DE102006025034A1

DE102006025034A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Profilkörpern

Info

Publication number: DE102006025034A1
Application number: DE102006025034A
Authority: DE
Inventors: Norbert Ziesel; Frank Beig
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2007-11-29
Also published as: MX2008015034A; CA2653049A1; ATE514500T1; EP2024111A1; CA2653049C; WO2007137543A1; EP2024111B1; EP2024111B8; US20090126440A1; US8596104B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrischen Werkstücken, insbesondere für Längsnuten mit ungleichförmigem Profil, wobei die Umformung mittels Segmentscheiben ähnlich einem Rollverfahren erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrische Werkstücke, insbesondere für Längsnuten mit ungleichförmigem Profil, wobei die Umformung mittels Segmentscheiben, ähnlich einem Rollverfahren erfolgt.
Stand der Technik
Bei der Fertigung von Profilkörpern, wie beispielsweise Lamellenträger von Kupplungen, Zahnriemenscheiben oder ähnlichen Werkstücken mit einer zylindrischen Grundstruktur, werden häufig hohe Genauigkeiten und Präzision gefordert. Insbesondere kommt es auf Genauigkeit und die Oberflächenqualität an.
In der DE 20 17 709 wird ein Verfahren beschrieben, welches zur Herstellung der oben genannten Bauteile eingesetzt wird. Ein spezielles Rollwerkzeug ermöglicht es, das Werkstück aus einem Rohling mit glatter Außenkontur mittels einer Presse herzustellen, wobei jeder Pressenhub aus einem Rohling ein Werkstück ausformt. Bei jedem Pressenhub läuft ein Walzvorgang ab, bei dem die Profilrollen das gewünschte Außenprofil in die Mantelfläche des Werkstückes eindrücken. Die Profilrollen sind dabei in einem Unterwerkzeug entlang des Umfanges des zu bear beitenden Werkstückes angeordnet. Wird das Werkstück mittels eines am Stößel der Presse befestigten Oberwerkzeuges zwischen die Rollen gepresst, stützen sich diese an Stützrollen mit entsprechender Lagerung ab. Das Unterwerkzeug lässt sich rotationssymmetrisch aufbauen, wobei die das Profil des Werkstückes erzeugenden einzelnen Profilrollen regelmäßig und mit einheitlichem Winkel zueinander entlang des Umfanges des Werkstückes verteilt sind. Infolge dessen und infolge der sich ergebenden rotationssymmetrischen Kräfteaufteilung während eines Umformvorganges sind die einzelnen von den jeweiligen Profilrollen hergestellten Nuten untereinander praktisch gleich. Es wird insbesondere eine absatzfreie Außenkontur erreicht.
Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Drehung und somit das Abrollen der Profilrollen nur durch die bei der Umformung wirkenden Kräfte zwischen Werkstück und Profilrolle erzeugt wird. Dadurch entsteht ein nicht definierbarer Schlupf der Profilrolle gegenüber dem Werkstück. Bei durchgängigen, in Längsrichtung gleichförmigen Profilen führt dieser Schlupf in der Regel nicht zu Problemen. Ist das Profil in Längsrichtung jedoch unregelmäßig, beispielsweise mit einem quer zur Längsnut verlaufenden Steg in der Mitte der Profillänge, führt der Schlupf zu Maßungenauigkeiten und somit zu Qualitätsmängeln.
In der DE 195 06 391 A1 ist ein Verfahren offenbart, bei dem die Profilrollen derart angetrieben werden, dass die Umfanggeschwindigkeit im Umformbereich mit der Geschwindigkeit des Werkstückes übereinstimmt. Der Antrieb erfolgt durch Übertragung der Stößelbewegung über Getriebemittel, wie Zahnstangen und Zahnräder auf die Profilrollen. Durch dieses Verfahren bzw. durch die Anordnung der oben genannten Getriebemittel wird der Schlupf zwischen den Profilrollen und Werkstück sicher vermieden.
