Verfahren und Vorrichtung zur spanlosen axial umformenden Ausbildung

Verzahnung an einem Werkstück

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spanlosen axial umformenden Ausbildung einer Verzahnung an einem Werkstück, mit einer in einem Spannring eingespannten Matrize, die eine Innenausnehmung und ein an der Innenausnehmung angeordnetes formgebendes erstes Verzahnungsprofil aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur spanlosen Ausbildung einer Verzahnung an einem Werkstück nach dem Oberbegriff des

Anspruchs 11.

Ein Verfahren zur spanlosen Herstellung eines Profils, insbesondere einer Verzahnung ist bereits anhand der DE 10 2007 019 706 A1 bekannt geworden. Mit diesem bekannten Verfahren soll ein Aufwurf am Auslauf der Verzahnung vermieden werden. Zu diesem Zweck wird nach dem bekannten Verfahren das Werkstück mittels eines ersten Werkzeugs von einer ersten Seite aus bearbeitet und dann das Werkstück mittels eines zweiten Werkzeugs von einer zweiten Seite aus umgeformt.

Anhand der DE 199 29 639 B4 ist eine Welle-Nabe-Verbindung bekannt geworden, bei der nach der Fertigung der Verzahnung ein Rollwerkzeug in Umfangsrichtung der Welle eine abwälzende Bewegung ausführt, so dass durch radiales Drücken eine

Verringerung der Breite der Zähne im Auslauf der Verzahnung erreicht wird.

Anhand der US 5,829,911 A1 ist ein Verfahren zur spanlosen Umformung einer Welle zur Bildung einer Außenverzahnung an der Welle bekannt geworden.

Anhand der US 2008/0115552 A1 ist ein Verfahren zur spanlosen Ausbildung einer Verzahnung an einer Welle bekannt geworden. Bei dem bekannten Verfahren wird eine Schwingungsbeaufschlagung zur Ausbildung der Verzahnung vorgeschlagen und zwar an einem Werkstück, an dem der für die Verzahnung vorgesehene Anfangsbereich konisch verdickt ausgebildet ist.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Anhand der DE 20 2006 012 170 U1 ist eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken bekannt geworden, die eine Moduliereinrichtung zur Steuerung von Vorwärtshub und Rückwärtshub einer ein Werkzeug aufweisenden Vorschubeinrichtung besitzt, um dafür zu sorgen, dass aufeinanderfolgende Umformschritte der Vorrichtung unterschiedlich sind.

Darüber hinaus wird in der DE 22 25 466 eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus Blech bestehenden Kettenrades oder Zahnrades durch Tiefziehen beschrieben. Es gelangen mehrere Matrizensegmente zum Einsatz, wobei die Segmente eine

abgestufte Größe aufweisen, um eine sukzessive Umformung in mehreren Stufen zu ermöglichen.

Schließlich sind anhand der DE 10 2004 042 917 A1 ein Verfahren und eine

Vorrichtung zur Korrektur eines Schrägenfehlers eines polygonalen Profils bekannt geworden.

An Werkstücken, beispielsweise Wellen vorgesehene Außenverzahnungen,

insbesondere Steckaußenverzahnungen, dienen beispielsweise im Getriebe im

Triebstrang eines Fahrzeugs zur Momentenübertragung. Bei solchen Wellen handelt es sich um in großen Stückzahlen gefertigte Bauteile, deren Außenverzahnung jeweils in eine Innenverzahnung eines anderen, bei der Momentenübertragung beteiligten

Bauteils eingeführt werden muss. Für dieses Einführen ist ein zeitaufwändiger

Arbeitsschritt erforderlich, da die Welle mit der Außenverzahnung exakt fluchtend zur Innenverzahnung ausgerichtet werden muss, da andernfalls ein Fügen der beiden Verzahnungen nicht möglich ist.

Kommt es daher bei dem Fügen zu einem Drehwinkelversatz der Außenverzahnung zur Innenverzahnung, ist das Fügen nicht möglich und eines der beiden Bauteile muss so lange gedreht werden, bis der Drehwinkelversatz auf weit gehend Null verringert worden ist, damit ein Fügen möglich ist.

Eine Verringerung der Zahnbreite über die ganze Länge des Zahns eines der beiden Partner zur Erhöhung des Spiels beim Fügen stellt keine zufrieden stellende Lösung dar, da dies bei auftretenden Wechsellasten zur Geräuschbildung und zudem zu einem erheblichen Verschleißproblem führen würde. Ein einfacheres Fügen der beiden

Partner kann dadurch erreicht werden, dass an einem der beiden Partner die

Zahnbreite am Einführbereich der Zähne in die Gegenverzahnung verringert wird, die Zähne also am Einführbereich spitz zulaufend ausgebildet werden, zwischen den Zahnflanken eines jeweiligen Zahns der Verzahnung also ein Winkel ausgebildet wird.

