Eine derartige Drückwalzvorrichtung umfasst eine rotierend antreibbare Spindel, eine daran angebrachte Halteeinrich- tung zum drehfesten Halten eines rohrförmigen Werkstücks an der Spindel, einen Drückdorn mit einer Außenkontur, welche an eine Innenkontur des Werkstücks angepasst ist, und einen Vorsetzer, der axial relativ zu der Spindel verstellbar ist.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vor- richtung gehen beispielsweise aus der DE 195 11 963 A1 her- vor. Hierbei wird ein rohrförmiges Ausgangswerkstück in einer Drückwalzmaschine eingespannt und durch radiales Zu- stellen einer Drückrolle radial eingezogen. Dieses Verfah- ren ist insbesondere für einfache Teile besonders effi- zient. Beim radialen Einziehen eines Abschnittes des rohr- förmigen Ausgangswerkstückes bilden sich stufenförmige Absätze mit radial verlaufenden Wänden aus. Diese radial verlaufenden Wände können unter bestimmten Umständen star- ken Umformkräften ausgesetzt sein, welche einerseits zu einer Verdünnung der Wände und andererseits bei Überschrei- tung des Umformvermögens zu Materialversprödung und Anris- sen führen können.

Eine ähnliche Problematik kann sich bei dem Verfahren zur Herstellung einer Welle gemäß der DE 197 25 453 A1 ergeben.

Bei diesem bekannten Verfahren wird zur Gewichtsverminde- rung die Welle als eine Hohlwelle ausgebildet, welche stu- fenförmige Absätze aufweist. Bei Hohlwellen können im Be- trieb an den stufenförmigen Absätzen relativ hohe Bela- stungen auftreten, welche eine entsprechend starke Dimen- sionierung der gesamten Hohlwellenwand erfordern. Dies wi- derstrebt aber dem Bedürfnis nach einer leichten Welle mit einem geringen Massenträgheitsmoment.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welchen ein Hohlkörper, insbesondere eine Hohlwelle, mit einem stu- fenförmigen Absatz auf wirtschaftliche und gewichtssparen- de Weise herstellbar ist, wobei zugleich im Bereich des stufenförmigen Absatzes eine hohe Festigkeit gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird zum Einen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und zum Anderen durch eine Drück- walzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ausgehend von einem gattungsgemäßen Verfahren ist die Er- findung dadurch gekennzeichnet, dass an dem rohrförmigen Werkstück ein konischer Bereich ausgebildet wird, welcher einen ersten Werkstückabschnitt mit einem größeren Durch- messer mit einem zweiten Werkstückabschnitt mit einem klei- neren Durchmesser verbindet, dass der konische Bereich ge- zielt erwärmt wird, dass auf das Werkstück eine axiale Stauchkraft ausgeübt wird, und dass dabei der erwärmte ko- nische Bereich gestaucht und zu dem stufenförmigen Absatz geformt wird. Durch das axiale Stauchen kollabiert das rohrförmige Ausgangswerkstück gezielt in dem erwärmten ko- nischen Bereich, wobei durch das beim Stauchen anfallende Material ein stufenförmiger Absatz mit einer hohen Wand- stärke und damit einer großen Festigkeit ausgebildet wird.

Durch das gezielte Erwärmen in dem konischen Bereich wird der Werkstoff des Werkstücks so beeinflusst, dass dieser gegenüber angrenzenden Werkstückbereichen bei einer ge- wünschen axialen Kraft plastisch verformbar ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei relativ langen Werkstücken eine Stauchung nur an dem gewünschten Werk- stückbereich erfolgt. Das Erwärmen kann durch eine Heizein- richtung oder durch Reibung aufgrund anliegender Drückwal- zen erfolgen. In letzterem Fall kann wegen des durch die Drückrollen erzeugten dreidimensionalen Spannungszustandes auch eine relativ geringe Erwärmung für das Stauchen und Wandverdicken ausreichend sein.

Grundsätzlich kann für das erfindungsgemäße Verfahren jedes rohrförmige Werkstück eingesetzt werden, welches beispiels- weise durch Gießen oder Schmieden hergestellt ist. Eine besonders zuverlässige Ausbildung des konischen Bereiches wird nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch er- reicht, dass der konische Bereich des rohrförmigen Werk- stücks durch Drückwalzen in einer Drückwalzmaschine ausge- bildet ist. So kann etwa eine gezielte Wandstärkenverrin- gerung an dem konischen Bereich eingestellt werden, an der dann das Werkstück beim Stauchen definiert einknickt.

Dabei besteht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass das Erwärmen und das axiale Stauchen des koni- schen Bereiches in der Drückwalzmaschine in derselben Ein- spannung wie das Drückwalzen durchgeführt wird. Dies ermög- licht ein besonders wirtschaftliches Herstellen des ge- wünschen zylindrischen Hohlkörpers.

