EP2282854A1 - Rollumformverfahren zur herstellung von längsverzahnten profilkörpern in topfförmigen zylindrischen werkstücken - Google Patents

Rollumformverfahren zur herstellung von längsverzahnten profilkörpern in topfförmigen zylindrischen werkstücken

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EP2282854A1
EP2282854A1 EP09761616A EP09761616A EP2282854A1 EP 2282854 A1 EP2282854 A1 EP 2282854A1 EP 09761616 A EP09761616 A EP 09761616A EP 09761616 A EP09761616 A EP 09761616A EP 2282854 A1 EP2282854 A1 EP 2282854A1
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EP
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rolling
workpiece
shaped cylindrical
roll forming
pot
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Peter Hoehne
Martin Meyer
Andreas Essl
Ralf Fischer
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ZF Friedrichshafen AG
Allgaier Werke GmbH and Co KG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B21H5/025—Internally geared wheels

Definitions

  • the present invention relates to a Rollumformmaschinen for the production of longitudinally toothed profiled bodies in cup-shaped cylindrical workpieces according to the preamble of patent claim 1.
  • a method for the production of profiled bodies is apparent in the context of which a rolling tool is used to produce the workpiece from a blank having a smooth outer contour by means of a press, wherein each press stroke forms a workpiece from a blank. It is provided that a rolling operation is carried out at each press stroke, in which along the circumference of the workpiece to be machined regularly and at a uniform angle to each other arranged profile rollers press the desired outer profile in the lateral surface of the workpiece.
  • the grooves produced according to the method of the respective profile rollers are equal to each other, with a paragraph-free outer contour can be achieved.
  • the rotation and thus the rolling of the profile rollers produced only by the forces acting during the forming forces between a workpiece and a profile roller, whereby a non-definable slip of the profile roller relative to the workpiece is formed, which is irregular in a longitudinal direction executed profile in Measurement inaccuracy results. Furthermore, when retracting the profile roller into the material, a zone is created in which the tooth flank is not completely formed.
  • the Rollumform compiler is started in a transfer press on the bottom of the cup-shaped cylindrical workpieces, which process due to material flows from the head into the flanks and into the tooth flow, whereby in the region of the pot bottom, a defective Zahnausformung occurs.
  • WO 2006/066525 A1 proposes a method for producing longitudinal grooves in cylindrical workpieces using a roll forming method with a preceding preforming method, wherein material accumulations in the corner regions of the blank can be realized by means of the preforming method.
  • material is accumulated at the points of the blank at which the profile rollers dive into the material during the actual roll forming, so that optimized profile support shares and sheet thicknesses can be achieved for the roll forming process.
  • Embossing and / or upsetting processes can be carried out here as a preforming process.
  • compression or regression may result in dimensional problems on the gearing.
  • a tool for sheet metal forming is known from EP 0728 540 A1, in particular for a press, in order to provide a shaped part made of sheet metal with a tooth-shaped or wave-shaped profile.
  • the known tool has a tool lower part and an upper tool part, which cooperate for forming the molded part, wherein the forming takes place in one operation and for forming the tooth-shaped or wave-shaped profile forming rollers are provided, which are arranged directed to the molding on a circumference.
  • the forming rollers are designed in addition to the frictional engagement with the molding with a drive that drives them around their own axes.
  • DE 102006025034 A1 discloses a method for producing longitudinal grooves in cylindrical workpieces, in which a profile is produced on the circumference of the workpiece by means of concentrically arranged profile segment disks.
  • the profile segment discs are moved at any time of the forming process by a drive;
  • the drive is independent of the rolling movement of the profile segment discs on the workpiece.
  • the present invention has for its object to provide a Rollumformmaschinen for the production of longitudinally toothed profiled bodies in cup-shaped cylindrical workpieces, by its implementation, the usable profile of the spline is maximized.
  • the tooth formation in the region of the bottom of the workpiece is to be optimized and the described disadvantageous material feed on the tooth head to be largely reduced.
  • a Rollumform compiler in which the cup-shaped cylindrical workpiece is driven in a first rolling stage according to the prior art with the ground first by a rolling stage, preferably in this first rolling the tooth heads is rolled in a predetermined small extent, whereby the Workpiece remains approximately cylindrical.
  • the overrolling step avoids bulging the workpiece during the process.
  • the pot-shaped cylindrical workpiece is then moved with its open end first through at least one further rolling stage;
  • the workpiece which is usually designed as a sheet metal pot, is driven through two further rolling stages.
  • the material flows towards the bottom and forms the teeth there optimally.
  • a plate carrier in the bottom region has an optimal tooth formation, in which lamellae can be accommodated.
  • the load-bearing profile begins at the bottom of the pot-shaped cylindrical sheet metal part, wherein the same number of rolling steps is required, as in the prior art.
  • the arrangement of a cup-shaped cylindrical sheet metal part 1 is shown in each rolling A, B, C, wherein the arrow 2 illustrates the direction in which the sheet metal part 1 is driven by the corresponding rolling stage.
  • a section is shown in each case perpendicular to the longitudinal axis of the sheet metal part 1 after the respective rolling stage or the respective rolling process, wherein a detailed view of the area marked by the circle 4 after each rolling stage is the subject of the lower part of the figure.
  • the prior art sheet metal part Prior to the start of the roll forming process, the prior art sheet metal part is processed by drawing, ironing and / or punching.
  • the sheet metal part 1 is driven to the bottom 3 first by the rolling stage at the beginning of Rollumformhabilits during the rolling process A, wherein in the context of a development of the invention in this first rolling the tooth head in a predetermined Measure is rolled, whereby the sheet metal part 1 remains approximately cylindrical.
  • the sheet metal part 1 is then driven in the context of the rolling process B with its open end first by a second rolling stage, as illustrated by the middle upper part of the figure. By doing so, the material flows toward the bottom of the sheet metal part 1 and optimally shapes the teeth there.
  • a third rolling operation C the sheet metal part 1 is again driven with its open end first through a rolling stage, as can be seen from the upper right part of the figure to obtain an optimal deformation of the sheet metal part.

