Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum spanlosen Anformen einer zylindrischen Nabe an einem Werkstück, bei dem eine Spaltrolle mit einer spitzwinkligen Trennkannte an das um eine Rotationsachse rotierende Werkstück zugestellt und ein Materialbereich abgespalten wird, wobei aus dem abgespaltenen Materialbereich durch mindestens eine Nachformrolle die zylindrische Nabe endgeformt wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Rolle zur Durchführung dieses Verfahrens sowie eine Drückwalzmaschine mit mindestens einer Spaltrolle mit einer spitzwinkligen Trennkannte und mit einem Drückfutter zum aufnehmen und halten des Werkstücks, wobei das Drückfutter relativ zu der Spaltrolle rotierend antreibbar ist.

Ein gattungsgemäßer Stand der Technik geht beispielsweise aus der DE 41 15 423 A1 hervor. Bei diesem bekannten Verfahren wird mittels einer Rolle mit einer spitzwinkligen Trennkannte, welche auch als Spalt- oder Schneidrolle bezeichnet wird, an einer ebenen Ronde ein Materialbereich im Querschnitt V-förmig abgezweigt oder abgespalten. Aufgrund der spitzwinkligen Trennkannte kann die Rolle relativ leicht in das Werkstück eindringen, so dass auch nur geringe Umformkräfte zum Zustellen der Spaltrolle notwendig sind. Aufgrund der geringen Umformkräfte wird das Materialgefüge sowohl des verbliebenen radialen Werkstückbereiches als auch des abgezweigten Werkstückbereiches nicht allzu stark belastet. Insbesondere die Gefahr der Bildung von Gefügerissen innerhalb des Werkstückgefüges bleibt gering. Dies gilt vor allem, wenn eine Zustellung der Spaltrolle entsprechend der Lehre der DE 41 15 423 A1 von der Außenkante an ohne ein axiales Eindrücken in das Werkstück ausschließlich radial erfolgt. Allerdings kann sich hierbei ein relativ langer Materialzweig bilden, dessen Werkstoff nicht vollständig zum Ausbilden der Nabe genutzt werden kann.

Zum spanlosen Anformen einer Nabe ist es aus der DE 44 44 526 C1 weiter bekannt, an eine Seitenfläche einer Blechplatine eine Drückrolle mit einem relativ großen Drückradius zuzustellen, durch welche Werkstückmaterial zum Ausbilden der Nabe in einen Aufnahmeraum gedrückt wird. Der Aufnahmeraum ist um einen mittigen Werkzeugstift gebildet und durch einen Anschlag an einem Vorsetzer begrenzt. In Abhängigkeit von der Größe dieses Aufnahmeraumes soll die Wanddicke der anzuformenden Nabe bestimmt werden können.

Bei diesen bekannten Verfahren sind jedoch relativ hohe axiale und radiale Umformkräfte auf das Werkstück auszuüben. Es sind entsprechend aufwendige Maschinen vorzusehen, wobei das Problem besteht, dass bei einer Überbeanspruchung des Materiales die anzuformende Nabe abreißen kann.

