VERFAHREN ZUR UMFORMENDEN HERSTELLUNG EINER VERZAHNUNG UND WERKZEUGVORRICHTUNG ZUR KALIBRIERUNG DES VERZAHNUNGSEINLAUFS UND/ODER VERZAHNUNGSAUSLAUFS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Werkzeugvorrichtung zur umformenden Kalibrierung des Verzahnungseinlaufs und/oder des Verzahnungsauslaufs einer Verzahnung an einem metallischen Werkstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (siehe z.B. WO-A-2013/149271, Figuren 19-22). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur umformenden Herstellung einer Verzahnung an einem metallischen Werkstück unter Verwendung einer solchen Werkzeugvorrichtung.

[0002] An metallischen Werkstücken können Verzahnungen spanend (bspw. durch Verzahnungsfräsen) oder umformend (bspw. durch Axialumformen oder Verzahnungswalzen) erzeugt werden. Die umformende Erzeugung einer Verzahnung hat häufig den Nachteil, dass es am Verzahnungseinlauf, insbesondere aber am Verzahnungsauslauf zu einer undefinierten Verformung kommt, wobei sich insbesondere am Verzahnungsauslauf sogenannte Verzahnungsüberstände ausbilden, die dann bspw. durch eine aufwändige spanende Nachbearbeitung entfernt werden müssen.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugvorrichtung eingangs genannter Art anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.

[0004] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf ein Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung.

[0005] Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.

[0006] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung an einem metallischen Werkstück sieht vor, dass die Verzahnung zunächst umformend erzeugt wird und dass dann die umformend erzeugte Verzahnung an ihrem Verzahnungseinlauf und/oder Verzahnungsauslauf durch einen Stauchvorgang, bei dem (am Verzahnungseinlauf bzw. -auslauf) sowohl die Verzahnungsform als auch die Verzahnungslänge eingestellt werden, kalibriert wird.

[0007] Die Verzahnung wird bspw. durch Axialumformen erzeugt, wobei das Werkstück und eine formgebende Matrize oder dergleichen in axialer Richtung relativ zueinander bewegt werden. Wie eingangs beschrieben kann es hierbei am Verzahnungseinlauf (erste Berührungsstelle zwischen Werkstück und Matrize, die den Verzahnungsanfang bildet) und/oder am Verzahnungsauslauf (dem Verzahnungseinlauf gegenüberliegendes Verzahnungsende) zu undefinierten Umformungen kommen, was in mehrerlei Hinsicht ungünstig ist.

[0008] Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Stauchvorgang (Umformung durch axial wirkende Druckkräfte) wird die Verzahnung (nur) am Verzahnungseinlauf und/oder am Verzahnungsauslauf kalibriert, wobei im betreffenden Bereich sowohl die Verzahnungsform (Zahn- und Zwischenraumform) als auch die Zahnlänge eingestellt werden. Etwaige Verzahnungsüberstände werden auf ein definiertes Maß gestaucht, wobei der Werkstoff nicht nur in axialer Richtung, sondern auch in radialer Richtung fließt. Dies hat ferner den Vorteil, dass auch der tragende Abschnitt bzw. die Traglänge der Verzahnung vergrößert wird, so dass gegebenenfalls die konstruktive Verzahnungslänge verringert werden kann. Nach dem Stauchvorgang ist die Verzahnung gebrauchsfertig, d. h. weitere Bearbeitungsschritte sind nicht vorgesehen (d. h. keine weiteren Bearbeitungskosten). Bei der Verzahnung kann es sich um eine Laufverzahnung handeln, insbesondere handelt es sich um eine Steckverzahnung.