Beim axialen Stauchen kann sich die Form des stufenförmigen Absatzes frei, ohne zusätzliche Einwirkung von Werkzeugen ausbilden. Soweit eine besonders exakte Kontur des stufen- förmigen Absatzes gewünscht ist, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass beim axialen Stauchen und beim Ausformen des stufenförmigen Absatzes das Werkstück rotiert und dass das Ausformen des stufenförmigen Absatzes unter Einwirkung mindestens einer Drückwalze erfolgt. Diese Drückwalze kann eine Kalibrierwalze sein, welche exakt die Kontur des ge- wünschen Absatzes vorgibt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, dass beim Ausformen des stufenförmigen Absatzes gezielt eine Wanddickenverstärkung an dem Absatz ausgebil- det wird. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass an der Innenseite des Hohlkörpers das beim Stauchen anfallende Material frei einen Materialwulst bilden kann.

Sollte andererseits eine exakt definierte Innenkontur in dem Hohlkörper gewünscht sein, ist es erfindungsgemäß vor- gesehen, dass beim Ausformen des stufenförmigen Absatzes in das Werkstück ein Dorn eingefahren wird, welcher eine Innenkontur des Absatzes vorgibt. Diese Innenkontur kann eine zylindrische Form mit einem rechtwinkeligen Absatz zur Aufnahme eines Lagers sein. Bei dieser Variante mit einer exakt vorgegebenen Innenkontur kann vorzugsweise ein Mate- rialwulst an der Außenseite des Hohlkörpers vorgesehen sein, welcher bei einer nachfolgenden spanabhebenden Bear- beitung beispielsweise zum Bilden eines Lagersitzes abgear- beitet wird. Es ist so zuverlässig gewährleistet, dass selbst bei einer nachfolgenden spanabhebenden Bearbeitung eine ausreichend große Wandstärke und eine hohe Festigkeit in dem abgestuften Bereich zur Verfügung steht.

Weiterhin ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass an ei- nem Werkstück mehrere stufenförmige Absätze ausgebildet werden. Hierfür können zunächst nacheinander die einzelnen Stufen ausgebildet werden, wobei zunächst der erste ko- nische Bereich erwärmt und dann unmittelbar anschließend die zugehörige Stufe ausgebildet wird. Diese Schritte wer- den dann so oft wiederholt, bis alle Absätze geformt sind.

Bei einer anderen Variante können die verschiedenen koni- schen Bereiche gleichzeitig erwärmt werden, wobei die Absätze dann in einem einzigen gemeinsamen Stauchvorgang ausgeformt werden.

Ausgehend von einer gattungsgemäßen Drückwalzvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Einrichtung zum gezielten Erwärmen eines Werkstückbereiches vorgesehen ist und dass der Vorsetzer zum Ausüben einer axialen Stauchkraft auf das Werkstück ausgebildet ist. Mit der erfindungsgemäßen Drückwalzvorrichtung kann das zuvor beschriebene Verfahren in einer Einspannung auf einer Drückwalzmaschine ausgeführt werden.

Zum Erwärmen des Werkstücks kann an der Drückwalzvorrich- tung eine geeignete Einrichtung vorgesehen sein, welche eine Induktionseinrichtung, ein Wärmestrahler, ein Laser oder ein Brenner etc. ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht dar- in, dass der Drückdorn an dem Vorsetzer angeordnet ist und dass an dem Vorsetzer ein Anschlag zum Übertragen der Stauchkraft ausgebildet ist. Hierbei ist es möglich, den Drückdorn an dem Vorsetzer zunächst zum Einstellen der Wanddicke des Werkstücks und zum Ausbilden des konischen Bereiches durch Drückwalzen im Gegenlauf oder Gleichlauf einzustellen. Anschließend kann durch Verfahren des Vor- setzers über einen Anschlag an dem Vorsetzer eine axiale Druckkraft auf das Werkstück ausgeübt werden, um die gewünschte Abstufung auszubilden. Dabei kann der Drückdorn auch innerhalb des Werkstücks verbleiben, um so auch wäh- rend des Stauchens eine definierte Innenkontur sicherzu- stellen.

Diese Ausführungsform ist in bevorzugter Weise dadurch wei- tergebildet, dass der Drückdorn an seinem freien Ende einen Einziehdornabschnitt aufweist, der an dem Drückdorn unter Ausbildung einer stufenförmigen Schulter angeordnet ist, welche als Anschlag dient. Bei dieser Vorrichtung wird nach dem Einstellen der Wandstärke des Werkstücks und dem Formen des konischen Bereichs der Drückdorn bis auf den Einzieh- dornabschnitt aus dem rohrförmigen Werkstück herausgefah- ren. Anschließend wird mit einer Drückrolle das freie Ende des Werkstücks gegen den Einziehdornabschnitt eingezogen, wobei der Durchmesser des Werkstücks an dem eingezogenen Abschnitt verringert wird. Auf diese Weise liegt das freie Werkstückende dem Anschlag gegenüber, so dass durch axiales Zustellen des Vorsetzers die gewünschte Stauchkraft für das Formen des stufenförmigen Absatzes übertragbar ist.

