­ gefahrenen Drückwerkzeugteilen 21, 22 auf das hier unte­ re Drückwerkzeugteil 22 aufgesetzt, woraufhin dann das erste Drückwerkzeugteil 21 und das zweite Drückwerkzeug­ teil 22 aufeinander zu bewegt werden, bis die Ronde 1′ fest zwischen diesen eingespannt ist. Diese Bewegung er­ folgt beispielsweise durch Verschiebung des ersten Drück­ werkzeugteils 21 in Richtung des Bewegungspfeiles 25. Da­ bei ist der erste Drückwerkzeugteil 21 in seinem radial äußeren Bereich mit einem zum zweiten Drückwerkzeugteil 22 hin gegenüber der Negativ-Verzahnung 23 vorspringen­ den äußeren Bereich ausgebildet, welcher dafür sorgt, daß beim Zusammenfahren der Drückwerkzeugteile 21, 22 der Randbereich 12 der Ronde 1′ nach unten hin, d. h. zum zweiten Drückwerkzeugteil 22 hin angekippt wird. Dieser angekippte Zustand der Ronde 1′ ist in der Fig. 5 darge­ stellt. Nach Abschluß des Zusammenfahrens der Drückwerk­ zeugteile 21, 22 und nach erfolgtem Ankippen des Randbe­ reiches 12 der Ronde 1′ wird die Drückrolle 3 in radia­ ler Richtung von außen nach innen an den Randbereich 12 der Ronde 1′ angedrückt, wobei unter gegenseitigem Abrol­ len der Randbereich 12 der Ronde 1′ durch Drücken pla­ stisch umgeformt wird.

Das Ergebnis dieses Umformvorganges ist in der Fig. 6 dargestellt, wobei hier die Drückrolle 3 ihre radial innere Endstellung erreicht hat. Durch den Umformvorgang mittels der Drückrolle 3 ist auch hier der Randbereich 12 der Ronde 1′ in die Negativ-Verzahnungen 23, 24 an den Drückwerkzeugteilen 21, 22 eingedrückt worden, wo­ durch die Ronde 1′ zu dem fertigen Werkstück 1 mit sei­ ner radialen Stirnverzahnung 13 und seiner axialen Innen­ verzahnung 14 umgeformt ist. Nach Auseinanderfahren der beiden Drückwerkzeugteile 21, 22 kann das fertige Werk­ stück 1 aus dem Drückwerkzeug 2 entnommen werden.

Claims (11)

1. Topfförmiges Werkstück, insbesondere Getriebe- oder Kupplungsteil, mit einer axialen Innenverzahnung und einer radialen Stirnverzahnung, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (1) ein mittels mindestens einer Drückrolle (3) aus einer in einem Drückwerkzeug (2) mit entsprechenden Negativ-Verzahnungen (23, 24) ein­ gespannten Ronde (1′) kaltumgeformtes Drückteil ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zunächst im wesentlichen flache Ronde (1′) zwischen zwei trennbaren Teilen (21, 22) eines Drückwerkzeuges (2) eingespannt wird und daß mittels radialer Zustellung mindestens einer Drückrolle (3) das Material des Randbereiches (12) der Ronde (1′) unter Verringerung deren Außendurchmessers in an dem Drückwerkzeug (2) vorhandene Negativ-Verzahnungen (23, 24) der zu er­ zeugenden Innen- und Stirnverzahnung (13, 14) einge­ drückt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ronde (1′) vor dem Drücken in ihrem äußeren Randbereich (12) angekippt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ankippen des äußeren Randbereiches (12) der Ronde (1′) in Richtung zu dem Werkzeugteil (22) mit der Negativ-Verzahnung (24) für die Innenverzahnung (14) hin erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem Einspannen in das Drückwerk­ zeug (2) das Ankippen des äußeren Randbereiches (12) der Ronde (1′) durch Pressen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ankippen mittels der mindestens einen Drückrolle (3) durch axiale Zustellung der­ selben erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ankippen mittels einer eigenen, entsprechend konturierten Drückrolle durch radiale Zustellung derselben erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ankippen durch Zusammenfahren der beiden Teile (21, 22) des trennbaren Drückwerkzeuges (2) erfolgt.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Drückmaschine mit einem in zwei Teile (21, 22) axial trennbaren, die Ronde (1′) auf nehmenden Drückwerkzeug (2) mit je einer Negativ- Verzahnung (23, 24) der zur erzeugenden Innen- und Stirnverzahnung (13, 14) des Werkstückes (1) und mit wenigstens einer zumindest radial zustellbaren Drück­ rolle (3) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Negativ-Verzahnung (24) für die Innenverzah­ nung (14) des Werkstückes (1) auf dem Außenumfang des einen Teils (22) des Drückwerkzeuges (2) und die Negativ-Verzahnung (23) für die Stirnverzahnung (13) des Werkstückes (1) auf der Stirnseite des anderen Teils (21) des Drückwerkzeuges (2) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Negativ-Verzahnungen (23, 24) tragenden Bereiche des Drückwerkzeuges (2) als ein­ zeln lösbare und auswechselbare Werkzeugelemente am übrigen Drückwerkzeug (2) gehaltert sind.