Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer innenverzahnten Nabe in einem Blechzuschnitt aus Feinblech. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellu einer außenverzahnten Nabe in einem Blechzuschnitt aus

Feinblech .

Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung einer innenverzahnten Nabe für eine formschlüssige Welle-Nabe- Verbindung. Aus einem Feinblech mit einer Stärke von weniger als 3 mm, insbesondere einem Feinblech mit einer

Ausgangsstärke von etwa 1,5 mm wird bevorzugt eine

Riemenscheibe mit einer innenverzahnten Nabe durch mehrere Umformschritte hergestellt.

Im Stand der Technik wird die formschlüssige Welle-Nabe- Verbindung zwischen der Riemenscheibe und der Welle durch eine zusätzliche innengeräumte Scheibe realisiert, welche durch einen aufwendigen und kostenträchtigen Laserprozess Stoffschlüssig mit der Riemenscheibe verbunden wird. Auch die Herstellung dieser zusätzlichen Scheibe ist aufgrund des Innenräumens mit einer Räumnadel kostenintensiv.

Aus der DE 196 32 279 AI ist darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung einer Riemenscheibe mit einem im Wesentlichen radial verlaufenden Nabenbereich und einem im Wesentlichen axial verlaufenden, außenverzahnten Umfangsbereich bekannt. Bei dem Verfahren wird eine Blechronde zunächst zu einem Napf vorgeformt, an dessen Umfangsbereich eine Wölbung ausgebildet wird, welche anschließend zum Bilden einer Materialverdickung flachgedrückt wird. Zum Bilden der vorgenannten Wölbung wird der Umfangsbereich des Napfes innerhalb einer ringförmigen Kammer axial gestaucht, wobei das Auswölben des

Umfangsbereichs durch die ringförmige Kammer im

Pressenstempel begrenzt wird, in die der Umfangsbereich beim Stauchen eingefahren wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer innenverzahnten oder einer außenverzahnten Nabe in einem Blechzuschnitt aus Feinblech zu schaffen, das keinen

Materialabtrag erfordert und zudem deutlich kostengünstiger durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Als Blechzuschnitt wird vorzugsweise eine Scheibe verwendet, deren Ausgangsstärke weniger als 3 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm beträgt.

Zunächst wird durch Tiefziehen eine napfförmige Vertiefung mit einer vorzugsweise runden Bodenfläche in dem

Blechzuschnitt in mehreren Ziehstufen hergestellt. Das

Tiefziehen erfolgt vorzugsweise mit Formwerkzeugen,

insbesondere einem Stempel und einer Matrize. Mit jeder

Ziehstufe wird das Formwerkzeug geringfügig verkleinert, um das Material im Bereich der Bodenfläche zum Mittelpunkt der Bodenfläche hin zu konzentrieren. Durch die Stärkenzunahme des Blechzuschnittes im Bereich der Bodenfläche steht

ausreichend Material zur Verfügung, um anschließend im Wege des Kragenziehens einen Kragen ausreichender Länge und Stärke herzustellen. Die Bodenfläche bzw. der Durchmesser der napfförmigen Vertiefung wird beispielsweise in 3

Tiefziehschritten auf die endgültige Form des Napfes

reduziert.

Vor dem Schritt des Kragenziehens wird die Bodenfläche der napfförmigen Vertiefung aufgelocht. Die Herstellung des sogenannten Vorlochs für das

anschließende Kragenziehen erfolgt vorzugsweise mittels eines Stanzwerkzeugs, wobei das Stanzwerkzeug einen Stempel und eine Matrize mit einer Öffnung umfasst, die mit dem Stempel fluchtet. Der Stempel stanzt in den Blechzuschnitt das

Vorloch und taucht dabei in die Öffnung der darunter

liegenden Matrize. Durch die sich konisch nach unten

erweiternde Öffnung fällt der Stanzbutzen hindurch. Die bündig an der Innenfläche der napfförmigen Vertiefung

anliegende Matrize stabilisiert die napfförmige Vertiefung während des Auflochens. Der Stempel ist in einem Oberteil des Stanzwerkzeugs geführt.