Eine besonders effiziente Bearbeitung des Werkstücks wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Halteeinrichtung eine Mitnehmerverzahnung aufweist, in welche das Werkstück zum Herstellen einer drehfesten Verbindung axial einformbar ist. Das Werkstück wird dabei nach einer Vorzentrierung auf dem Dorn durch den Vorsetzer und/oder die Drückwalze mit hoher axialer Kraft gegen die Mitnehmerverzahnung gedrückt, wobei sich das Werkstück unter Ausbildung einer drehfesten Verbindung in die Mitnehmerverzahnung einformt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Aus- führungsbeispielen beschrieben, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 schematische Querschnittsansichten eines nach der Erfindung bearbeiteten Werkstücks in verschiede- nen Bearbeitungsstadien und Fig. 2 schematische Querschnittsansichten eines in einer erfindungsgemäßen Drückwalzvorrichtung einge- spannten Werkstücks in verschiedenen Bearbei- tungsstadien.

In Figur la ist ein rohrförmiges Werkstück 10 gezeigt, wel- ches an einem Drückdorn 50 zentrisch angeordnet ist. Der Drückdorn 50, welcher Teil einer Drückwalzvorrichtung ist, weist einen ersten Zylinderbereich 54 und einen dazu durch- messerkleineren zweiten Zylinderbereich 56 auf, welche über einen Konusbereich 52 miteinander verbunden sind.

Durch axiales und/oder radiales Zustellen mindestens einer Drückwalze 40 wird eine gewünschte Außenkontur des Werk- stücks 10 im Gegenlaufdrückwalzen eingestellt. Zum Errei- chen der in Figur lb gezeigten Form wird an das rotierende Werkstück 10 die Drückwalze 40 axial zugestellt, wobei ent- sprechend einem Einlaufwinkel an der Drückwalze 40 der Durchmesser verringert und das Werkstück gleichzeitig axial gelängt wird. Bei definierter Einstellung der Umformparame- ter, insbesondere der Druckkraft und der Rotationsgeschwin- digkeit, kann das Gegenlaufdrückwalzen durch die Rolle be- abstandet von dem Dorn 50 durchgeführt werden. Die ver- schiedenen Durchmesserbereiche gemäß den Abschnitten dl und d2 in Figur lb werden durch eine Veränderung dieser Umform- parameter und/oder der radialen Zustellposition der Drück- walze 40 erreicht. Die Durchmesserbereiche d3 und d4 werden durch ein hinlänglich bekanntes Abstreck-Drückwalzen er- reicht, bei welchem die Drückwalze 40 das Material in un- mittelbarem Zusammenwirken mit dem Druckdorn 50 umformt.

Hierbei wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein ko- nischer Bereich 12 mit einer definierten Wandstärke ausge- formt, welcher einen ersten durchmessergrößeren Werkstück- abschnitt 14 mit einem zweiten durchmesserkleineren Werk- stückabschnitt 16 verbindet.

An den konischen Bereich 12 wird anschließend eine schema- tisch dargestellte Einrichtung 44 zugestellt, durch welche der konische Bereich 12 gezielt erwärmt wird. Es wird hier- bei vorzugsweise eine Temperatur des Werkstücks in diesem Bereich oberhalb der Rekristallisationstemperatur einge- stellt, so dass der nachfolgende Stauchvorgang gezielt in diesem Bereich und ohne Kaltverfestigung stattfinden kann.

Der axiale Stauchvorgang, bei welchem eine Kraft F auf das Werkstück 10 ausgeübt wird, ist in Figur lc veranschau- licht. Durch die axiale Kraft F wird der konische Bereich 12 unter Ausbildung eines stufenförmigen Absatzes 20 zu- sammengeschoben. Um eine definierte Außenkontur zu errei- chen, wird eine Kalibrierwalze 42 mit einer entsprechenden stufenförmigen Kontur verwendet, wie aus der Einzelheit gemäß Figur ld zu ersehen ist. Durch den Stauchvorgang ergibt sich ein Materialanfall, welcher zu einer Wandstär- kenverdickung 22 im Bereich des stufenförmigen Absatzes 20 führt.

Zur Einstellung einer definierten Innenkontur kann, wie aus der oberen Hälfte der Figur lc zu ersehen ist, der Drück- dorn in das Werkstück 10 eingeschoben werden. Alternativ kann gemäß der unteren Hälfte der Figur lc bei einem innen nicht abgestützten Werkstück 10 ein Materialwulst 24 ausge- bildet werden, welcher an der Innenseite des Werkstücks 10 für eine zusätzliche Materialverstärkung sorgt.