Zur Ausbildung einer Spitze an den Zähnen ist es bekannt geworden, eine spanende Bearbeitung der beispielsweise mittels Axialumformen ausgebildeten Verzahnung ^" vorzunehmen oder, wie dies beispielsweise anhand der vorstehend genannten DE 199 29 639 B4 bekannt geworden ist, mittels eines Rollwerkzeugs eine Bearbeitung der Zähne am Auslaufbereich der Verzahnung in die Gegenverzahnung vorzunehmen. Bei beiden Vorgehensweisen ist nach der Ausbildung der jeweiligen Verzahnung eine weitere Bearbeitung der bereits fertig gestellten Verzahnung erforderlich, was selbstverständlich den Bearbeitungsaufwand und damit die Bearbeitungskosten deutlich erhöht und zudem die Taktzeit für die Bearbeitung des mit der Verzahnung versehenen Bauteils ansteigen lässt.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die aufwändige Bearbeitung der bereits fertig gestellten Verzahnung in einem weiteren Arbeitsablauf zur Ausbildung von Spitzen an den

Zähnen im Einführbereich vermeidet. Zudem soll ein Verfahren zur spanlosen

Ausbildung einer Verzahnung mit am Einführbereich vorgesehenen schmäler werdenden Zähnen geschaffen werden.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. Darüber hinaus weist die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens die im Anspruch 11 angegebenen Merkmale auf.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung vor zur spanlosen axial umformenden Ausbildung einer Verzahnung, insbesondere Steckverzahnung, an einem Werkstück, mit einer in einem Spannring eingespannten Matrize, die eine Innenausnehmung und ein an der Innenausnehmung angeordnetes formgebendes erstes Verzahnungsprofil,

insbesondere zur Ausbildung einer Steckverzahnung, aufweist und ein im Abstand zum formgebenden ersten Verzahnungsprofil angeordnetes zweites formgebendes

Verzahnungsprofil insbesondere zur Ausbildung einer Steckverzahnung, besitzt, welches an einem vom ersten Verzahnungsprofil beabstandeten Bereich seitliche Flanken mit sich verjüngendem Abstand besitzt, die am Werkstück ausgebildete seitliche Zahnflanken sich verjüngend, insbesondere nur teilweise in einem axialen Abschnitt verjüngend, umformen. Bevorzugt besteht das Werkstück aus einem metallischen Werkstoff oder weist einen metallischen Werkstoff in dem Bereich auf, der erfindungsgemäß umgeformt wird.

Das erste und das zweite Verzahnungsprofil können insbesondere nicht identisch oder nicht ähnlich sein. Das zweite Verzahnungsprofil dient insbesondere nicht nur zur Erweiterung oder Vertiefung der bereits durch das erste Verzahnungsprofil bewirkten umgeformten Struktur auf dem Werkstück, sondern deren bevorzugt nur teilweisen Veränderung. Mit anderen Worten, das zweite Verzahnungsprofil ist derart vom ersten Verzahnungsprofil verschieden, dass es die Aufprägung einer weiteren Struktur auf der vom ersten Verzahnungsprofil geschaffenen Struktur bewirkt, wobei insbesondere die weitere Struktur von der geschaffenen Struktur verschieden ist.

Die Vorrichtung besitzt also neben dem ersten formgebenden Verzahnungsprofil auch noch ein zweites formgebendes Verzahnungsprofil, welches in Vorschubrichtung des Werkstücks oder von der Stirnfläche des ersten formgebenden Verzahnungsprofils aus betrachtet im Abstand zum ersten Verzahnungsprofil angeordnet ist. Insbesondere ist bei Einführung des Werkstücks in die Vorrichtung zunächst das erste formgebende Verzahnungsprofil und dann das zweite formgebende Verzahnungsprofil vom

Werkstück kontaktierbar.

Mit dem ersten Verzahnungsprofil wird mittels einer Axialumformung am Werkstück eine Verzahnung, insbesondere eine Steckverzahnung, ausgebildet. Wird das

Werkstück dann weiter durch die Innenausnehmung der Matrize hindurch bewegt, so gelangt der in Vorschubrichtung des Werkstücks vordere Bereich der bereits

ausgebildeten Verzahnung in Kontakt mit dem zweiten formgebenden

Verzahnungsprofil, welches die am Werkstück bereits ausgebildeten seitlichen

Zahnflanken sich verjüngend umformt. Der Abstand zwischen dem ersten

Verzahnungsprofil und dem zweiten Verzahnungsprofil bestimmt daher, mit welcher Längserstreckung die Verzahnung am Werkstück ausgebildet werden kann, bevor der vordere Bereich des Werkstücks in den Bereich des zweiten Verzahnungsprofils gelangt, an dem durch die sich verjüngend ausgebildeten Zahnflanken des Werkzeugs die bereits ausgebildeten Zahnflanken des Werkstücks in einer sich verjüngenden Form umgeformt werden, die Zahnflanken des Werkstücks also, zumindest in einem auslaufenden Bereich, spitz zulaufend umgeformt werden, zwischen den Zahnflanken der Zähne des Werkstücks also ein Innenwinkel ausgebildet wird, der durch plastische Umformung am Werkstück herbeigeführt wird. Auf diese Weise kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Verzahnung, insbesondere Steckverzahnung, am Werkstück mit spitz zulaufenden Zähnen in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden, ohne dass hierzu eine weitere Bearbeitung der mittels Axialumformung hergestellten Verzahnung des Werkstücks über eine spanende oder spanlose Formgebung notwendig ist. Das Werkstück kann also mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem einzigen Arbeitsgang fertig gestellt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das zweite

Verzahnungsprofil an einer im Abstand zur Matrize angeordneten und im Spannring eingespannten zweiten Matrize vorgesehen ist. Damit wird es ermöglicht, die beiden Matrizen unabhängig voneinander zu fertigen und sie in einem Abstand zueinander im Spannring eingespannt anzuordnen, der zur Fertigung der Verzahnung in der gewünschten Länge benötigt wird. Dieser Abstand kann bis auf Null verringert werden, wenn eine Axialverzahnung von entsprechend kurzer Längserstreckung gewünscht ist.