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Description

Rollumformverfahren zur Herstellung von länqsverzahnten Profilkörpern in topfförmiqen zylindrischen Werkstücken
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Rollumformverfahren zur Herstellung von längsverzahnten Profilkörpern in topfförmigen zylindrischen Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der Fertigung von Profilkörpern, wie beispielsweise von Lamellenträgern von Schaltelementen oder ähnlichen Werkstücken umfassend eine zylindrische Grundstruktur sind die erzielbare Genauigkeit und Oberflächenqualität von besonderer Bedeutung.
Aus der DE 20 17 709 A1 der Anmelderin geht ein Verfahren zur Herstellung von Profilkörpern hervor, im Rahmen dessen ein Rollwerkzeug verwendet wird, um das Werkstück aus einem Rohling mit glatter Außenkontur mittels einer Presse herzustellen, wobei jeder Pressehub aus einem Rohling ein Werkstück ausformt. Hierbei ist vorgesehen, dass bei jedem Pressehub ein Walzvorgang durchgeführt wird, bei dem entlang des Umfanges des zu bearbeitenden Werkstückes regelmäßig und mit einheitlichem Winkel zueinander angeordnete Profilrollen das gewünschte Außenprofil in die Mantelfläche des Werkstückes eindrücken. Die verfahrensgemäß von den jeweiligen Profilrollen hergestellten Nuten sind untereinander gleich, wobei eine absatzfreie Außenkontur erreicht werden kann.
In nachteiliger Weise wird bei dem bekannten Verfahren die Drehung und somit das Abrollen der Profilrollen nur durch die bei der Umformung wirkenden Kräfte zwischen einem Werkstück und einer Profilrolle erzeugt, wodurch ein nicht definierbarer Schlupf der Profilrolle gegenüber dem Werkstück entsteht, was bei einem in Längsrichtung unregelmäßig ausgeführten Profil in Maßungenauigkeiten resultiert. Ferner entsteht beim Einfahren der Profilrolle in das Material eine Zone, in der die Zahnflanke nicht vollständig ausgebildet ist.
In der DE 195 06 391 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Profilkörpern beschrieben, im Rahmen dessen die Profilrollen derart angetrieben werden, dass die Umfanggeschwindigkeit im Umformbereich mit der Geschwindigkeit des Werkstückes übereinstimmt, wodurch der Schlupf zwischen den Profilrollen und den Werkstücken weitgehend vermieden wird; in nachteiliger Weise ist zur Durchführung des Verfahren ein aufwendiger und teurer konstruktiver Aufbau erforderlich.
Üblicherweise wird das Rollumformverfahren in einer Stufenpresse am Topfboden der topfförmigen zylindrischen Werkstücke begonnen, wobei verfahrensbedingt Material aus dem Kopf in die Flanken und in den Zahnfluss fließt, wodurch im Bereich des Topfbodens eine mangelhafte Zahnausformung auftritt.
Um dieses Problem zu lösen, ist im Rahmen der WO 2006/066525 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrischen Werkstücken unter Verwendung eines Rollumformverfahrens mit vorgeschaltetem Vorform- verfahren vorgeschlagen, wobei mittels des Vorformverfahrens Materialanhäufungen in den Eckbereichen des Rohlings realisierbar sind. Dadurch wird Material an den Stellen des Rohlings angehäuft, an denen bei der eigentlichen Rollumformung die Profilrollen in das Material eintauchen, so dass optimierte Profiltraganteile und Blechdicken für das Rollumformverfahren erzielt werden können. Als Vorformverfahren können hierbei Prägeverfahren und/oder Stauchverfahren durchgeführt werden. Nach Beendigung des Rollumformverfahrens kann jedoch ein Stauchen bzw. Zurückprägen in Maßproblemen an der Verzahnung resultieren. Des weiteren ist aus der EP 0728 540 