Das sich anschließende Kragenziehen ist ein Umformverfahren, bei dem an Blechen durch Zugdruckbelastung Kragen genannte Blechdurchzüge aufgestellt werden. Nach Din 8580 gehört das Kragenziehen zu dem Umformverfahren Zugdruckumformen.

Ausgehend von einer Ausgangsstärke des Blechzuschnittes von 1,5 mm weist der Kragen nach dem Kragenziehen eine Wandstärke von etwa 1,2 mm auf.

Das Kragenziehen erfolgt mittels eines Tiefziehwerkzeugs , wobei das Tiefziehwerkzeug einen Ziehstempel mit einem zylindrischen Abschnitt und eine Ziehmatrize mit einem zylindrischen Durchgang umfasst. Der Durchmesser des

zylindrischen Abschnitts entspricht dem Innendurchmesser des herzustellen Kragens. Der Durchmesser des zylindrischen

Durchgangs in der Matrize entspricht dem Außendurchmesser des Mantels des herzustellenden Kragens. Während des

Kragenziehens gelangt die Außenseite der Bodenfläche des Napfs an dem zylindrischen Durchgang und die Innenseite der Bodenfläche an dem zylindrischen Abschnitt zur Anlage; dabei wird der hohlzylindrische Kragen aus der zuvor verdickten Bodenfläche des Napfes gebildet.

Um in den Innenmantel des Kragens die Verzahnung im Wege der Blechmassivumformung einzubringen, wird zunächst der

Außenmantel des Kragens stabilisiert. Hierzu wird an dem Außenmantel eine Form bündig zur Anlage gebracht. In das Innere des Kragens wird eine Matrize eingebracht, die das Negativ der herzustellenden Innenverzahnung aufweist. Im Wege der anschließenden Blechmassivumformung durch axiales Stauchen des Kragens legt sich das Material des Kragens in die Matrize (fließen des Materials) . Durch das Stauchen des Kragens nimmt die Stärke im Bereich der Verzahnung auf bis zu 3 mm zu. Durch die Stauchung wird zudem das Material

verfestigt, was sich positiv auf die Welle-Nabe-Verbindung auswirkt, da höhere Drehmomente übertragen werden können aufgrund der höheren zulässigen Flächenpressung.

Vor dem Schritt der Blechmassivumformung zur Ausbildung der Innenverzahnung besteht darüber hinaus die Möglichkeit, zunächst durch Aufbringen von axialen Umformkräften die

Wandstärke des Kragens entweder umlaufend einheitlich oder aber auch lediglich partiell zu erhöhen. Die erhöhte

Wandstärke wirkt sich vorteilhaft auf die Höhe der

übertragbaren Drehmomente der Welle-Nabe-Verbindung aus.

Durch das axiale Stauchen kann zudem Material im Bereich des Fußes der herzustellenden Nabe angehäuft werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vor dem Schritt der Blechmassivumformung der Kragendurchmesser reduziert. Hierdurch kann eine (weitere) Erhöhung der

Wandstärke erreicht werden, um die übertragbaren Drehmomente zu erhöhen.

Erst anschließend findet die Blechmassivumformung durch axiales Stauchen des Kragens statt, bei der sich das Material in die Matrize legt.

Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung einer Nabe mit einer Innenverzahnung aus einem Feinblechzuschnitt näher erläutert. Es zeigen

Figuren 1.1- 1.3 das Tiefziehen einer napfförmigen

Vertiefung in dem Blechzuschnitt in mehreren Ziehstufen, das Auflochen der napfförmigen

Vertiefung, das Herstellen eines Kragens im Bereich der Bodenfläche des Napfes,

Figuren 1.6 - 1.7 Reduzierung der Längserstreckung und des

Kragendurchmessers , Figuren 1.8 - 1.9 Ausformen des Kragens und Fußbereichs in zwei Schritten, Figur 1.10 Blechmassivumformung des Kragens zu einer innenverzahnten Nabe und

Figur 2 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Scheibe mit innenverzahnter Nabe, die mit einer Außenverzahnung einer

Welle in Eingriff steht.