In Fortführung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass das zweite

Verzahnungsprofil einen sich in Richtung vom ersten Verzahnungsprofil weg

erstreckenden Einlaufbereich mit Formgebungszähnen mit sich verjüngendem Abstand zwischen seitlichen Zahnflanken besitzt, dies ist der Bereich, in den das Werkstück mit der bereits axial umgeformten Verzahnung in die zweite Matrize eintritt. Durch den sich verjüngenden Abstand zwischen den Zahnflanken der Formgebungszähne im

Einlaufbereich wird erreicht, dass sich etwaig vorhandene kleine Winkelabweichungen zwischen den beiden Matrizen nicht nachteilig auf die Qualität der ausgebildeten Verzahnung auswirken.

An diesen Einlaufbereich der zweiten Matrize schließt sich ein Kalibrierbereich mit weitgehend gleich bleibendem Abstand zwischen den seitlichen Zahnflanken der Zähne des zweiten Verzahnungsprofils an, der die bereits ausgebildeten Zähne der

Verzahnung des Werkstücks seitlich umschließt und somit einen Stauchen der

Verzahnung bei axialer Krafteinwirkung - die beim anschließenden Umformen der Zähne der Verzahnung des Werkstücks auftritt - entgegenwirkt.

An diesen Kalibrierbereich des zweiten Verzahnungsprofils schließt sich ein

Umformbereich mit sich verjüngendem Abstand zwischen den seitlichen Zahnflanken der Zähne des zweiten formgebenden Verzahnungsprofils an. Wenn die Zähne der am Werkstück ausgebildeten Verzahnung in den Umformbereich des zweiten

Verzahnungsprofils gelangt, findet eine plastische Umformung an den

Werkstückzähnen statt und zwar so, dass die seitlichen Zahnflanken der Werkstückszähne nach der Umformung aufeinander zu verlaufen, die Werkstückzähne werden am vordere Bereich also mit einer Spitze versehen.

Das so mit Spitzen an der Verzahnung, insbesondere Steckverzahnung, ausgebildete Werkstück - beispielsweise eine Welle - kann so leicht in eine Innenverzahnung eingefügt werden, ohne dass sich ein Drehwinkelversatz zwischen der

Außenverzahnung der Welle und der Innenverzahnung des Bauteils, in das die Welle eingefügt werden soll, negativ auf den Fügevorgang auswirkt. Die so gefertigte Welle muss hinsichtlich des Drehwinkels mit ihrer Außenverzahnung nicht exakt zur

Innenverzahnung des Bauteils ausgerichtet sein, eine etwaig vorhandener

Drehwinkelversatz ist akzeptabel und behindert den Fügevorgang zwischen der Welle und dem Bauteil nicht.

Die Erfindung sieht nach einer Weiterbildung vor, dass das zweite Verzahnungsprofil zum ersten Verzahnungsprofil fluchtend ausgerichtet ist. Zu diesem Zweck kann es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste und zweite Matrize an einander gegenüberliegenden Stirnflächen mit Ausnehmungen zur

Aufnahme von Passfedern zur fluchtenden Ausrichtung der Matrize versehen sind. Die Passfedern sorgen für die fluchtende Ausrichtung der beiden Matrizen zueinander, eine etwaig vorhandener geringfügiger Drehwinkelversatz zwischen den beiden Matrizen wirkt sich auf die Fertigungsqualität der Verzahnung nicht negativ aus, da das zweite formgebende Verzahnungsprofil am Eintrittsbereich den vorstehend bereits erwähnten Einführbereich mit aufeinander zulaufenden Zahnflanken der Formgebungszähne besitzt.

Beide Matrizen können aus einem Hartmetall gefertigt sein und werden vom Spannring mit weitgehend gleicher radialer Vorspannung vorgespannt, wobei zu diesem Zweck der Spannring eine Innenausnehmung mit konischer Form aufweisen kann in die die beiden außen form- und flächenkomplementär konisch ausgebildeten Matrizen unter Vorspannung eingesetzt werden.

Zur Anpassung des axialen Abstands zwischen den beiden Matrizen ist nach einer Weiterbildung der Erfindung ein mit radial außen liegenden Ausnehmungen versehener Zwischenring vorgesehen, in die die vorstehend erwähnten Passfedern zur fluchtenden Ausrichtung der Matrizen zueinander aufnehmbar sind und der mit radialen Bohrungen zum Durchtritt von Schmierstoff versehen ist. Damit gelangt vor dem Eintritt der

Verzahnung in den Einführbereich des zweiten Verzahnungsprofils Schmierstoff auf das Werkstück und auch wieder auf das Werkstück, wenn es aus dem zweiten Verzahnungsprofil nach der Umformung der Spitzen herausgezogen und wieder durch das erste Verzahnungsprofil hindurch bewegt wird. Durch die nochmalige Bewegung der Verzahnung durch das erste Verzahnungsprofil hindurch wird eine etwaige seitliche Umformung der axial gerichteten Zahnflanken bei der Ausbildung der Spitzen durch das zweite formgebende Verzahnungsprofil wieder ausgeglichen.

Wie es vorstehend bereits erwähnt wurde, sind der Spannring innen und die Matrizen außen konisch ausgebildet, wodurch durch eine Relativverlagerung des Spannrings und der Matrizen zueinander eine radiale Vorspannung der Matrizen und damit des ersten und zweiten Verzahnungsprofils erreicht wird. Die radiale Vorspannung kann also durch eine Veränderung der Relativverlagerung der genannten Bauteile zueinander modifiziert werden und durch eine in Achsrichtung der Vorrichtung vorgesehene Distanzhülse eingestellt werden, gegen die die beiden Matrizen mit dazwischen angeordneten

Zwischenring axial vorgespannt können. Die radiale Vorspannung ist einerseits für die Maßhaltigkeit und damit die Qualität der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Verzahnung maßgeblich und andererseits auch notwendig, um eine Beschädigung der aus einem Hartmetall gefertigten Matrizen durch eine radiale

Ausdehnung zu vermeiden.