Ein werkstückschonendes Verfahren ist aus der DE 198 49 981 A1 bekannt, bei welchem mittels einer speziellen Umformrolle eine Nabe spanlos angeformt wird. Die spezielle Umformrolle umfasst eine etwa rechtwinkelige Trennkante und einen sich daran unmittelbar anschließenden Stauchbereich, dessen Außenprofil der Außenumfangskontur der anzuformenden Nabe angepasst ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Rolle und eine Drückwalzmaschine anzugeben, mit welchen eine Nabe besonders gefügeschonend und wirtschaftlich anformbar ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Rolle gemäß den Merkmalen der Ansprüche 10 oder 11 sowie durch eine Drückwalzmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Endformen der abgespaltene Materialbereich mit einer definierten Kurvenform versehen wird. Anders als im Stand der Technik, bei dem die Endformrolle an dem linear abgespaltenen Materialbereich angreift, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der abgespaltene Materialbereich mit einer speziellen, auf die gewünschte Nabenform abgestimmten Kontur versehen. Bei den bekannten Verfahren wurde festgestellt, dass beim Formen eines V-förmig abgespaltenen Materialbereiches zu einer zylindrischen Nabe sich über die axiale Länge der geformten Nabe ein unterschiedliches Materialgefüge ausbildet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Material am freien Ende der Nabe stärker umgeformt und beansprucht wird als im Übergangsbereich der Nabe zu dem Werkstückgrundkörper. Zudem neigt das Material beim Endformen eher dazu, in Richtung des freien Endes der Nabe zu fließen, so dass nur mit einem relativ großen Kalibrieraufwand sich eine gleichmäßige Wanddicke der Nabe einstellen lässt. Wird gemäß der Erfindung der Materialbereich vor dem Endformen in einer gewünschten Weise hinsichtlich seiner Außenkontur und/oder seiner Wanddicke eingestellt, kann eine Nabe ohne aufwendiges Kalibrieren mit einem hohen Gleichmaß hinsichtlich Wanddicke und Materialgefüge hergestellt werden. Unter einer zylindrischen Nabe ist im Sinne der Erfindung eine axial vorstehende Nabe zu verstehen, welche an ihrer Außen- oder Innenkontur auch Verzahnungen, Rillen, Stufen etc. aufweisen kann. Diese können gleichzeitig mit dem Endformen spanlos ausgeformt werden. Das Verfahren kann als Kalt- oder Warmumformung durchgeführt werden.

Eine besonders effiziente Verfahrensdurchführung besteht nach der Erfindung darin, dass bereits beim Abspalten der Materialbereich durch die Spaltrolle mit der Kurvenform versehen wird. Hierzu wird eine Spaltrolle mit einer entsprechenden Außenkonturierung zur Herstellung der Kurvenform eingesetzt.

Alternativ ist es nach der Erfindung möglich, dass nach dem Spalten und vor dem Endformen eine Zwischenformrolle zugestellt wird, durch welche der abgespaltene Materialbereich mit der Kurvenform versehen wird. Die Zwischenformrolle formt dabei den etwa V-förmig abgespaltenen Materialbereich in der gewünschten Weise um, so dass im anschließenden Endformschritt die Nabe mit den gewünschten Geometrie- und Materialeigenschaften ausgebildet werden kann.

Unter dem Begriff Kurvenform im Sinne der Erfindung ist grundsätzlich jede von einer geraden Außenkonturlinie abweichende Konturform zu verstehen. Als besonders zweckmäßig hat es sich nach der Erfindung jedoch herausgestellt, dass als Kurvenform eine radial nach außen gewölbte, konvexe Kontur vorgesehen wird. Dies können eine Kreisbogenform oder buckelförmige Stufen oder Absätze sein, welche gegebenenfalls mit einer Wandstärkenverdickung verknüpft sein können. Durch diese konvexe Außenkontur der Nabenzwischenform ist die Möglichkeit geschaffen, das außenliegende Material relativ einfach noch in Richtung des Werkstückgrundkörpers zu drücken, so dass einerseits das Gefüge am freien Ende der Nabe entlastet und sowohl das Gefüge im Übergangsbereich der Nabe zum Grundkörper sowohl hinsichtlich einer Gefügeverfestigung als auch hinsichtlich einer gleichmäßigen Ausbildung der Wanddicke verbessert wird.

Eine gute Materialausnutzung des abgespaltenen Materialbereiches möglichst ohne überstehendes Restmaterial wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die Nachformrolle und/oder die Zwischenformrolle eine axiale Anschlagfläche aufweisen, durch welche eine axiale Erstreckung des abgespaltenen Materialbereiches begrenzt wird.

Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die axiale Anschlagfläche an einer Ausnehmung ausgebildet ist, durch welche eine Außenkontur und/oder eine axiale Länge der anzuformenden Nabe vorgegeben wird. Die axiale Anschlagfläche ist dabei von dem Werkzeuggrundkörper um einen Abstandsbetrag entfernt, welcher der Länge der anzuformenden Nabe entspricht.