Der Nachteil dieses Verfahrens ist der sehr aufwendige konstruktive Aufbau und die daraus resultierenden hohen Kosten der Vorrichtung. Weiterhin nachteilig ist, dass durch die Vielzahl der Getriebemittel eine große Bauhöhe der Vorrichtung erforderlich ist.
In der EP 0 006 137 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Herstellung von Längsnuten in ein zylindrisches Werkstück beschrieben. Bei dieser Lösung erfolgt die Umformung nicht durch Profilrollen sondern durch Segmentscheiben. Die Segmentscheiben werden nicht angetrieben. Die Außenkonturen der Segmentscheiben wälzen sich an der Oberfläche des sich nach unten bewegenden Werkstückes ab. Dadurch bewegen sich die Segmentscheiben auf einer kreisförmigen Bahnkurve. Die Positionen der Segmentscheiben zu Beginn des Eingriffes werden durch federbetätigte Haltestifte definiert. Die Segmentscheiben sind mittels einer kugelförmigen Gleitlagerung mit einem Gehäuse verbunden. Dadurch, dass die Segmentscheiben ausschließlich durch die während der Umformung wirkenden Kräfte bewegt werden und keinen mit der Stößelbewegung synchronisierten Antrieb haben, ist ein geringfügiger Schlupf zwischen Segmentscheibenoberfläche und Werkstück nicht zu vermeiden. Außerdem ist eine genau definierte Anfangsposition der Segmentscheiben für den Umformvorgang nicht zu realisieren. Insbesondere für Werkstücke mit in Längsrichtung unregelmäßigen Nutprofilen ist dies ein entscheidender Nachteil.
Aufgabe und Vorteil der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Profilen in zylindrischen Werkstücken zu entwickeln, mittels einem konstruktiv einfachem und somit kostengünstigen und funktionssicheren Werkzeug, wobei ein Schlupf zwischen der Werkstückoberfläche und den Umformwerkzeugelementen sicher vermieden wird, und wobei durch einen genau definierten Startpunkt des Umformeingriffes eine hohe Präzision des herzustellenden Profils erreicht wird.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 und ausgehend von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch X, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch Y gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Umformvorgang ähnlich einem Rollumformverfahren auszuführen, jedoch nicht mit Profilrollen als Umformwerkzeugelement, sondern mit angetriebenen Segmentscheiben. Die Segmentscheiben werden an Gleitflächen geführt und werden durch eine Zwangskopplung mit dem Stempel bzw. Werkzeugunterteil mit der Bewegung des Werkstückes synchronisiert. Das bedeutet, dass die Segmentscheiben nicht durch die während der Umformung wirkenden Kräfte bewegt werden, sondern durch die Bewegung des Stempels. Dadurch wird ein Schlupf zwischen den Segmentscheiben und dem Werkstück während der Umformung ausgeschlossen. Wie bereits erwähnt, werden die Segmentscheiben an Gleitflächen geführt. Diese Gleitflächen sind derart gekrümmt, dass ein Abwälzen der profilierten Segmentscheibenoberflächen am Werkstück ermöglicht wird. Damit sich die Segmentscheiben entlang der gekrümmten Gleitflächen bewegen können, werden diese von unten durch das Werkzeugunterteil und von oben durch das Werkzeugoberteil bzw. den Stempel gehalten und geführt. Vorzugsweise wird die Haltekraft auf die Segmentscheiben von Gasfedern aufgebracht, welche wiederum mit dem Werkzeugoberteil verbunden sind. Auch andere Kraftübertragungsmittel, wie zum Beispiel Federn sind denkbar.