Damit Schmierstoff in den Bereich innerhalb der Innenausnehmung des Spannrings zwischen den Matrizen gelangen kann, ist der Spannring auch mit mindestens einer Durchtrittsbohrung für den Schmierstoff versehen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass die Vorrichtung eine zylindrisch ausgebildete Aufnahme mit einer Innenausnehmung besitzt, in die der Spannring und die beiden Matrizen sowie die Distanzhülse eingesetzt werden können und die Aufnahme auch mindestens eine Durchtrittsbohrung zur Führung von

Schmierstoff in den Bereich zwischen den Matrizen besitzt. Damit stellt die Vorrichtung eine gesamte Baugruppe dar, wobei durch den Einsatz verschiedener Spannringe mit unterschiedlichen oder gleichen Innendurchmessern eine Anpassung an Werkstücke mit unterschiedlichen Außendurchmessern beziehungsweise unterschiedlichen

Außenverzahnungen und leicht austauschbaren Matrizen möglich ist.

Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur spanlosen Ausbildung einer Verzahnung an einem Werkstück vor, wobei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verzahnung am Werkstück mit den Spitzen an den Zähnen in einem einzigen umformenden

Arbeitsgang hergestellt werden kann, ohne dass hierzu eine spanlose oder spanende Bearbeitung mit einem zusätzlichen Werkzeug als dem zur Umformung erforderlichen Werkzeug notwendig wäre.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung ein Verfahren zur spanlosen Ausbildung einer Verzahnung, insbesondere Steckverzahnung, an einem Werkstück mittels einer Relativbewegung zwischen dem umzuformenden Werkstück und einer ein erstes formgebendes Verzahnungsprofil aufweisenden Matrize mittels einer axialen

Verlagerung zwischen dem Werkstück und der Matrize zur Ausbildung der Verzahnung durch Axialverformung eines Bereichs des Werkstücks an dem ersten

Verzahnungsprofil der Matrize mit folgenden Schritten:

- Herbeiführen einer axialen Verlagerung des Werkstücks derart, dass seitliche

Zahnflanken der ausgebildeten Verzahnung, insbesondere Steckverzahnung, des Werkstücks in sich verjüngende Zwischenräume von Zahnflanken eines im Abstand zum ersten Verzahnungsprofil vorgesehenen zweiten Verzahnungsprofils gelangen

- Herbeiführen einer axialen Verlagerung des Werkstücks mit in den sich verjüngenden Zwischenräumen befindenden Zahnflanken des Werkstücks um eine vorbestimmte Wegstrecke zur Herbeiführung einer seitlich verjüngenden Umformung der Zahnflanken des Werkstücks, insbesondere einer nur teilweise in einem axialen Abschnitt seitlich verjüngenden Umformung der Zahnflanken,

- Herausbewegen des Werkstücks, insbesondere in Richtung entgegen der axialen Verlagerung, mit fertig umgeformter Verzahnung, insbesondere Steckverzahnung, aus dem ersten und zweiten Verzahnungsprofil.

Die radiale Verlagerung und/oder das Herausbewegen des Werkstücks stellen insbesondere Relativbewegungen zwischen Werkstück und den ersten und zweiten Verzahnungsprofilen dar. Es können das Werkstück und/oder die Matrize bewegt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden an dem Werkstück in einem einzigen Arbeitsgang sowohl die Verzahnung, insbesondere Steckverzahnung ausgebildet als auch die Spitzen an den Zähnen der Verzahnung mittels Umformung hergestellt. Dabei wird die Verzahnung durch eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem ersten formgebenden Verzahnungsprofil mittels eines Umformvorgangs erzeugt und die so ausgebildeten Zahnflanken an den Zähnen der Verzahnung des Werkstücks werden noch während der Zeitdauer des Umformvorgangs der Axialverzahnung so umgeformt, dass sich, insbesondere teilweise in einem axialen Abschnitt, aufeinander zulaufende Zahnflanken an den Zähnen einstellen.

Durch die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem ersten formgebenden Verzahnungsprofil wird die Axialverzahnung am Werkstück entlang eines

vorbestimmten ersten Bereichs der Längserstreckung des Werkstücks ausgebildet, die Relativbewegung wird fortgesetzt, der erste Bereich oder ein Teilbereich davon gelangen in den Bereich der sich verjüngenden Zwischenräumen des im Abstand zum ersten Verzahnungsprofil vorgesehenen zweiten Verzahnungsprofils und durch eine Fortsetzung der Relativbewegung wird an dem ersten Bereich oder dem Teilbereich davon eine Umformung der seitlichen Zahnflanken der Verzahnung am Werkstück durch die aufeinander zulaufenden Zahnflanken der Zähne des Werkzeugs bewirkt, während durch die Fortsetzung der Relativbewegung gleichzeitig ein zweiter Bereich am Werkstück zur Bildung einer Axialverzahnung umgeformt wird.

Durch das Bewegen des Werkstücks aus dem Erfassungsbereich der ersten und zweiten Matrize entgegen der Bewegungsrichtung zur Axialumformung heraus findet während der Bewegung der fertig ausgebildeten Verzahnung durch das erste formgebende Verzahnungsprofil hindurch gegebenenfalls ein Ausrichten der

Verzahnung des Werkstücks durch das erste formgebende Verzahnungsprofil statt.