[0009] Die Stauchung erfolgt nicht frei, sondern geführt. Hierzu ist vorgesehen, dass die Verzahnung beim Stauchen durch eine Matrize, die mit einer korrespondierenden Verzahnungskontur ausgebildet ist, abgestützt wird, wobei die Matrize zugleich auch die am Verzahnungseinlauf und/oder am Verzahnungsauslauf einzustellende Verzahnungsform vorgibt, d. h. der beim Stauchen in radialer Richtung fließende Werkstoff wird innerhalb der Matrize in die gewünschte Form gebracht. Abhängig davon, ob es sich bei der anfangs- und/oder endseitig zu kalibrierenden Verzahnung um eine Außenverzahnung oder Innenverzahnung handelt weist die Matrize eine korrespondierende Innenkontur oder Außenkontur auf.

[0010] Die Kalibrierung des Verzahnungseinlaufs und/oder Verzahnungsauslaufs wird nach der umformenden Erzeugung der Verzahnung in einer separaten Werkzeugvorrichtung durchgeführt. Dabei handelt es sich um eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung, wie nachfolgend noch näher erläutert, in die das zu bearbeitende bzw. zu kalibrierende Werkstück eingelegt wird.

[0011] Das Werkstück kann aus einem massiven Werkstoff, bspw. einem Stahlmaterial, bestehen und durch Massivumformung bearbeitet werden. Bevorzugt besteht das Werkstück aus einem Blechmaterial, bspw. einem Stahlblech, und wird durch Blechumformung bearbeitet.

[0012] Die erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung zur umformenden Kalibrierung des Verzahnungseinlaufs und/oder Verzahnungsauslaufs einer Verzahnung an einem metallischen Werkstück umfasst:

• eine Werkstückaufnahme, zur Aufnahme des zu bearbeitenden Werkstücks;
• eine axialbewegliche Matrize, die mit der Verzahnung am zu bearbeitenden Werkstück in Eingriff gebracht werden kann und die dann einerseits die Verzahnung am Werkstück abstützt und andererseits die am Verzahnungseinlauf und/oder am Verzahnungsauslauf beim Kalibrieren einzustellende Verzahnungsform vorgibt; und
• wenigstens einen axialbeweglichen Stauchring, mit dem der Verzahnungseinlauf und/oder Verzahnungsauslauf am zu bearbeitenden Werkstück durch einen Stauchvorgang (bei dem sowohl die Verzahnungsform als auch die Verzahnungslänge eingestellt werden) kalibriert werden kann bzw. kalibriert wird.

[0013] Die Matrize und der Stauchring sind gemeinsam an einem axialbeweglichen Stempel befestigt und werden zur Ausführung eines Kalibriervorgangs gemeinsam bewegt bzw. angetrieben. Dies ermöglicht einen einfachen und robusten Werkzeugaufbau.

[0014] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Matrize eine konisch ausgebildete Verzahnungskontur aufweist. Durch die konische Ausbildung wird das In-Eingriff-Bringen mit der am Einlauf und/oder Auslauf der zu kalibrierenden Verzahnung am Werkstück (Werkstückverzahnung) vereinfacht. Ferner kann bereits beim In-Eingriff-Bringen eine definierte Umformung am Verzahnungseinlauf und/oder Verzahnungsauslauf erfolgen.

[0015] Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Matrize einen Drehfreiheitsgrad hat, so dass sich diese beim In-Eingriff-Bringen mit der Werkstückverzahnung von selbst ausrichten kann.

[0016] Ein Werkstück bzw. ein Bauteil, bspw. ein Zahnrad oder dergleichen, dass eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mithilfe der erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung hergestellte Verzahnung aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass diese umformend hergestellte Verzahnung einen form- und längenkalibrierten Verzahnungseinlauf und/oder Verzahnungsauslauf aufweist. Bevorzugt hat die Verzahnung einen geraden, d. h. nicht-angespitzten Verzahnungseinlauf und/oder -auslauf.

[0017] Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung ausschnittsweise eine erfindungsgemäße Werkzeugvorrichtung zur Kalibrierung eines Verzahnungsauslaufs.

Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Detail aus der Fig. 1, entsprechend dem markierten Bereich A.