Eine wirtschaftliche Verfahrensdurchführung wird erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, dass die Nachformrolle und/oder die Zwischenformrolle an den abgespaltenen Materialbereich zugestellt wird, noch bevor die Spaltrolle ihre Endposition erreicht hat. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch beim Abspalten längerer Materialbereiche der abgespaltene Materialbereich in axialer Richtung nicht über die axiale Länge der anzuformenden Nabe hinaus reicht.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die Spaltrolle radial und gleichzeitig axial zugestellt wird. Hierdurch kann zusätzlich die Dicke des abgespaltenen Materialbereiches bereits beim Spaltvorgang beeinflusst werden. Beispielsweise kann hierdurch erreicht werden, dass die Spaltrolle mit zunehmender radialer Zustellung axial in den Werkstückgrundkörper eingefahren wird, so dass sich ein abgespaltener Materialbereich mit zunehmender Wanddicke zum Werkstückgrundkörper hin ausbildet.

Eine besonders effiziente Möglichkeit zur Gestaltung der Außenkontur und/oder der Wanddicke des abgespaltenen Materialbereichs besteht erfindungsgemäß darin, dass beim Abspalten der abgespaltene Materialbereich entlang einer Seite der Spaltrolle fließt, welche mindestens eine Stufe aufweist.

Weiter ist nach der Erfindung eine Spaltrolle vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ein sich an die spitzwinklige Trennkannte anschließender Seitenbereich mit einer definierten Kurvenform ausgebildet ist. Die Trennkante ist dabei so gestaltet, dass diese einen Spaltwinkel von unter 45°, vorzugsweise zwischen 10° und 30°, aufweist. Der so abgespaltene Materialsteg kann erst bei weiterer radialer Zustellung der Trennkannte entlang den kontuierten Seitenbereich fließen, wobei sich die Außenkontur des Materialbereiches entsprechend dem konturierten Seitenbereich der Spaltrolle anpasst.

Besonders bevorzugt ist es dabei, dass an dem Seitenbereich mindestens eine Stufe ausgebildet ist. Durch eine derartige Spaltrolle kann das zuvor beschriebene Verfahren in einfacher Weise ausgeführt werden. Es können insbesondere mehrere Stufen vorgesehen sein, so dass sich eingewellter Materialbereich einstellt. Eine Stufe führt dabei zu einer Reibungserhöhung. Es kann so mehr Material in der Nähe des Übergangs zum Werkstückgrundkörper verbleiben.

Weiterhin ist zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens erfindungsgemäß eine Zwischenformrolle vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Ausnehmung mit einer radial verlaufenden Anschlagfläche, durch welche eine axiale Länge der anzuformenden Nabe vorgegeben ist, und einer in Umfangsrichtung verlaufende Formgebungsfläche vorgesehen ist, welche eine konkave Kurvenform aufweist. Die konkave Kurvenform ist dabei korrespondierend zu der an der Nabe auszubildenden konkaven Kurvenform ausgestaltet.

Zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ist erfindungsgemäß eine Drückwalzmaschine dadurch weitergebildet, dass die zuvor beschriebene Spaltrolle und/oder die zuvor beschriebene Zwischenformrolle vorgesehen ist. Die Rollen können radial und/oder axial an das Werkstück zugestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1a bis 1d

schematische Querschnittsansichten zu einzelnen Verfahrensschritten einer ersten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante;

Fig. 2a und 2b

schematische Querschnittsansichten zu Verfahrensschritten einer zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante;

Fig. 3

einen schematischen, vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2a;

Fig. 4

eine ausschnittsweise Darstellung einer erfindungsgemäßen Spaltrolle;

Fig. 5

eine schematische Ausschnittsansicht zu einer weiteren Verfahrensvariante ähnlich der Darstellung von Fig. 3;

Fig. 6a und 6b

schematische Querschnittsansichten zu einzelnen Verfahrensschritten einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensvariante; und

Fig. 7a und 7b

schematische Querschnittsansichten zu einzelnen Verfahrensschritten bei einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensvariante.

Gemäß Fig. 1a wird ein Werkstück 1, welches im vorliegenden Beispiel eine ebene Metallronde ist, jedoch auch ein tiefgezogenes, geschmiedetes, gegossenes oder sonstig vorgeformtes Werkstück sein kann, an einem Drückfutter 45 mittels eines Gegenhalters 43 zentrisch zu einer Rotationsachse 14 gespannt. Mittels eines nicht dargestellten Antriebes und einer Spindel einer bekannten Drückwalzmaschine wird das Werkstück 1 in Rotation versetzt, wobei an den Außenrand des Werkstücks 1 eine herkömmliche Spaltrolle 10 mit einer spitzwinkeligen Trennkannte 12 zugestellt wird.