Die Segmentscheiben werden zu jedem Zeitpunkt der Umformung zwischen Werkzeugoberteil bzw. daran befestigten Bauteilen und dem Werkzeugunterteil gehalten und führen somit exakt die gleiche Vertikalbewegung aus wie das Werkstück, welches ebenfalls mit dem Werkzeugoberteil bzw. mit daran befestigten Bauteilen, verbunden ist. Die Kontaktflächen der Bauteile, welche mit den Segmentscheiben in Verbindung stehen, sind so ausgeführt, dass der horizontale Anteil der Segmentscheibenbewegung aufgenommen wird. Vorzugsweise sind die Oberflächen so gestaltet, dass eine im Wesentlichen horizontale Gleitbewegung zwischen den Segmentscheiben und dem in Kontakt stehenden Bauteilen ermöglicht wird. Diese beschriebene Vorrichtung, stellt eine konstruktiv einfache und somit auch robuste und kostengünstige, aber auch eine sehr präzise und qualitativ hochwertige Lösung dar.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ist in der Möglichkeit zu sehen, das Werkstück nach der Umformung aus der Vorrichtung auszuheben und für ein Werkstücktransportsystem freizugeben. Dieses Ausheben erfolgt vorzugsweise mittels einer Gasfeder. Auch andere Betätigungsmechanismen sind denkbar, beispielsweise kann das Ausheben des umgeformten Werkstücks auch mittels Hydraulik- oder Pneumatikzylinder erfolgen.
Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung ist, dass das Werkzeugunterteil während des Umformvorganges durch das Werkzeugoberteil über den Stempel, den Rolldorn und das Werkstück nach unten gegen eine Kraft verdrängt wird. Diese der Umformbewegung entgegengesetzte Kraft kann beispielsweise aus dem Aushebemechanismus resultieren.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem, anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
1 Vorrichtung nach dem Einlegen eines Rohlings
2 Vorrichtung bei Umformbeginn
3 Vorrichtung bei Umformende
4 Vorrichtung nach Ausheben des Werkstückes
5 Vergrößerte Darstellung des Umformeingriffes während der Umformung
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung. Die Vorrichtung 1 besteht aus einem Werkzeugoberteil 2 und einem Werkzeugunterteil 3. Mit dem Werkzeugoberteil 2 fest verbunden ist der Stempel 4 mit dem Rolldorn 5. Das Werkzeugunterteil 3 ist in einem Gussgehäuse 6 vertikal beweglich gelagert. Über eine Gasfeder 7 ist das Werkzeugunterteil 3 mit einer Werkstückaufnahme 8 verbunden.
In der dargestellten Position wurde das Werkstück 9 als Rohling bereits von den Greifern 10 eines hier nicht näher dargestellten Werkstücktransportsystems auf der Werkstückaufnahme 8 abgelegt. Der Stempel 4 mit dem Rolldorn 5 befindet sich im oberen Umkehrpunkt. Beginnt nun der Umformvorgang, so bewegt sich der Stempel 4 mit dem Rolldorn 5 nach unten, während das Werkstück 9 ebenfalls eine nach unten gerichtete Vertikalbewegung ausführt. Die Bewegung des Werkstückes 9 wird dadurch erzeugt, dass die Werkstückaufnahme 8 mit dem Werkstück 9 gegen die Kraft der Gasfeder 7 nach unten verdrängt wird.
In 2 hat die Vorrichtung 1 eine Position erreicht, in der ein Mitnehmer 11, welcher über Gasfedern 12 mit dem Werkzeugoberteil 2 verbunden ist, die oberen Kontaktflächen der Segmentscheiben 13 erreicht hat. Die unteren Kontaktflächen der Segmentscheiben 13 liegen auf dem Werkzeugunterteil 3 auf. Dadurch, dass der Mitnehmer 11 auf den Segmentscheiben 13 aufliegt, fahren die Gasfedern 12 bei einer Fortsetzung der Abwärtsbewegung des Stempels 4 mit dem Rolldorn 5 bzw. des Werkzeugoberteils 2, soweit ein bis die Position erreicht ist, die in 3 dargestellt ist. Die Gasfedern 12 sind nun eingefahren, der Rolldorn 5 befindet sich im Werkstück 9 und die Segmentscheiben 13 werden von oben durch den Mitnehmer 11 und von unten durch das Werkzeugunterteil 3 in einer genau definierten Lage gehalten. Von dieser Position ausgehend bei einer weiteren Abwärtsbewegung des Stempels 4 beginnt die Umformung des Werkstückes 9 durch die Segmentscheiben 13.