Statt einer Bewegung des Werkstücks aus dem ersten und zweiten Verzahnungsprofil heraus ist es von der Erfindung auch umfasst, das erste und zweite Verzahnungsprofil, d.h. also das Werkzeug, von dem fertig umgeformten Werkstück durch eine aktive Bewegung des Werkzeugs zu trennen.

Damit kann durch einen einzigen Verlagerungsvorgang des Werkstücks und der Matrizen relativ zueinander in nur eine Bewegungsrichtung sowohl die Axialverzahnung am Werkstück ausgebildet als auch die Umformung der Zähne am in

Bewegungsrichtung vorderen Bereich des Werkstücks mit aufeinander zulaufenden seitlichen Zahnflanken durchgeführt werden. Die vollständig fertige Verzahnung, insbesondere Steckverzahnung, des Werkstücks mit spitz zulaufenden Zähnen kann durch einen einzigen Arbeitsgang erreicht werden, ohne dass eine nachträgliche Bearbeitung der Zähne am vorderen Bereich des Werkstücks notwendig ist, wie dies bei bekannten Verfahren der Fall ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, dass die seitlich verjüngende

Umformung mittels des zweiten Verzahnungsprofils durchgeführt wird, das an einer im Abstand zur Matrize angeordneten zweiten Matrize ausgebildet ist.

Die Qualität der Verzahnung kann mittels einer Beeinflussung einer das erste und zweite Verzahnungsprofil beaufschlagenden radialen Vorspannung eingestellt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren findet sowohl bei der Bewegung des

Werkstücks in Bewegungsrichtung als auch entgegen der Bewegungsrichtung eine Applikation von Schmierstoff auf das Werkstück statt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung einer bevorzugten

Ausführungsform näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Ausfübrungsform einer

Fertigungseinrichtung mit Spannmitteln zur Aufnahme eines Werkstücks und das in die Ausführungsform der erfindungsgemäße Vorrichtung bereits eingeführte Werkstück;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Baugruppe mit der Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht einer Ausführungsform einer ersten Matrize zur Herstellung einer Steckverzahnung, mit einem ersten formgebenden

Verzahnungsprofil;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht einer Ausführungsform einer zweiten Matrize zur Herstellung spitz zulaufender Zähne der Steckverzahnung, mit einem zweiten formgebenden Verzahnungsprofil;

Fig. 5 eine Einzelheit I nach Fig. 4 der Zeichnung;

Fig. 6 eine Draufsichtansicht auf einen Zwischenring zur Anordnung im Bereich

zwischen den Ausführungsformen der ersten und der zweiten Matrize;

Fig. 7 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Spannrings zur Aufnahme der ersten und zweiten Matrize; Fig. 8 eine Darstellung eines Werkstücks in der Form einer mit einem

Vorverzahnungsdurchmesser versehenen Welle und schematisch dazu angeordneter erster sowie zweiter Matrize;

Fig. 9 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 8, die der Erläuterung halber einzelne Zähne einer durch Axialumformung an der Welle bereits ausgebildeten Axialverzahnung zeigt; und

Fig. 10 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 9, die der Erläuterung halber einzelne Zähne der fertig umgeformten Verzahnung und die dabei erreichte Relativstellung der Welle und der ersten und zweiten Matrize zeigt.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform wird von einer Bewegung des Werkstücks relativ zur formgebenden Vorrichtung, also dem Werkzeug ausgegangen. Zwischen dem Werkstück und der Vorrichtung muss ganz allgemein eine

Relativbewegung stattfinden. Diese kann auch dadurch bewerkstelligt werden, dass statt einer Bewegung des Werkstücks relativ zur Vorrichtung die Vorrichtung relativ zum feststehenden Werkstück bewegt wird oder das Werkstück und die Vorrichtung beide relativ zueinander bewegt werden.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Ausschnitt aus einer Fertigungseinrichtung 1 zur Ausbildung einer näher anhand von Fig. 10 ersichtlichen Axialverzahnung 2, konkret einer Steckverzahnung, an einem Werkstück 3. Bei dem Werkstück 3 handelt es sich um eine mit der Axialverzahnung 2 auszubildende Welle, die beispielsweise der Momentenübertragung im Triebstrang eines Fahrzeugs dient.

Die Axialverzahnung 2 wird dabei in einem einzigen Arbeitsgang mittels der Vorrichtung 4 auf der Welle 3 durch einen spanlosen Umformvorgang aufgebracht.

Zu diesem Zweck wird die Welle 3 an ihrem zylindrischen Abschnitt 5 mittels einer Klemmeinrichtung 6 gehalten und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Zeichnungsebene in Richtung nach ^" rechts relativ zur Vorrichtung 4 verlagert, so dass der anhand von Fig. 8 ersichtliche Vorverzahnungsdurchmesser 7 in den Bereich einer Innenausnehmung 8 einer ersten Matrize 10 sowie einer Innenausnehmung 9 einer zweiten Matrize 11 gelangt.

Der gesamte Vorgang der Ausbildung der Axialverzahnung 2 mit angeformten Spitzen 12, die anhand von Fig. 10 der Zeichnung ersichtlich sind, findet innerhalb einer einzigen Relativbewegung des Werkstücks 3 relativ zur Vorrichtung 4 statt, eine

Nachbearbeitung der so ausgebildeten Axialverzahnung 2 an der Welle 3 durch einen spanlosen oder einen spanenden Vorgang entfällt vollständig.