Durch das radiale Zustellen der Spaltrolle 10 wird ein Materialbereich 3 etwa V-förmig abgespalten, wie in Fig. 1b dargestellt ist. Noch während der radialen Zustellung der Spaltrolle 10 wird an einer anderen Umfangsstelle des Werkstücks 1 eine Zwischenformrolle 30 an den abgespaltenen Materialbereich 3 zugestellt. Die Nachformrolle 30 weist eine Ausnehmung 34 mit einer axialen Anschlagfläche 32 sowie einer etwa axial verlaufenden Formgebungsfläche 36 auf. Diese hat eine definierte konvexe Kontur, mit welcher eine gewünschte Kurvenform an einer Nabenzwischenform 4 erzeugt wird. Die Nachformrolle 30 ist mit ihrer axialen Anschlagfläche 32 zunächst so ausgebildet, dass der abgespaltene Materialbereich 3 in seiner axialen Erstreckung begrenzt ist. Die axiale Anschlagfläche 32 weist dabei einen axialen Abstand zu dem Werkstück 1 auf, welcher bereits der axialen Länge der anzuformenden Nabe entspricht.

Durch radiales Zustellen der Spaltrolle 10 sowie der Zwischenformrolle 30 bis zu ihrer gemeinsamen radialen Endposition wird eine definierte Nabenzwischenform 4 gemäß Fig. 1c ausgebildet. Diese weist an ihrer Außenseite im Querschnitt eine definierte nicht lineare Kurvenform auf, welche im vorliegenden Beispiel ein ringförmiger Buckel ist. Entsprechend der Außenkontur der Nabenzwischenform 4 ist auch eine entsprechende Ausbuchtung an der Innenseite mit Bildung eines ringförmigen Hohlraumes ausgeformt.

Zum Endformen der Nabe wird eine Nachformrolle 20 radial an die Nabenzwischenform 4 zugestellt. Die Nachformrolle 20 weist dabei eine Ausnehmung 24 mit einer axialen Anschlagfläche 22 auf, welche entsprechend der Kontur der anzuformenden Nabe 5 gestaltet sind. Die Nabenzwischenform 4, welche in ihrer axialen Länge bereits der fertigen Nabe 5 entspricht, jedoch nur bereichsweise an dem die Innenkontur der Nabe 5 vorgebenden Gegenhaltung 43 anliegt, wird durch die Nachformrolle 20 unter Beibehaltung der axialen Länge radial zusammengedrückt, wobei das Werkstückmaterial des ringförmigen Buckels in radialer Richtung und auch in axialer Richtung auf einen Grundkörper 2 des Werkstücks 1 fließt. Dabei wird eine besonders maßhaltige Gestaltung der Nabe 5 im kritischen Übergangsbereich zum Grundkörper 2 des Werkstücks 1 erreicht. Durch die Nachformrolle 20 wird die Nabe 5 endgeformt, wobei die Innenkontur der Nabe 5 durch die Außenkontur des zylindrischen Gegenhalters 43 bestimmt wird. Die Nachformrolle 20 oder der Gegenhalter 43 können auch Verzahnungen, Rillen etc. aufweisen, um gewünschte Konturen auszuformen.

Eine weitere Möglichkeit für eine feste und zuverlässige Ausformung einer Nabe 5 am Übergang zum Grundkörper 2 eines Werkstückes 1 ist in den Fig. 2a und 2b dargestellt. Eine Spaltrolle 10 mit einer spitzwinkligen Trennkante 12 wird an ein Werkstück 1 zugestellt, wobei ein etwa V-förmiger Materialbereich 3 abgespalten wird. Die Spaltrolle 10 braucht nicht am äußeren Rand des Werkstücks 1 zugestellt zu werden, sondern kann auch in einem mittleren Bereich des Werkstückes eingefahren werden. Weiterhin kann das Werkstück 1 mit einer unterschiedlichen Wandstärke über seine radiale Richtung versehen werden, so dass beim abspalten des Materialbereichs 3 eine differenzierte Materialdicke erreicht werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Spaltrolle 10, welche im Detail in Fig. 3 näher dargestellt ist, ist an einem Seitenbereich 16, an welchem das abgespaltene Material entlang geführt wird, eine Stufe 18 ausgebildet. Diese verbindet zwei im Querschnitt parallele, versetzte Flächen, 19a, 19b miteinander. Die erste Spaltrollenfläche 19a bildet mit dem gegenüberliegenden Seitenbereich die spitzwinklige Trennkannte 12, welche zur Verschleißminderung einen Radius aufweist, welcher vorzugsweise zwischen 0,5 bis 2 mm liegt.