Die Figuren 1.1 bis 1.10 zeigen die unterschiedlichen

Werkzeuge zur Durchführung der Bearbeitungsschritte in einer Aufsicht auf das jeweilige Werkzeug sowie entlang der

Schnittlinien A-A bis Q-Q in den Aufsichten. In dem linken Teil der Schnittdarstellung sind jeweils das Ober- und

Unterteil des Werkzeugs vor und in dem rechten Teil der

Schnittdarstellung nach dem Bearbeitungsschritt dargestellt.

Zwischen dem Ober- und Unterteil jedes Werkzeugs befindet sich jeweils der kreisförmige Blechzuschnitt (1). Der

umlaufende Rand der Kreisscheibe liegt in sämtlichen

Bearbeitungsschritten auf einem Blechhalter (2) auf.

Die Figuren 1.1 bis 1.3 veranschaulichen das Tiefziehen einer napfförmigen Vertiefung, nachfolgend auch kurz als Napf (3) bezeichnet, in dem Blechzuschnitt (1) . Der Napf (3) weist nach sämtlichen der drei Ziehstufen eine runde Bodenfläche (3.1) sowie einen umlaufenden Mantel (3.2) auf, der die

Bodenfläche (3.1) mit dem Rest des Blechzuschnitts (1) verbindet. Die zum Tiefziehen in den drei Schritten 1.1 bis 1.3 verwendeten Tiefziehwerkzeuge (4) umfassen jeweils als Oberteil eine Matrize (4.1) und als Unterteil einen Stempel (4.2) . In der in Figur 1.1 dargestellten ersten Ziehstufe wird ein Erstzug des Napfes (3) hergestellt, um ausreichend Material für die später herzustellende Kerbverzahnung in der Nabe durch Ausdünnung der umliegenden Bereiche bereitzustellen. In der in Figur 1.2 dargestellten zweiten Ziehstufe wird die Größe des Tiefziehwerkzeugs (4) reduziert. Der Stempel (4.2) sowie der Durchmesser des Freiraums der Matrize (4.1) sind gegenüber dem Tiefziehwerkzeug (4) nach Figur 1.1 reduziert. In der in Figur 1.3 dargestellten dritten Ziehstufe wird die Größe des Tiefziehwerkzeugs (4) nochmals reduziert. Der

Stempel (4.2) sowie der Durchmesser des Freiraums der Matrize

(4.1) sind gegenüber dem Tiefziehwerkzeug (4) nach Figur

(1.2) reduziert.

Die drei Ziehstufen bewirken eine Stärkenzunahme des

Blechzuschnitts im Bereich der Bodenfläche (3.1), so dass ausreichend Material zur Verfügung steht, um einen Kragen (1.2) ausreichender Länge und Stärke herzustellen.

Figur 1.4 zeigt das Auflochen der Bodenfläche (3.1) des

Napfes (3) vor dem Schritt des Kragenziehens (Figur 1.5) . Das Auflochen erfolgt mittels eines Stanzwerkzeugs (5) , wobei das Stanzwerkzeug einen im Werkzeugoberteil geführten Stempel

(5.1) und als Werkzeugunterteil eine Matrize (5.2) mit einer Öffnung (5.3) umfasst, die mit der vertikalen

Bewegungsrichtung des Stempels (5.1) fluchtet. Die Matrize

(5.2) unterstützt den Napf (3) während der Stempel (5.1) mittig ein Vorloch (3.3) in die Bodenfläche (3.1) des Napfes (3) stanzt.

Figur 1.5 zeigt das Herstellen des Kragens (1.2) im Bereich der vorgelochten Bodenfläche (3.1) im Wege des Kragenziehens. Das Kragenziehen wird mittels eines Formwerkzeugs (6)

durchgeführt, wobei das Formwerkzeug (6) einen Stempel (6.1) mit einem zylindrischen Abschnitt (6.2) und eine Matrize (6.3) mit einem zylindrischen Durchgang (6.4) umfasst. Aus der rechten Hälfte der Schnittdarstellung ist erkennbar, dass nach dem Kragenziehen die Außenseite der Bodenfläche (3.1) des Napfes (3) an dem zylindrischen Durchgang (6.4) der

Matrize (6.3) und die Innenseite der Bodenfläche (3.1) des Napfes (3) an dem zylindrischen Abschnitt (6.2) des Stempels (6.1) anliegt.