[0018] Die nachfolgend verwendeten Richtungs- und Ortsangaben beziehen sich in nicht einschränkender Weise auf die in den Figuren gezeigten Darstellungen.

[0019] Der in Fig. 1 gezeigte Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Werkzeugvorrichtung 100 weist einen Halter 110 und einen darin längsbeweglich geführten Stempel 120 auf. Am Stempel 120 sind eine dornartige Matrize 130 und ein Stauchring 140 befestigt. Der Stempel 120 kann zusammen mit der Matrize 130 und dem Stauchring 140 in axialer Richtung L bewegt werden, wie mit dem Doppelpfeil D veranschaulicht. Mit 125 ist eine Stempelführung und -verdrehsicherung bezeichnet. Das Werkzeug 100 ist in einer Umformmaschine (bspw. eine Axialumformmaschine) eingebaut, durch die auch die Stempelbewegung D bewerkstelligt wird.

[0020] Fig. 1 zeigt ferner ein Blechwerkstück 200 mit einem kragenartigen Durchzug 210, an dessen Innenumfangsfläche eine zuvor umformend erzeugte Verzahnung (Innensteckverzahnung) 220 ausgebildet ist. Die Werkstückverzahnung 220 wurde von unten nach oben erzeugt und weist einen unteren Verzahnungseinlauf 221, einen oberen Verzahnungsauslauf 222 (siehe Fig. 2) und einen dazwischen liegenden tragenden Abschnitt auf. Aufgrund der umformenden Herstellung ist es am Verzahnungsauslauf 222 zu einer undefinierten Verformung gekommen, die nun mithilfe der Matrize 130 und des Stauchrings 140 kalibriert wird. Das Werkstück 200 ist hierzu in einer zur Werkzeugvorrichtung 100 gehörenden und im Weiteren nicht dargestellten Werkstückaufnahme 150 fixiert. Der Kalibriervorgang wird nachfolgend anhand der Fig. 2 näher erläutert.

[0021] Nachdem das Werkstück 200 in die Werkstückaufnahme 150 eingelegt und fixiert wurde, wird der Stempel 120 zusammen mit der Matrize 130 und dem Stauchring 140 in axialer Richtung L nach unten bewegt, wobei zunächst die Matrize 130 in den Durchzug 210 gelangt. Die Matrize 130 ist konisch ausgebildet und weist an ihrer konischen Außenumfangsfläche eine zur Werkstückverzahnung 220 korrespondierende Verzahnungskontur 135 auf, die beim Vorwärtsbewegen des Stempels 120 mit größer werdenden Querschnitten sukzessive mit der Werkstückverzahnung 220 in Eingriff gelangt. Die Bewegungsachse L des Stempels 120 bzw. der daran befestigten Matrize 130 entspricht der Mittelachse der Werkstückverzahnung 220. Um ein Verkanten zu verhindern, verfügt die Matrize 130 innerhalb der Werkzeugvorrichtung 100 über ein geringes Drehspiel (Drehfreiheitsgrad).

[0022] Bereits während des Eindringens der Matrize 130 in die Werkstückverzahnung 220 wird der Verzahnungsauslauf 222 aufgrund deren konischen bzw. aufweitenden Ausbildung in radialer Querrichtung R umgeformt. Zum Ende der axialen Vorschubbewegung drückt der Stauchring 140 in axialer Richtung L gegen das Verzahnungsende am oberen Verzahnungsauslauf 222 der Werkstückverzahnung 220, wobei es zu einer Stauchumformung kommt, bei der der Werkstückwerkstoff sowohl in axialer Richtung L als auch in radialer Richtung R fließt und etwaige Verzahnungsüberstände zurückgeformt werden. Ferner werden die einzelnen Zahnenden der Verzahnung 220 nivelliert und befinden sich sodann in einer Ebene. Bei diesem kalibrierenden Stauchvorgang werden am Verzahnungsauslauf 222 sowohl die Verzahnungsform als auch die Verzahnungslänge auf definiertes Maß (wenigstens im Zehntel-Bereich) eingestellt.