A1 ein Werkzeug zur Blechumformung bekannt, insbesondere für eine Presse, um ein Formteil aus Blech mit einem zahnförmigen oder wellenförmigen Profil zu versehen. Das bekannte Werkzeug weist ein Werkzeugunterteil und ein Werkzeugoberteil auf, die zur Umformung des Formteils zusammenwirken, wobei das Umformen in einem Arbeitsgang erfolgt und zum Ausbilden des zahnförmigen oder wellenförmigen Profils Formrollen vorgesehen sind, die zum Formteil gerichtet auf einem Kreisumfang angeordnet sind. Hierbei sind die Formrollen in Ergänzung des Reibschlusses mit dem Formteil mit einem Antrieb ausgestaltet, der sie um die eigenen Achsen antreibt.
Aus der DE 102006025034 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrische Werkstücke bekannt, bei dem mittels konzentrisch angeordneten Profilsegmentscheiben ein Profil am Umfang des Werkstückes erzeugt wird. Hierbei werden die Profilsegmentscheiben zu jedem Zeitpunkt des Umformvorganges durch einen Antrieb bewegt; der Antrieb ist unabhängig von der Abwälzbewegung der Profilsegmentscheiben auf dem Werkstück.
Bei der Serienfertigung von verzahnten Lamellenträgern aus einem gezogenen Blechzylinder nach dem Stand der Technik wird das Werkstück mit der geschlossenen Fläche d.h. den Boden des Zylinders durch die Rollstufen gefahren, wobei die freidrehenden Profilrollen das Material an den Rollstempel andrücken, sodass dieser die gewünschte Zahnform erhält. Um das Endprofil zu erhalten, sind mindestens zwei Rollstufen notwendig, da sonst das Material dieser Umformung nicht standhält und reißt; in der Regel umfasst ein derartiges Rollumformverfahren drei Rollstufen.
Hierbei entsteht der Nachteil, dass am Übergang vom Boden zum Zahnkopf viel Material in Richtung auf das offene Ende einfällt, was bedeutet, dass am Zahnkopf ein Materialeinzug entsteht, der bei derartigen Umformvorgängen üblich ist. Demnach beginnt das nutzbare Profil, d. h. die fertige Zahnausformung nicht im Bereich des Bodens, sondern einige Millimeter oberhalb des Bodens, was darin resultiert, dass die Lamellenträger entsprechend länger ausgeführt werden müssen, um die geforderte Anzahl von Lamellen formschlüssig tragen zu können. Dies wiederum resultiert in einer unerwünschten Erhöhung der Getriebebaulänge sowie des Getriebegewichts.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rollumformverfahren zur Herstellung von längsverzahnten Profilkörpern in topfförmigen zylindrischen Werkstücken anzugeben, durch dessen Durchführung das nutzbare Profil der Längsverzahnung maximiert wird. Insbesondere soll die Zahnausformung im Bereich des Bodens des Werkstücks optimiert und der beschriebene nachteilige Materialeinzug am Zahnkopf weitgehend reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung geht aus dem Unteranspruch hervor.
Demnach wird ein Rollumformverfahren vorgeschlagen, im Rahmen dessen das topfförmige zylindrische Werkstück in einer ersten Rollstufe nach dem Stand der Technik mit dem Boden zuerst durch eine Rollstufe gefahren wird, wobei vorzugsweise bei diesem ersten Rollvorgang die Zahnköpfe in einem vorgegebenen geringem Maß überwalzt wird, wodurch das Werkstück annähernd zylindrisch bleibt.