Die Matrizen 10 und 11 sind in Vorschubrichtung F, wie dies anhand von Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich ist, axial beabstandet, wobei zu diesem Zweck ein näher noch anhand von Fig. 6 der Zeichnung ersichtlicher Zwischenring 13 vorgesehen ist.

Über die in Vorschubrichtung betrachtete Breite des Zwischenrings 13 kann die axiale Länge der Axialverzahnung 2 eingestellt werden, da sich eine bereits bearbeitete vorbestimmte Länge der Axialverzahnung 2 in Vorschubrichtung F noch außerhalb des Eingriffsbereichs des in der zweiten Matrize 11 ausgebildeten zweiten formgebenden Verzahnungsprofils 14 befindet, von dem der besseren Übersichtlichkeit halber in Fig. 1 nur ein einzelner Zahnzwischenraum 38 dargestellt ist.

Die beiden Matrizen 10, 11 werden in eine näher anhand von Fig. 7 der Zeichnung ersichtliche Innenausnehmung 15 eines Spannrings 16 eingesetzt und von diesem unter radiale Vorspannung gesetzt.

Die beiden Matrizen 10, 11 werden dabei von einem Deckel 17 gegen eine

Distanzhülse 18 axial vorgespannt. Der Spannring 16 mit den im Innenraum 15 angeordneten beiden Matrizen 10, 11 und die Distanzhülse 18 werden in einer

Innenausnehmung 19 einer Aufnahme 20 angeordnet, die der weiteren Armierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 4 dient und an einer Aufnahme 21 der

Fertigungseinrichtung 1 mittels Schraubbolzen 22 lösbar festgelegt werden kann.

Über eine näher anhand von Fig. 1 ersichtliche Schmierstoffzuführeinrichtung 23 und eine in der Aufnahme 20 ausgebildete Durchtrittsbohrung 24 kann Schmierstoff in einem Zwischenraum 25 zwischen den beiden Matrizen 10, 11 gebracht werden und zwar über im Spannring 16 ausgebildete Durchtrittsbohrungen 26 und im Zwischenring 13 ausgebildete Durchtrittsbohrungen 27.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der zu einer Baugruppe 28 weitergebildeten Vorrichtung 4 nach der Erfindung. Die Baugruppe 28 kann

beispielsweise im Werkstattbetrieb vormontiert werden, also mit einer ersten Matrize 10 sowie einer zweiten Matrize 11 ausgestattet werden, so dass für die Ausbildung von Axialverzahnungen 2 mit umgeformten Spitzen an verschiedenen Wellen mit

unterschiedlichen Wellendurchmessern mehrere Baugruppen vorgehalten werden können, die dann an der jeweiligen Fertigungseinrichtung 1 über die Schraubbolzen 22 festgelegt werden können.

Zur Ausbildung der Welle 3 mit der Axialverzahnung 2 wird die Welle 3 mit ihrem

Vorverzahnungsdurchmesser 7 durch eine im Deckel 17 ausgebildete Ausnehmung 29 eingeführt, so dass der vordere Endbereich 30 der Welle 3 in den Erfassungsbereich des innerhalb der ersten Matrize 10 ausgebildeten ersten Verzahnungsprofils 31 gelangt.

Die näher anhand von Fig. 3 der Zeichnung ersichtliche bevorzugte Ausführungsform einer ersten Matrize 10 weist an ihrer Innenausnehmung 8 das erste formgebende Verzahnungsprofil 31 in der Form einer Vielzahl radial verteilt angeordneter

Formgebungszähne 32 auf, die zwischen sich jeweils einen Zahnzwischenraum 33 ausbilden, in den der Werkstoff der Welle 3 bei ihrer Bewegung relativ zur ersten Matrize 10 im Rahmen einer plastischen Umformung fließen kann, so dass sich durch die Fortführung der Relativverlagerung der Welle 3 und dem ersten formgebenden Verzahnungsprofil 31 mittels Axialumformens die Axialverzahnung 2 an der Welle 3 einstellt.

Wie es ohne weiteres anhand von Fig. 3 der Zeichnung ersichtlich ist, ist diese

Ausführungsform der ersten Matrize 10 am Außenumfang 34 konisch geschliffen ausgeführt. Sie besteht aus einem Hartmetallwerkstoff und wird in die näher anhand von Fig. 7 ersichtliche Innenausnehmung 15 des Spannrings 16 eingesetzt, wobei die Innenausnehmung 15 des Spannrings 16 form- und flächenkomplementär zur

Außenform der ersten Matrize 10 und der zweiten Matrize 11 konisch ausgebildet ist.

Durch das Einpressen der beiden Matrizen in die Innenausnehmung 15 des Spannrings 16 werden beide Matrizen über den Spannring 16 und die Aufnahme 20 radial vorgespannt. Durch den konischen Außendurchmesser der beiden Matrizen 10, 11 ist es möglich, das Funktionsmaß der Matrize zu verändern. Im vorliegenden Fall der Außenverzahnung ist dies das Maß über Messrollen, welches die Toleranzlage der erzeugten Verzahnung bestimmt. Dies kann über eine unterschiedlich tiefe Anordnung beziehungsweise ein unterschiedlich tiefes Einpressen der Matrizen in die

Innenausnehmung 15 des Spannrings 16 bewerkstelligt werden oder durch

unterschiedliche Abmessungen des konischen Innendurchmessers des Spannrings 16.