[0023] Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils das Ende der axialen Vorschubbewegung D des Stempels 120.

[0024] Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise soll die Werkstückverzahnung 220 nicht im Gesamten, sondern nur bereichsweise, d. h. am Verzahnungsauslauf 222 (wie vorausgehend erläutert) und/oder am Verzahnungseinlauf 221, kalibriert werden. Beim Kalibrieren kann die Verzahnung 220 in den nicht zu kalibrierenden Abschnitten abgestützt werden, um eine ungewollte Verformung zu verhindern.

[0025] Ausgehend von der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsmöglichkeit für die Kalibrierung eines Verzahnungsauslaufs liegt die werkzeugbauliche und prozessuale Umsetzung für das Kalibrieren eines Verzahnungseinlaufs oder für eine im Wesentlichen gleichzeitige Kalibrierung des Verzahnungsein- und -auslaufs im Bereich fachmännischen Könnens.

Bezugszeichen

[0026] 

100

Werkzeugvorrichtung

110

Halter

120

Stempel

125

Stempelführung

130

Matrize

135

Verzahnungskontur

140

Stauchring

150

Werkstückaufnahme

200

Werkstück

210

Durchzug

220

Verzahnung

221

Verzahnungseinlauf

222

Verzahnungsauslauf

A

Detail

D

Stempelbewegung

L

Bewegungsachse (axiale Richtung)

R

radiale Richtung

Ansprüche

1. Werkzeugvorrichtung (100) zur umformenden Kalibrierung des Verzahnungseinlaufs (221) und/oder Verzahnungsauslaufs (222) einer Verzahnung (220) an einem metallischen Werkstück (200), umfassend:

- eine Werkstückaufnahme (150), zur Aufnahme des Werkstücks (200);

- eine axialbewegliche Matrize (130), die mit der Verzahnung (220) am Werkstück (200) in Eingriff gebracht werden kann und welche einerseits die Verzahnung (220) am Werkstück (200) abstützt und andererseits die am Verzahnungseinlauf (221) und/oder Verzahnungsauslauf (222) beim Kalibrieren einzustellende Verzahnungsform vorgibt;

dadurch gekennzeichnet,

- dass die Werkzeugvorrichtung

- wenigstens einen axialbeweglichen Stauchring (140) aufweist, mit dem der Verzahnungseinlauf (221) und/oder Verzahnungsauslauf (222) am Werkstück (200) durch einen Stauchvorgang kalibriert werden kann,

und dass die Matrize (130) und der Stauchring (140) gemeinsam an einem axialbeweglichen Stempel (120) befestigt sind und zur Ausführung eines Kalibriervorgangs gemeinsam bewegt werden.

2. Werkzeugvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (130) eine konisch ausgebildete Verzahnungskontur (135) aufweist.

3. Werkzeugvorrichtung (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (130) einen Drehfreiheitsgrad hat.

4. Verfahren zur Herstellung einer Verzahnung (220) an einem metallischen Werkstück (200), wobei die Verzahnung (220) umformend erzeugt wird, wobei die umformend erzeugte Verzahnung (220) an ihrem Verzahnungseinlauf (221) und/oder Verzahnungsauslauf (222) durch einen Stauchvorgang, bei dem sowohl die Verzahnungsform als auch die Verzahnungslänge eingestellt werden, kalibriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung des Verzahnungseinlaufs (221) und/oder Verzahnungsauslaufs (222) in einer separaten Werkzeugvorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (220) beim Stauchen durch die Matrize (130) abgestützt wird, wobei die Matrize (130) zugleich auch die am Verzahnungseinlauf (221) und/oder Verzahnungsauslauf (222) einzustellende Verzahnungsform vorgibt.

6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (200) aus einem Blechmaterial besteht.