Durch die formschlüssigen Verbindungen aller bewegten Bauteile, werden die Segmentscheiben 13, bezogen auf deren vertikalen Bewegungsanteil, synchron mit dem Werkstück 9 nach unten bewegt. Das für den Umformvorgang notwendige Abwälzen der Seg mentscheiben 13 auf dem Werkstück 9 wird dadurch erreicht, dass sich die Segmentscheiben 13 an einer gekrümmten Gleitfläche 14 entlang bewegen. Durch diese Gleitführung und den vertikalen Antrieb durch den Mitnehmer 11 bzw. durch das Werkzeugunterteil 3, bewegen sich die Segmentscheiben 13 auf einer kreisförmigen Bahn und können so exakt auf dem Werkstück 3 abwälzen. Die dem Werkstück 9 zugewandten Seiten der Segmentscheiben 13 sind mit der negativen Form des am Werkstück 9 zu erzeugenden Profils ausgestattet. In diesem Ausführungsbeispiel ist es ein Profil mit Längsnuten, welche in der Mitte des Profils einen Steg 15 haben. In 5 ist dieses Profil deutlich zu erkennen. In der dargestellten Position ist die Umformung bereits erfolgt. In der Mitte des Profils ist der Steg 15 deutlich zu erkennen. An die Form und insbesondere an die Lage dieses Steges 15 werden hohe Qualitätsanforderungen gestellt. Eine präzise Umformung ist nur möglich, wenn wie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eine genau definierte Startposition für die Umformung vorhanden ist, welche von Reibverhältnissen zwischen Segmentscheiben 13 und dem Werkstück 9 oder von Dickentoleranzen des Werkstückes 9 unabhängig ist.
4 zeigt die Stellung der Vorrichtung 1 nach dem Umformvorgang. Die Segmentscheiben 13 sind durch den Kontakt mit dem Mitnehmer 11 nach unten gedrückt worden und haben so das Profil am Werkstück 9 eingewalzt. Die Gleitbewegung der Segmentscheiben 13 an den Gleitflächen 14 wird ermöglicht bzw. unterstützt durch eine Druckschmierung, welche über den Schmierkanal 16 erfolgt. Durch die kreisförmige Bewegung der Segmentscheiben 13 entlang der Gleitflächen 14 entstehen an den Kontaktstellen zwischen dem Mitnehmer 11 und den Segmentscheiben 13 bzw. zwischen dem Werkzeugunterteil 3 und den Segmentschei ben 13, Relativbewegungen. Die Kontaktflächen des Mitnehmers 11 und des Werkzeugunterteils 3 sind deshalb so gestaltet, dass die Segmentscheiben 13 zu jedem Zeitpunkt während der Umformung sowohl von oben, als auch von unten gehalten bzw. geführt werden. Nachdem der Umformvorgang beendet ist, bewegt sich das Werkzeugoberteil 2 mit dem Stempel 4 und dem Rolldorn 5 nach oben. Gleichzeitig fährt die Gasfeder 7 aus und bewegt die Werkstückaufnahme 8 mit dem umgeformten Werkstück 9 in gleicher Weise wie den Stempel 5 nach oben, bis die Position erreicht ist, die in 1 dargestellt ist. Das Werkstück 9 liegt nun frei und kann von den Greifern 10 des Werkstücktransportsystems gegriffen und weitertransportiert werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens.

