DE102007052778A1

DE102007052778A1 - Rotationssymmetrischer Körper und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102007052778A1
Application number: DE200710052778
Authority: DE
Inventors: Udo Matthäus; Herwig Köster
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-05-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen rotationssymmetrischen Körper (2), der in einer Spannvorrichtung als Werkstück für seine Bearbeitung zentriert und mitgenommen wird, wobei der rotationssymmetrische Körper (2) selbst sowohl Zentrierungsmittel als auch Mitnahmemittel aufweist. um einen rotationssymmetrischen Körper bzw. ein Werkstück für seine Befestigung in einer Spannvorrichtung so weiterzubilden, dass es einfach herstellbar ist und eine reproduzierbare und sichere Einspannung gewährleistet, wird vorgeschlagen, dass die Mitnahmemittel gleichzeitig auch die Zentrierungsmittel sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen rotationssymmetrischen Körper, der in einer Spannvorrichtung als Werkstück für seine Bearbeitung zentriert und mitgenommen wird. Hierbei weist der rotationssymmetrische Körper selbst sowohl die Zentrierungsmittel als auch Mitnahmemittel auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers.
Aus der DE 1997168 U1 ist eine Vorrichtung an Drehmaschinen zum Bearbeiten durch Drehen von büchsen- oder ringartigen Werkstücken bekannt. Diese Vorrichtung weist zur Mitnahme des Werkstückes einen Mitnehmerring auf, der an seiner, dem Werkstück zugewandten, Stirnfläche mehrere, zum Werkstück hin vorstehende, Mitnahmemesser aufweist. Des Weiteren ist aus der DE 2935040 A1 ein Drehgreifer bekannt, der zum Halten und Mitnehmen von Hohlkörpern für deren mechanische Bearbeitung auf einer Drehmaschine über auswechselbare Mitnehmerkanten verfügt, die in Aussparungen an einem kegelstumpfförmigen Mitnehmerteil eingebracht sind. Zusammenfassend ist diesem Stand der Technik gemein, dass sich die Vorrichtung für die Mitnahme der Werkstücke bei der Bearbeitung auf der Maschinenseite befindet und somit für die unterschiedlichen Bearbeitungsprozesse eigene, spezielle Mitnahmemittel an jeder Bearbeitungsstation notwendig sind. Außerdem wird bei diesen Vorrichtungen die für eine Bearbeitung erforderliche Spann- und Mitnahmekraft nur durch Kraftschluss unter Aufbringung einer Axialkraft auf das Werkstück erzeugt.
Aus der US 5,135,810 ist ein Verfahren zum Einspannen eines zu bearbeitenden Teils in einer Drehbank offenbart. Hierbei weist das Werkstück selbst sowohl Zentrierungs- als auch Mitnahmemittel auf. Das Zentrierungsmittel wird durch eine Bohrung mit drei darin angeordneten Vorsprüngen gebildet. Die hierzu separaten Mitnahmemittel sind Vertiefungen, in die entsprechende Stifte der Einspannvorrichtung eingreifen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rotationssymmetrischen Körper bzw. ein Werkstück für seine Befestigung in einer Spannvorrichtung so weiterzubilden, dass es einfach herstellbar ist und eine reproduzierbare und sichere Einspannung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 9 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass die Mitnahmemittel gleichzeitig auch die Zentrierungsmittel sind, d. h. die Funktion des Mitnehmens und des Zentrierens wird von dem gleichen Bauteil übernommen.
Das gemeinsame Mitnahme-/Zentrierungsmittel ist dabei so ausgeführt, dass eine formschlüssige Übertragung der für die Bearbeitung notwendigen Kräfte möglich ist. Aufgrund der Integration des Mitnahme-/Zentrierungsmittels in das Werkstück selbst kann dieses mit dem Werkstück mitgeführt werden und ist somit an jeder Bearbeitungsstation vorhanden.