Der so geformte Hohlkörper mit dem stufenförmigen Absatz 20 ist in Figur le gezeigt. Dieser Hohlkörper kann gegebenen- falls mit einem weiteren stufenförmigen Absatz versehen werden, wobei zunächst gemäß Figur lf ein weiterer koni- scher Bereich 32 durch eine entsprechend geformte Einzieh- rolle ausgebildet wird. Dieser weitere konische Bereich 32 kann dann entsprechend den vorangegangenen Verfahrens- schritten durch Erwärmen und axiales Stauchen zu dem wei- teren stufenförmigen Absatz ausgebildet werden. Auf diese Weise kann effizient und mit hoher Genauigkeit eine Hohl- welle mit einem Hinterschnitt ausgebildet werden, wobei an den entsprechenden stufenförmigen Absätzen eine besonders starke Materialanhäufung gegeben ist.

Eine alternative Verfahrensausführung und eine Vorrichtung nach der Erfindung sind in den Figuren 2a bis 2d darge- stellt. Ein rohrförmiges Werkstück l0a mit einem massiven Bodenbereich 11 und einer darin eingebrachten Zentrier- bohrung wird durch drei schematisch angedeutete Mehrzweck- Drückrollen 46, welche in bekannter Weise in Umfangs-, in Radial-und in Achsrichtung einen definierten Versatz zu- einander aufweisen, axial gegen eine Mitnehmerverzahnzung 64 einer Halteeinrichtung 62 gedrückt. Die Halteeinrichtung 62 ist drehfest mit einer Spindel 60 einer Drückwalzvor- richtung verbunden, deren grundsätzlicher Aufbau hinsicht- lich Gestell, Antrieb und Halterung der Drückwalzen aus dem Stand der Technik bekannt ist. Zwischen der Spindel 60 und der Halteeinrichtung 62 ist ein federnd und axial ver- schiebbar gelagerter Zentrierstift 61 vorgesehen, welcher zur zentrischen Lagerung des Werkstücks lOa in dessen Zen- trieröffnung eingreift.

Gemäß der Figur 2a wird mit der Mehrzweck-Drückrolle 46 zu- nächst eine Längung des Werkstücks lOa durch ein Gegenlauf- drückwalzen bewirkt. Das so erzeugte Zwischenprodukt ist Figur 2b entnehmbar. Zu diesem Zeitpunkt wird die Mehr- zweck-Drückrolle 46 an das freie Ende des Werkstücks lOa rückgestellt, wobei gleichzeitig eine Verkippung der Rolle o um einen Kippwinkel, beispielsweise um 20, durchge- führt wird. Durch diese Verstellung der Mehrzweck-Drück- rolle 46 liegt nun nicht mehr der beim Gegenlaufdrückwal- zen zum Einsatz kommende Einlaufbereich 47, sondern der demgegenüber wulstförmig vorstehende Einziehabschnitt 48 ab dem Werkstück lOa an.

Gemäß Figur 2c wird ein in dem Werkstück lOa während des Gegenlaufdrückwalzens eingeführter Drückdorn 50a weitge- hend aus dem Werkstück lOa herausgefahren, so dass ledig- lich ein am freien Ende des Drückdorns 50a angeordneter zylindrischer Einziehabschnitt 72 im Werkstück lOa ver- bleibt. Gegenüber dem Durchmesser des zylindrischen Drück- dorns 50a ist der Einziehabschnitt 72 durchmesserkleiner, wobei eine definierte Schulter 74 ausgebildet ist. Diese Schulter 74 dient als ein axialer Anschlag, durch welchen einerseits eine axiale Längung des Werkstücks lOa begrenz- bar ist und andererseits durch einen Vorsetzer des Drück- dorns 50a eine axiale Stauchkraft auf das Werkstück lOa übertragbar ist.

Durch den wulstförmigen Einziehabschnitt 48 der Mehrzweck- Drückrolle 46 wird das freie Ende des Werkstücks lOa radial nach innen gegen den zylindrischen Einziehdornabschnitt ge- drückt, wobei ein konischer Bereich 12a an dem Werksütck lOa ausgebildet wird. Entsprechend der Verfahrensbeschrei- bung zu Figur 1 kann dieser konische Bereich 12a zu einem stufenförmigen Absatz geformt werden. Für weitere Umformun- gen wird die Mehrzweck-Drückrolle 46, welche gegenüber dem Gegenlaufdrückwalzen um einen Winkel a gekippt ist, in grundsätzlich bekannter Weise an dem Außenumfang des Werk- stücks lOa entlanggefahren.