1: Vorrichtung
2: Werkzeugoberteil
3: Werkzeugunterteil
4: Stempel
5: Rolldorn
6: Gussgehäuse
7: Gasfedern
8: Werkstückaufnahme
9: Werkstück
10: Greifer
11: Mitnehmer
12: Gasfeder
13: Segmentscheiben
14: Gleitfläche
15: Steg
16: Schmierkanal

Claims

Verfahren zur Herstellung von Längsnuten in zylindrische Werkstücke, bei dem mittels konzentrisch angeordneten Profilsegmentscheiben ein Profil am Umfang des Werkstückes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentscheiben (13) zu jedem Zeitpunkt des Umformvorganges durch einen Antrieb bewegt werden und dass dieser Antrieb unabhängig von der Abwälzbewegung der Segmentscheiben (13) auf dem Werkstück (9) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Segmentscheiben (13) während der Umformung durch eine Mitnahmebewegung über Kontaktflächen am Stempel (4) oder an Bauteilen, welche am Stempel (4) befestigt sind, wie beispielsweise am Mitnehmer 11, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb der Segmentscheiben (13) nach dem Umformvorgang während des Aushebevorganges über Kontaktflächen am Werkzeugunterteil (3), oder an Bauteilen, welche am Werkzeugunterteil (3) befestigt sind, erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilsegmente (13) durch eine Klemmung an jeweils mindestens zwei Kontaktflächen in einer definierten Lage, welche als Startposition für die Umformung notwendig ist, gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmung mittels eines Zusammenwirkens einer Abwärtsbewegung des Werkzeugoberteils (2) und der daran befestigten Federelementen (12) herbeigeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Umformvorganges auf das Werkstück (9) und die Werkstückaufnahme (8) eine Kraft wirkt, die der Umformbewegung entgegenwirkt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft, welche der Umformbewegung entgegenwirkt, durch mindestens eine Gasfeder (7) erzeugt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umformvorgang das Werkstück (9) aus der Vorrichtung (1) ausgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushebebewegung mittels mindestens eines Federelementes (7) erfolgt, welches während des Umformvorganges eine Gegenkraft erzeugt.
Vorrichtung zur Herstellung von Längsnuten in zylindrische Werkstücke unter Verwendung eines Umformverfahrens bei dem mittels konzentrisch angeordneten Profilsegmentscheiben ein Profil am Umfang des Werkstückes erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentscheiben (13) an Gleitflächen (14) verschiebbar gelagert sind, wobei die Verschiebung der Segmentscheiben (13) durch Kontakt mit dem sich bewegenden Stempels (4) oder mit am Stempel (4) befestigten Bauteilen, und durch Kontakt mit dem sich ebenfalls bewegenden Werkzeugunterteils (3) oder mit am Werkzeugunterteil (3) befestigten Bauteilen, erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den mit den Profilsegmenten in Kontakt stehenden Bauteilen (11, 3) Kontaktflächen vorhanden sind, an denen gleitende Relativbewegungen möglich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mitnehmer 11, welcher über Federele mente (12) mit einem Werkzeugoberteil (2) verbunden ist durch die Abwärtsbewegung des Werkzeugoberteils (2) vor der Umformung die Profilsegmente (13) in einer definierten Position hält.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (9) durch die Abwärtsbewegung des Werkzeugoberteils (2) mittels eines Stempels (4) und eines Rolldorns (5) an den Segmentscheiben (13) vorbeibewegt wird, und dass dadurch ein Profil am Werkstück (9) entsprechend der Außenkontur der Segmentscheiben (13) erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Umformvorganges das Werkzeugoberteil (3) mit der Werkstückaufnahme (8) nach unten verdrängt wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umformvorgang mittels mindestens eines Federelementes (7) und der Werkstückaufnahme (8) das Werkstück (9) aus der Vorrichtung (1) ausgehoben wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) eine Gasfeder ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Gleitflächen 14 und den Segmentscheiben (13) eine Druckschmierung vorgesehen ist.