Die erste Matrize 10 weist einen konischen Einlaufbereich 35, einen Kalibrierbereich 36, der die Verzahnung darstellt und einen ebenfalls konischen Auslaufbereich 37 auf. Fig. 4 der Zeichnung zeigt in einer vergrößerten Darstellung einer bevorzugten

Ausführungsform der zweiten Matrize 11 , mittels der an der Verzahnung 2 die angeformten Spitzen 12 ausgebildet werden. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in der Innenausnehmung 9 der zweiten Matrize 11 nur ein Zahnzwischenraum 38 des zweiten formgebenden Verzahnungsprofils 14 dargestellt, in den ein axial umgeformter Zahn 39, wobei hier auf Fig. 9 der Zeichnung Bezug genommen wird, aufgrund der Vorschubbewegung in Richtung des Pfeils F nach Fig. 1 einläuft und so umgeformt wird, dass die in den Eingriffsbereich der Zahnzwischenräume 38 gelangenden, noch ohne Anspitzung versehenen und anhand von Fig. 9 ersichtlichen Zahnspitzen 40 der Zähne nach der Umformung aufeinander zulaufende seitliche Zahnflanken aufweisen, die Zähne 39 also in Vorschubrichtung angespitzt werden.

Nähere Einzelheiten des zweiten formgebenden Verzahnungsprofils 14 in dieser bevorzugten Ausführungsform sind anhand von Fig. 5 der Zeichnung ersichtlich, die die vergrößerte Einzelheit I nach Fig. 4 der Zeichnung zeigt. Der Zahnzwischenraum 38 wird zwischen zwei durch den Zahnzwischenraum 38 getrennten benachbarten Zähnen 41 , 42 mit Zahnflanken 58 des zweiten formgebenden Verzahnungsprofils 14 gebildet. Wie es ohne weiteres anhand von Fig. 5 der Zeichnung ersichtlich ist, weist das zweite formgebende Verzahnungsprofil 14 einen Einlaufbereich 43, einen sich in

Vorschubrichtung F - die Vorschubrichtung ist in Fig. 4 ebenfalls dargestellt - an den Einlaufbereich 43 anschließenden Kalibrierbereich 44 und einen sich wiederum an den Kalibrierbereich 44 anschließenden Umformbereich 45 auf. Der Kalibierbereich 44 besitzt seitliche Zahnflanken 59 mit weitgehend gleich bleibendem Abstand

dazwischen.

Der Einlaufbereich 43 öffnet sich entgegen der Vorschubrichtung nach vorne

geringfügig konisch auf, wodurch etwaige Winkelfehler zwischen den beabstandeten Matrizen 10, 11 ausgeglichen werden können. Der Kalibrierbereich 44 beugt einem Stauchen der Verzahnung bei axialer Krafteinwirkung vor, und der so, wie der

Einlaufbereich 43 mit sich verjüngendem Abstand zwischen den seitlichen Zahnflanken 46 ausgebildete Umformbereich 45 führt zur konischen Anformung der seitlichen Zahnflanken 47 der angeformten Spitzen 12 der Zähne 48 der Verzahnung 2.

Wie es sich darüber hinaus anhand von Fig. 5 der Zeichnung ergibt, besitzt der Zahnzwischenraum 38 im Anschluss an den Umformbereich 45 einen Auslaufbereich 49, der zur Aufnahme von plastisch verformtem überschüssigem Werkstoff der Welle 3 dient, was beispielsweise dann von Vorteil ist, wenn bei einem Einstellvorgang der Fertigungseinrichtung 1 versehentlich ein zu großer Verfahrweg in Vorschubrichtung auftreten sollte. Durch diesen Auslaufbereich 49 wird eine Beschädigung der zweiten Matrize 11 vermieden.

Um die beiden Matrizen 10, 11 zueinander ausrichten zu können, sind an der der Einlaufseite 50 gegenüberliegenden Stirnfläche 51 der ersten Matrize 10 radial einander gegenüberliegende Nuten 52 vorgesehen, denen an der Einlaufseite 53 der zweiten Matrize 11 an der Stirnfläche angeordnete Nuten 54 zugeordnet sind.

Auch der in Fig. 6 der Zeichnung dargestellte Zwischenring 13 besitzt einander radial gegenüberliegende Nuten 55, die zu den Nuten 52, 54 ausgerichtet verlaufen, so dass anhand von Fig. 1 ersichtliche Passfedern 56 in die Nuten eingesetzt werden können, um über den Zwischenring 13 die beiden Matrizen 10, 11 zueinander auszurichten.

Über die am Zwischenring 3 vorgesehene Durchgangsbohrungen 27 gelangt sowohl beim Vorwärtshub, also bei der Vorwärtsbewegung zur Ausformung der

Axialverzahnung als auch beim Rückhub, also der Bewegung der Welle 3 mit der ausgeformten Verzahnung daran aus dem Eingriffsbereich der beiden

Verzahnungsprofile heraus Schmierstoff auf die Verzahnung 2 beziehungsweise die Welle 3. Zu diesem Zweck kann der Zwischenring 13 mit einem kleineren

Außendurchmesser versehen sein als der Innendurchmesser des Spannrings 15, so dass sich am Zwischenring 13 radial außen liegend eine umlaufende Schmierstoffnut einstellt, über die Schmierstoff durch den Zwischenring 13 in Richtung nach innen gelangen kann.

Die näher anhand von Fig. 1 der Zeichnung ersichtliche Distanzhülse 18 besitzt eine Länge, die auf die Länge des Verbundes aus erster Matrize 10, zweiter Matrize 11 und Zwischenring 13 abgestimmt ist und so der Verbund in axialer Richtung vorgespannt werden kann und sich bei der Bewegung des Werkstücks 3 relativ zum Verbund nicht bewegen kann.