Claims

1. Tool device (100) for calibrating the toothing run-in (221) and/or toothing run-out (222) of a toothing (220) on a metallic workpiece (200) by forming, comprising:

- a workpiece receptacle (150), for receiving the workpiece (200);

- an axially movable die (130), which can be brought into engagement with the toothing (220) on the workpiece (200) and which on the one hand supports the toothing (220) on the workpiece (200) and on the other hand predefines the shape of the toothing to be set at the toothing run-in (221) and/or toothing run-out (222) during the calibrating operation;

characterized

- in that the tool device has at least one axially movable upsetting ring (140), by means of which the toothing run-in (221) and/or toothing run-out (222) on the workpiece (200) can be calibrated by an upsetting operation, and in that the die (130) and the upsetting ring (140) are jointly fastened to an axially movable punch (120) and are jointly moved in order to carry out a calibrating operation.

2. Tool device (100) according to Claim 1, characterized in that the die (130) has a conical toothing contour (135) .

3. Tool device (100) according to either of the preceding claims, characterized in that the die (130) has a degree of rotational freedom.

4. Method for producing a toothing (220) on a metallic workpiece (200), wherein the toothing (220) is created by forming, wherein the toothing (220) created by forming is calibrated at its toothing run-in (221) and/or toothing run-out (222) by an upsetting operation, in which both the shape of the toothing and the length of the toothing are set, characterized in that the calibration of the toothing run-in (221) and/or toothing run-out (222) is carried out in a separate tool device (100) according to one of the preceding claims.

5. Method according to Claim 4, characterized in that the toothing (220) is supported by the die (130) during the upsetting operation, wherein the die (130) also predefines the shape of the toothing to be set at the toothing run-in (221) and/or toothing run-out (222) at the same time.

6. Method according to either of the preceding Claims 4 and 5, characterized in that the workpiece (200) consists of a sheet-metal material.

Revendications

1. Dispositif-outil (100) pour le calibrage de formage de l'entrée de denture (221) et/ou de la sortie de denture (222) d'une denture (220) sur une pièce métallique (200), comprenant :

- un logement de pièce (150), pour loger la pièce (200) ;

- une matrice mobile axialement (130), qui peut être mise en prise avec la denture (220) sur la pièce (200) et qui, d'une part, soutient la denture (220) sur la pièce (200) et, d'autre part, prédéfinit la forme de denture à ajuster au niveau de l'entrée de denture (221) et/ou de la sortie de denture (222) lors du calibrage ;

caractérisé en ce que

- le dispositif-outil comprend au moins une bague de compression mobile axialement (140), avec laquelle l'entrée de denture (221) et/ou la sortie de denture (222) peut être calibrée sur la pièce (200) par un processus de compression,

et en ce que la matrice (130) et la bague de compression (140) sont fixées conjointement à un piston mobile axialement (120) et sont déplacées conjointement pour la réalisation d'un processus de calibrage.

2. Dispositif-outil (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice (130) présente un contour de denture (135) configuré coniquement.

3. Dispositif-outil (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice (130) a un degré de liberté de rotation.

4. Procédé de fabrication d'une denture (220) sur une pièce métallique (200), la denture (220) étant produite par formage, la denture (220) produite par formage étant calibrée au niveau de son entrée de denture (221) et/ou de sa sortie de denture (222) par un processus de compression, selon lequel aussi bien la forme de denture que la longueur de denture sont ajustées, caractérisé en ce que le calibrage de l'entrée de denture (221) et/ou de la sortie de denture (222) est réalisé dans un dispositif-outil séparé (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la denture (220) est soutenue par la matrice (130) lors de la compression, la matrice (130) prédéfinissant en même temps également la forme de denture à ajuster au niveau de l'entrée de denture (221) et/ou de la sortie de denture (222).

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5 précédentes, caractérisé en ce que la pièce (200) est constituée d'un matériau de tôle.

Zeichnung