Die Erfindung ermöglicht somit eine vereinfachte Mitnahme bei verschiedenen Bearbeitungen ohne komplexe Spannmittel. Es kommt zu einer Reduzierung von Ausschuss. Des Weiteren liegt eine sichere und statisch bestimmte Auflage zwischen der Spitze der Spannvorrichtung und dem Werkstückzentrum vor. Ausschuß durch Rundlauffehler beim Richten und Schleifen kann verhindert bzw. reduziert werden. Auf komplexe, teure und verschleißanfällige Mitnahmesysteme kann verzichtet werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mitnahme-/Zentriermittel an mindestens einem Ende des rotationssymmetrischen Körpers, insbesondere einer Welle, angeformt. Es ist ebenfalls denkbar, dass es separat auf die Welle aufgebracht wird. Je nach Bearbeitungserfordernissen und den zur Verfügung stehenden Maschinen kann das Mitnahme-/Zentriermittel an einem oder an beiden Enden der Welle angeformt sein.
Vorzugsweise umfasst das Mitnahme-/Zentriermittel mindestens drei Vorsprünge, nachfolgend Zinnen genannt, die in einer auf der Stirnseite der Welle eingebrachten Vertiefung angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind drei Zinnen vorhanden, die eine sogenannte Dreipunktzentrierung ermöglichen, die eine optimale Zentrierung der Welle für den Bearbeitungsprozess ermöglicht.
Die Ausgestaltung der Zinnen erfolgt in der Art, dass sie axial in mindestens zwei Abschnitte bzw. Segmente unterteilt wird, wobei der Abschnitt, welcher den Anschluss zum stirnseitigen Wellenende bildet, vorzugsweise als Schutzfase für den innen liegenden Abschnitt ausgeführt ist, welcher mit seiner axialen Fläche die Zentrierfunktion der Welle bei der Aufnahme auf der Bearbeitungsmaschinen realisiert.
Die Ausrichtung des Abschnittes, der die Zentrierfunktion übernimmt, erfolgt vorzugsweise in einem spitzen Winkel zur Rotationsachse der Welle, um durch die kegelige Ausführung eine ordnungsgemäße Zentrierung auch dann zu ermöglichen, wenn die Welle durch vorhergehende Bearbeitungsschritte einen Verzug aufweist, d. h. die Mantelfläche der Welle nicht mehr rotationssymmetrisch zu ihrer Mittenachse liegt.
Weiterhin sind die Zinnen so gestaltet, dass ihre radiale Begrenzung als Fläche so gestaltet ist, dass eine formschlüssige Mitnahme des Werkstückes bei der Bearbeitung ermöglicht wird.
Nach einer zweiten Variante der Erfindung ist das Mitnahmemittel an der Stirnseite des rotationssymmetrischen Körpers, insbesondere einer Welle, angeformt. Vorzugsweise wird mindestens eine Nut in das Wellenende eingebracht, über die die Mitnahme bei der Bearbeitung erfolgt. Für diese Form der Mitnahme wird als Zentrierung die in den rotationssymmetrischen Körper eingebrachte axiale Bohrung verwendet. Diese Bohrung wird zur Reduzierung des Bauteilgewichtes in den rotationssymmetrischen Köper bzw. die Welle eingebracht. Hierbei kommt als Verfahren das sogenannte Tiefbohren zum Einsatz.
Die Herstellung dieser Welle mit integriertem Zentrierungs- und Mitnahmemittel erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren, bei dem mit Hilfe eines Umformvorganges das Mitnahmemittel, das auch gleichzeitig die Zentrierung bewirkt, eingebracht wird.
Vorteilhafterweise wird dieser Umformvorgang als Kaltfließprozess, nachfolgend Tellern genannt, gestaltet, bei dem mit einem Prägestempel die gesamte Kontur in einem Arbeitsgang in die Welle eingebracht wird. Der Prägestempel selbst ist so gestaltet, das er eine topfähnliche Außenkontur aufweist, in der Aussparungen mit einer solchen Formgebung vorgesehen sind, die dann im Werkstück die Zinnenkontur entstehen lassen.
Beim Einspannvorgang wird der rotationssymmetrische Körper mit einem entsprechenden Spanngegenstück, das maschinenseitig angebracht ist, verbunden. Dieses Spanngegenstück weist dort, wo die Vorsprünge bzw. Zinnen zur Anlage kommen sollen, komplementäre Ausnehmungen auf.