Durch den Schritt der Überwalzung wird ein Austulpen des Werkstücks während der Durchführung des Verfahrens vermieden. Das topfförmige zylindrische Werkstück wird anschließend mit seinem offenen Ende zuerst durch zumindest eine weitere Rollstufe gefahren; vorzugsweise wird das in der Regel als Blechtopf ausgeführte Werkstück durch zwei weitere Rollstufen gefahren. Durch diesen Vorgang fließt das Material in Richtung Boden und formt dort die Zähne optimal aus. Durch diese Vorgehensweise weist z.B. ein Lamellenträger im Bodenbereich eine optimale Zahnausformung auf, in der Lamellen aufgenommen werden können.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption beginnt das tragende Profil am Boden des topfförmigen zylindrischen Blechteils, wobei die gleiche Anzahl an Rollstufen benötigt wird, wie nach dem Stand der Technik.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figur beispielhaft näher erläutert.
Im oberen Teil der Figur ist die Anordnung eines topfförmigen zylindrischen Blechteils 1 bei jedem Rollvorgang A, B, C gezeigt, wobei der Pfeil 2 die Richtung veranschaulicht, in die das Blechteil 1 durch die entsprechende Rollstufe gefahren wird. Im mittleren Teil der Figur ist jeweils ein Schnitt senkrecht zur Längsachse des Blechteils 1 nach der jeweiligen Rollstufe bzw. dem jeweiligen Rollvorgang gezeigt, wobei eine Detailansicht des durch den Kreis 4 markierten Bereiches nach jeder Rollstufe Gegenstand des unteren Teils der Figur ist. Vor dem Beginn des Rollumformverfahrens wird das Blechteil nach dem Stand der Technik durch Ziehen, Abstrecken und/oder Lochen bearbeitet.
Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf den linken oberen Teil in der Figur wird zu Beginn des Rollumformverfahrens beim Rollvorgang A das Blechteil 1 mit dem Boden 3 zuerst durch die Rollstufe gefahren, wobei im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung bei diesem ersten Rollvorgang der Zahnkopf in einem vorgegebenen Maß überwalzt wird, wodurch das Blechteil 1 annähernd zylindrisch bleibt. Das Blechteil 1 wird anschließend im Rahmen des Rollvorgangs B mit seinem offenen Ende zuerst durch eine zweite Rollstufe gefahren, wie anhand des mittleren oberen Teils der Figur veranschaulicht. Durch diese Vorgehensweise fließt das Material in Richtung auf den Boden des Blechteils 1 und formt dort die Zähne optimal aus.
In einem nächsten Schritt wird im Rahmen eines dritten Rollvorgangs C das Blechteil 1 erneut mit seinem offenen Ende zuerst durch eine Rollstufe gefahren, wie aus dem rechten oberen Teil der Figur ersichtlich, um eine optimale Umformung des Blechteils zu erhalten.
Bezuqszeichen
1 Blechteil
2 Richtung in die das Blechteil 1 durch eine Rollstufe gefahren wird
3 Boden des Blechteils 1
4 Bereich des Blechteils 1 , der vergrößert dargestellt ist A Rollvorgang
B Rollvorgang
C Rollvorgang

Claims

Patentan sprü ch e
1. Rollumformverfahren zur Herstellung von längsverzahnten Profilkörpern in topfförmigen zylindrischen Werkstücken, wobei das topfförmige zylindrische Werkstück (1) im Rahmen eines ersten Rollvorgangs (A) mit dem Boden (3) zuerst durch eine erste Rollstufe gefahren wird, dadurch geken n zei ch n et, dass das Werkstück (1 ) nach dem ersten Rollvorgang (A) im Rahmen zumindest eines weiteren Rollvorgangs (B, C) mit seinem offenen Ende zuerst durch zumindest eine weitere Rollstufe gefahren wird.
2. Rollumformverfahren zur Herstellung von längsverzahnten Profilkörpern in topfförmigen zylindrischen Werkstücken, nach Anspruch 1, dadurch geken n zei ch n et, dass beim ersten Rollvorgang (A) die Zahnköpfe in einem vorgegebenen Maß überwalzt werden, um ein Austulpen des Werkstücks während der Durchführung des Verfahrens zu vermeiden.
EP09761616A 2008-06-09 2009-05-27 Rollumformverfahren zur herstellung von längsverzahnten profilkörpern in topfförmigen zylindrischen werkstücken Active EP2282854B1 (de)

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