Der Deckel 17 fixiert den Verbund in axialer Richtung nach vorne und über im Deckel 17 in radialer Richtung ausgebildete Nuten wird das Werkstück 3 vor dem Eintritt in die erste Matrize 10 mit Schmierstoff versorgt.

Der in Fig. 7 gezeigte Spannring 16 der bevorzugten Ausführungsform besitzt an seiner Innenausnehmung 15 eine konische Ausbildung und der Innenkonus kann so

abgestimmt werden, dass sich die Matrizen 10, 11 unabhängig von der Vorspannung immer in der gleichen axialen Position befinden, was von Vorteil ist, da damit ein einfaches Austauschen der Matrizen ohne eine Verstellung der Fertigungseinrichtung 1 möglich ist. Der Spannring 16 besitzt eine mit den Durchgangsbohrungen 26

verbundene umlaufende Ringnut, über die Schmierstoff in die Innenausnehmung 15 und damit auf das Werkstück 3 gelangen kann.

Wie es anhand von Fig. 1 und Fig. 2 der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Aufbau der Baugruppe 28 so gewählt, die erste Matrize 10 so weit wie möglich vorne in der

Baugruppe 28 zu platzieren, um das Werkstück 3 so kurz wie möglich spannen zu müssen. Durch die gleiche axiale Position der ersten Matrize 10 ist es möglich, Matrizen mit unterschiedlichen Funktionsmaßen in der Baugruppe vorzusehen, ohne die

Fertigungseinrichtung 1 verstellen zu müssen.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 8 bis Fig. 10 der Zeichnung eine bevorzugte

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren zur spanlosen Ausbildung der Verzahnung, konkret der Steckverzahnung, mit am vorderen Bereich angespitzten Zähnen beschrieben.

Fig. 8 der Zeichnung zeigt das Werkstück 3 mit seinem Vorverzahnungsdurchmesser 7 noch im Abstand zur bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Vorrichtung mit dem Matrizen 10, 11 angeordnet.

Durch eine Relativbewegung in Richtung des Pfeils F wird die in Fig. 9 der Zeichnung dargestellte Position des Werkstücks 3 relativ zur ersten Matrize 10 mit dem ersten formgebenden Verzahnungsprofil 31 erreicht, wodurch die lediglich schematisch in Fig. 9 dargestellte Axialverzahnung mit den Zähnen 39 hergestellt worden ist.

Durch eine weitere Relativbewegung des Werkstücks 3 in Richtung der

Vorschubrichtung F gelangt der mit angespitzten Zähnen 12 auszubildende vordere Endbereich 30 der Axialverzahnung 2 in den Eingriffsbereich des zweiten

formgebenden Verzahnungsprofils 14 und damit gelangen die vorderen Spitzen der Zähne 39 in die Zahnzwischenräume 38 des zweiten formgebenden Verzahnungsprofils 14, wodurch in diesem Bereich die seitlichen Zahnflanken der Zähne 39 in Richtung nach innen umgeformt werden, so dass sich die Zahnflanken aufeinander zu bewegen und die angespitzten Zähne 12 ausbilden.

Damit kann mit der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Verzahnung, konkret eine Steckverzahnung, an der Welle 3 geschaffen werden, die am Endbereich 30 der Welle 3 angespitzte Zähne 12 besitzt, also Zähne mit in Längsrichtung der Welle 3 geringer werdender Breite, so dass die mit einem nicht näher dargestellten Bauteil mit einer Innenverzahnung zu fügende Axialverzahnung 2 der Welle 3 auch bei einem Drehwinkelversatz der Axialverzahnung 3 relativ zur

Innenverzahnung des Bauteils leicht in das Bauteil eingeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ausbildung der Axialverzahnung mit angespitzten Zähnen in einem einzigen Arbeitsgang, ohne dass nach der Ausbildung der Axialverzahnung eine weitere spanlose oder spanende Bearbeitung der

Verzahnung notwendig ist.

Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Patentansprüche und die Zeichnung verwiesen.

Bezugszeichenliste

1. Fertigungseinrichtung

2. Axialverzahnung

3. Werkstück, Welle

4. Vorrichtung

5. zylindrischer Abschnitt

6. Klemmeinrichtung

7. Vorverzahnungsdurchmesser

8. Innenausnehmung

9. Innenausnehmung

10. erste Matrize

11. zweite Matrize

12. angeformte Spitze

13. Zwischenring

14. zweites Verzahnungsprofil

15. Innenausnehmung

16. Spannring

17. Deckel

18. Distanzhülse

19. Innenausnehmung

20. Aufnahme

21. Aufnahme

22. Schraubbolzen

23. Schmierstoffzuführeinrichtung

24. Durchtrittsbohrungen

25. Zwischenraum

26. Durchtrittsbohrung

27. Durchtrittsbohrung

28. Baugruppe

29. Ausnehmung

30. vorderer Endbereich

31. erstes Verzahnungsprofil

32. Formgebungszähne

33. Zwischenraum

34. Außenumfang

35. konischer Einlaufbereich 36. Kalibrierbereich

37. konischer Auslaufbereich

38. Zahnzwischenraum

39. Zahn

40. Zahnspitze

41. Zahn

42. Zahn

43. Einlaufbereich

44. Kalibrierbereich

45. Umformbereich

46. Zahnflanke

47. Zahnflanke

48. Zahn

49. Auslaufbereich

50. , Einlaufseite

51. Stirnfläche

52. Nuten

53. Einlaufseite, Stirnfläche

54. Nuten

55. Nuten

56. Passfeder

57. Ringnut

58. Zahnflanken

59. Zahnflanken

F Vorschubrichtung