Der abgespaltene Materialbereich 3 wird zunächst an der ersten Spaltrollenfläche 19a geführt, bis dieser entsprechend der radialen Zustellung der Spaltrolle 10 die Stufe 18, erreicht, welche vorzugsweise eine Stufenhöhe von 0,5 bis 3 mm aufweist. Aufgrund relativ großer Radien an der Stufe 18 fließt das abgespaltene Material über die Stufe 18 hinweg, wobei eine gestufte radiale Außenkontur des abgespaltenen Materialbereichs 3 entsteht. Abhängig vom Material und der Zustellung kann sich die Stufung auch an der Innenseite mehr oder minder stark ausbilden. Es kann dabei auch aufgrund einer erhöhten Reibung der Stufe 18 zu einer Wanddikkenveränderung kommen, wie in Fig. 3 dargestellt ist.

Auf diese Weise wird im Übergangsbereich zwischen der anzuformenden Nabe und dem Grundkörper des Werkstücks eine radial nach außen gerichtete Kurvenform bzw. eine Materialausbuchtung an dem abgespaltenen Werkstückbereich 3 geschaffen, welche beim sich anschließenden Endformen mittels einer Nachformrolle 20 gemäß Fig. 2b zu einer gewünschten guten Ausformung der Nabe 5 im Übergangsbereich zum Grundkörper 2 des Werkstücks 1 führt.

Die erfindungsgemäße Spaltrolle 10 mit der Stufen ist nochmals in Fig. 4 im Detail dargestellt.

Eine zusätzliche Beeinflussung der Materialdicke kann nach der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Spaltrolle 10 während ihrer radialen Zustellung gleichzeitig auch axial verfahren wird. Hierdurch bildet sich am radial verlaufenden Grundkörper 2 des Werkstücks 1 eine schräge Vorderseite aus, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Hierdurch kann auch die Wandstärke des abgespaltenen Materialbereichs 3 in einer gewünschten Weise beeinflusst werden.

Weitere Möglichkeiten zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Spaltrolle 10 sind aus den Fig. 6 und 7 zu entnehmen, wobei ein Seitenbereich 16 zur Führung des abgezweigten Materialbereiches 3 im Querschnitt etwa bogenförmig ausgebildet ist. Durch diesen Seitenbereich 16 kann eine nach außen gewölbte konvexe Kurvenform an der Nabenzwischenform 4 eingestellt werden. Bei der Abwandlung gemäß Fig. 7a ist an der Spaltrolle 10 mit dem bogenförmigen Seitenbereich 16 ein Vorsprung 13 angeordnet, welcher die Wirkung einer zuvor beschriebenen Stufe oder als eine axiale Anschlagfläche dienen kann.

Bei extrem hohem Umformvolumen, wie auch bei hochfesten Materialien, kann es von Vorteil sein, dass die Spaltrolle mit einem relativ großen Umlenkradius versehen wird. Durch das Umlenken des abgespaltenen Materials und nahezu 90° wird die Fließgeschwindigkeit durch die Umlenkung und die damit verbundene erhöhte Reibung eine gewisse Wandstärkenveränderung des abgespaltenen Materials erreicht. Auch hier können zusätzlich eine oder mehrere Stufen an dem Seitenbereich zu einer Variantenvielfalt eingesetzt werden.

Bei dem Verfahren nach den Fig. 6 und 7 wird nach dem ersten Arbeitsschritt die gewölbte Nabenzwischenform 4 in der zuvor beschriebenen Weise durch radiales Zustellen einer Nachformrolle 20 zu einer zylindrischen Nabe endgeformt.