Figur 1.6 zeigt den optionalen Schritt einer Reduzierung der Längserstreckung des Kragens (1.2) durch Axialstauchen, um Material zur Ausbildung eines Fußbereichs (1.3) der Nabe anzuhäufen. Das Formwerkzeug (7) umfasst ein zweiteiliges

Werkzeugoberteil (7.1) mit einem Ringspalt (7.2), in dem ein ringförmiger Pressstempel (7.3) hin- und her beweglich geführt ist. Der Ringspalt (7.2) nimmt den Kragen (1.2) auf. An der Unterseite verbreitert sich der Ringspalt (7.2), um zusammen mit dem als Stempel (7.4) ausgeführten

Werkzeugunterteil eine Kavität zur Ausbildung des Fußbereichs (1.3) zwischen dem Kragen (1.2) und dem übrigen

Blechzuschnitt (1) zu bilden. Die Länge des Pressstempels (7.3) ist derart bemessen, dass die Längserstreckung des Kragens (1.2) etwa um 30% reduziert wird. Figur 1.7 zeigt eine optionale Reduktion des Durchmessers des Kragens (1.2) .

Das Formwerkzeug (8) umfasst einen Stempel (8.1) mit einem zylindrischen Abschnitt (8.2) und eine Matrize (8.4) mit einem Durchgang (8.5) mit einem zylindrischen Abschnitt

(8.6) . Zwischen dem zylindrischen Abschnitt (8.2) des

Stempels (8.1) und dem zylindrischen Abschnitt (8.6) des Durchgangs (8.5) der Matrize (8.4) wird der Durchmesser des Kragens (1.2) reduziert. Der Durchmesser des zylindrischen

Abschnitts (8.2), (8.6) von Stempel (8.1) und Durchgang (8.5) ist zu diesem Zweck kleiner als der Durchmesser des Kragens (1.2) nach dem optionalen Schritt der Reduzierung der

Längserstreckung (Fig. 1.6).

Figuren 1.8 zeigt eine optionale Ausformung des Kragens (1.2) sowie des Fußbereiches (1.3) der herzustellenden Nabe.

Das Formwerkzeug (8) ist vergleichbar mit dem Formwerkzeug (8) nach Figur 1.7 und umfasst den Stempel (8.1) mit einem sich ausgehend von dem zylindrischen Abschnitt (8.2) konisch erweiternden Übergangsbereich (8.3). Die Matrize (8.4) weist einen sich unterhalb des zylindrischen Abschnitts (8.6) konisch erweiternden Formbereich (8.7) auf. Zwischen dem Übergangsbereich (8.3) des Stempels (8.1) und dem Formbereich

(8.7) der Matrize (8.4) wird der Fußbereich (1.3) des Kragens (1.2) ausgeformt.

Figur 1.9 zeigt eine optionale nochmalige Stauchung des

Kragens (1.2) und die endgültige Ausformung des Fußberei (1.3) des Kragens (1.2). Das Formwerkzeug (9) weist einen ringförmigen Pressstempel

(9.1) auf, der in einem zylindrischen Durchgang (9.2) der Matrize (9.3) mit dem Kragen (1.2) fluchtend verschieblich geführt ist. Mittels des Pressstempels (9.1) wird die

Längserstreckung des Kragens (1.2) nochmals geringfügig reduziert. Zugleich wird der Fußbereich (1.3) zwischen der Matrize (9.3) und dem als Stempel (9.4) ausgeführten

Werkzeugunterteil vollständig ausgeformt, bevor der derart bearbeitete Blechzuschnitt (1) dem abschließenden Schritt der Blechmassivumformung zur Ausbildung der Innenverzahnung zugeführt wird.

Figur 1.10 zweigt den abschließenden Schritt der

Blechmassivumformung zur Herstellung der Nabe (10) mit

Innenverzahnung (10.1).