Um den Fall zu vermeiden, dass beim Einspannvorgang die Zinnen nicht richtig in den entsprechenden Ausnehmungen positioniert sind, wird eine Überprüfungsvorrichtung vorgeschlagen. Hierfür weist das Spanngegenstück mindestens drei Mitnahmestifte auf. Diese Mitnahmestifte sind mit einer Sensorik zur Wegermittlung versehen. Sollten beim Spannvorgang die für eine Mitnahme des Werkstückes erforderlichen Spannwege nicht erreicht werden, da die geometrische Ausrichtung der Zinnen zum Spanngegenstück nicht korrekt ist, wird dieses über einen Soll-Ist Vergleich der Wegdaten erkannt. Anschließend wird das Spannstück gedreht und in die richtige Position gebracht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Fig. näher beschrieben. Hierbei zeigen:
1. eine erste Ausführungsform der Erfindung, nämlich ein Ende eines rotationssymmetrischen Körpers, hier einer Welle, mit prinzipieller Anordnung der Mitnahme-/Zentrierungsmittel;
2a und 2b eine detaillierte Gestaltung des Mitnahme-/Zentrierungsmittels;
3a und 3b den rotationssymmetrischen Körper in Schnittdarstellung;
4 und 5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, nämlich ein Ende eines rotationssymmetrischen Körpers mit Nuten und Bohrung;
6 den rotationssymmetrischen Körper in einem zur Bearbeitung eingespannte Zustand.
1 zeigt ein Ende 1 eines rotationssymmetrischen Körpers 2, hier einer Welle. Die Welle selbst weist sowohl Zentrierungs- als auch Mitnahmemittel auf, die hier in einem gemeinsamen Mitnahme-/Zentrierungsmittel 3 zusammengefasst sind. Das Mitnahme-/Zentrierungsmittel 3 ist jeweils ein Vorsprung 4, der jeweils am Ende 1 des Körpers 2 angeordnet ist.
Es wird gezeigt, das drei Vorsprünge 4 gleichmäßig auf dem Umfang verteilt in der topfartigen Vertiefung 5 des Wellenendes angeordnet sind.
Die 2a zeigt eine Welle, die durch das Einbringen sowohl der Vertiefung 5 als auch der Mitnahme-/Zentrierungsmittel 3 bzw. Vorsprünge 4 für die weiter Bearbeitung vorbereitet ist.
Die 2b zeigt detailliert die Ausgestaltung eines Vorsprunges 4, auch Zinne genannt, mit der Unterteilung in mehrere Anschnitte. Dabei wird der außen liegende Abschnitt 6 als Schutzfase und der innen angrenzende Abschnitt 7 des Vorsprunges 4 als Zentrierfläche ausgeführt. Ebenfalls zeigt diese Figur den Mitnahmeabschnitt 8, der die radiale Begrenzung der Vorsprünge 4 bildet.
Die 3a zeigt die Welle in einer Schnittdarstellung vor einer weiteren Bearbeitung. Dargestellt ist der spitze Winkel α, der die Lage der Zinnen zur Rotationsachse des Körpers definiert.
Die 3b zeigt die Welle nach 3a, nachdem ein Bohrprozess durchgeführt und die Welle mit einer axialen Bohrung 9 versehen wurde.
Die 4 stellt einen weiteren Gegenstand der Erfindung dar. Das Ende 1' des rotationssymmetrischen Körpers 2' wurde hier mit drei gleichmäßig auf dem Umfang verteilten, spitzwinklig, hier dreieckig, ausgeführten Mitnahmen 10 versehen.
Die 5 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Mitnahmen nach 4. Das Ende des rotationssymmetrischen Körpers wurde hier mit drei gleichmäßig auf dem Umfang verteilten Nuten 11 als Mitnahmenmittel versehen.
Die 4 und 5 zeigen ebenfalls die zur Zentrierung bei diesen Ausführungsformen notwendige axiale Bohrung 9' im rotationssymmetrischen Körper.
Die 6 stellt den rotationssymmetrischen Körper 2 dar, wie er auf einer Bearbeitungsmaschine 12 eingespannt ist. Gezeigt wird ebenfalls eine Ausführungsform des Spanngegenstückes 13, welches maschinenseitig zur Aufnahme des Werkstückes dient. Dargestellt sind Mitnahmestifte 14, welche das für den richtigen Spannvorgang notwendige Wegsignal liefern sowie die Gegenstücke 15 zur Aufnahme der Vorsprünge 4 bzw. Zinnen. Diese drei radial geformten Gegenstücke kommen im eingespannten Zustand jeweils mit ihren Endkanten an die Mitnahmeabschnitte 8 der Vorsprünge 4 zur Anlage.
Es wird hervorgehoben, dass bei der Erfindung bei allen Bearbeitungen zwischen Spitzen des Spannwerkzeugs zapfenseitig nur drei definierte, über den Umfang um 120 Grad verteilte Auflageflächen tragen. Auf diese Weise kann Ausschuss beim Richten und Schleifen durch verzogene, unrunde Zentren vermieden werden. Die Mitnahme erfolgt an erhabenen Vorsprüngen bzw. Zinnen im Zentrum formschlüssig oder durch diamantbeschichtete Spitzen durch Reibmitnahme.

1: Ende
2: rotationssymmetrischen Körper bzw. Welle
3: Mitnahme-/Zentrierungsmittel
4: Vorsprung
5: Vertiefung
6: außen liegende Abschnitt des Vorsprungs bzw. Schutzfase
7: innen angrenzende Abschnitt des Vorsprungs
8: Mitnahmeabschnitt
9: Bohrung
10: Mitnahme
11: Nuten
12: Bearbeitungsmaschine
13: Spanngegenstück
14: Mitnahmestifte
15: Gegenstücke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1997168 U1 [0002]
- DE 2935040 A1 [0002]
- US 5135810 [0003]

Claims

Rotationssymmetrischer Körper (2), der in einer Spannvorrichtung als Werkstück für seine Bearbeitung zentriert und mitgenommen wird, wobei der rotationssymmetrische Körper (2) selbst sowohl Zentrierungsmittel als auch Mitnahmemittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmemittel gleichzeitig auch die Zentrierungsmittel sind.
Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnahme-/Zentrierungsmittel (3) an mindestens einem Ende (1) des Körpers (2) angeformt ist.
Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnahme-/Zentrierungsmittel (3) mindestens drei Vorsprünge (4) umfasst, die jeweils endseitig in einer Vertiefung (5) des rotationssymmetrischen Körpers (2) angeordnet sind, wobei ein Vorsprung (4) sowohl eine Mitnahme- als auch eine Zentrierungsfunktion aufweist.
Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (4) in axialer Richtung mindestens zwei Abschnitte (6, 7) aufweisen, wobei der nach außen weisende Abschnitt (6) als Schutzfase ausgebildet ist und der dazu benachbarte Abschnitt (7) die Zentrierung des rotationssymmetrischen Körpers (2) bewirkt.
Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (7) des jeweiligen Vorsprunges (4), der zur Zentrierung dient, unter einem spitzen Winkel α zur Rotationsachse des Körpers (2) ausgeführt ist.
Rotationssymmetrischer Körper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (4) in radialer Richtung derart gestaltet sind, dass sie Mitnahmeabschnitte (8) aufweisen, die die radiale Begrenzung der Vorsprünge (4) bilden.
Rotationssymmetrischer Körper (2'), der in einer Spannvorrichtung als Werkstück für seine Bearbeitung zentriert und mitgenommen wird, wobei der rotationssymmetrische Körper (2') selbst sowohl Zentrierungsmittel als auch Mitnahmemittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnahmemittel (10) stirn- und randseitig angeformt ist und die Zentrierung über die Wandung einer in den rotationssymmetrischen Körper zentrisch eingebrachten Bohrung (9') erfolgt.
Rotationssymmetrischer Körper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnahmemittel (10) in Form von mindestes einer Vertiefung eingebracht ist.
Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Körpers (2), der in einer Spannvorrichtung als Werkstück für seine Bearbeitung zentriert und mitgenommen wird, wobei der rotationssymmetrische Körper selbst sowohl Zentrierungsmittel als auch Mitnahmemittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Mitnahme-/Zentrierungsmittel (3) durch einen Umformvorgang in den rotationssymmetrischen Körper (2) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das der Umformvorgang ein Kaltfließpressen ist, wobei mittels einer topfförmigen Prägevorrichtung die Kontur der Mitnahme-/Zentrierungsmittel (3), vorzugsweise von mindestens drei Vorsprüngen (4), in den rotationssymmetrischen Körper (2) eingepresst werden.