Das Formwerkzeug (11) zur Blechmassivumformung umfasst eine Form (11.1) als Werkzeugoberteil, die an dem Außenmantel des Kragens (1.2) sowie dessen Fußbereich (1.3) anliegt. Das Werkzeugunterteil umfasst eine Matrize (11.2) mit einem

Negativ der Innenverzahnung. Die Matrize (11.2) liegt vor der Blechmassivumformung teilweise an dem Innenmantel des Kragens

(1.2) an. Mittels eines ringförmigen Pressstempels (11.3), der in dem Werkzeugoberteil hin- und her beweglich ist, wird der Kragen (1.2) so weit gestaucht, bis sich das Material im Bereich des Kragens (1.2) vollständig in die Matrize (11.2) mit dem Negativ der Innenverzahnung legt und dadurch die Innenverzahnung innerhalb der derart gebildeten Nabe (10) ausbildet . Die Verzahnung ist im dargestellten Beispiel als Kerbverzahnung, wie bei Welle-Naben-Verbindungen üblich, ausgebildet . Figur 2 zeigt die gemäß den Schritten 1.1 bis 1.10

hergestellte kreisförmige Scheibe (12) mit der Nabe (10) mit Innenverzahnung (10.1), die mit der Außenverzahnung (13.1) einer Welle (13) in Eingriff steht. Die Herstellung einer außenverzahnten Nabe entspricht weitgehend der vorstehend beschriebenen Herstellung der innenverzahnten Nabe.

Das Tiefziehen einer napfförmigen Vertiefung in dem

Blechzuschnitt in mehreren Ziehstufen gemäß Figuren 1.1 -

1.3, das Auflochen der napfförmigen Vertiefung gemäß Figur

1.4, das Herstellen eines Kragens im Bereich der Bodenfläche des Napfes gemäß Figur 1.5 sowie ggf. die optionale

Reduzierung der Längserstreckung und des Kragendurchmessers sowie das optionale Ausformen des Kragens und Fußbereichs in zwei Schritten gemäß den Figuren 1.6 - 1.9 stimmen überein.

Unterschiede ergeben sich hinsichtlich der Werkzeuganordnung des in Figur 1.10 dargestellten Schritts der

Blechmassivumformung.

Zur Herstellung der Außenverzahnung wird der Kragen (1.2) durch eine an dessen Innenfläche, nicht dessen Außenfläche bündig anliegende Form stabilisiert. Der Kragen (1.2) wird vor der Blechmassivumformung in eine ringförmige Matrize mit einem Negativ der Außenverzahnung eingebracht, während zur Herstellung der Innenverzahnung die Matrize in den außen stabilisierten Kragen eingebracht wird.

Das anschließende Blechmassivumformen erfolgt sowohl bei der Herstellung der Außenverzahnung als auch der Innenverzahnung durch axiales Stauchen des Kragens (1.2), bis sich das Material im Bereich des Kragens in die Matrize legt.

Nr. Bezeichnung

1. Blechzuschnitt

1.2 Kragen

1.3 Fußbereich

2. Blechhalter

3. Napf

3.1. Bodenfläche

3.2. Mantel

3.3. Vorloch

4. Tiefziehwerkzeuge

4.1. Matrize

4.2. Stempel

5. StanzWerkzeug

5.1. Stempel

5.2. Matrize

5.3. Öffnung

5.4. Werkzeugoberteil

6. Formwerkzeug

6.1. Stempel

6.2. zylindrischer Abschnitt

6.3. Matrize

6.4. zylindrischer Durchgang

7. Formwerkzeug

7.1. Werkzeugoberteil

7.2. Ringspalt

7.3. Pressstempel

7.4. Stempel Nr. Bezeichnung

8. Formwerkzeug

8.1. Stempel

8.2. zylindrischer Abschnitt

8.3. Übergangsbereich

8.4. Matrize

8.5. Durchgang

8.6. zylindrischer Abschnitt

8.7. Formbereich

9. Formwerkzeug

9.1. Pressstempel

9.2. zylindrischer Durchgang

9.3. Matrize

9.4. Stempel

10. Nabe

10.1. Innenverzahnung

11. Formwerkzeug

11.1. Form

11.2. Matrize

11.3. Pressstempel

12. Scheibe

13. Welle

13.1. Außenverzahnung