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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
Bauteilen durch Rotationswalzen in einer Axial-Gesenkwalzeinrichtung,
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung
betrifft außerdem eine Verwendung eines Rotationswalzverfahrens.
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Aus
der
DE 10 2005
013 347 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Radsternen
durch Rotationswalzen in einer Axial-Gesenkwalzeinrichtung bekannt,
bei dem eine Rotationsachse eines Oberwerkzeugs oder Obergesenks
der Walzeinrichtung gegenüber einer Rotationsachse eines
Unterwerkzeugs oder Untergesenks der Walzeinrichtung mit einem relativ
kleinen Winkel angestellt ist. Zur Durchführung des Rotationswalzverfahrens
wird ein Rohling zentrisch im Unterwerkzeug angeordnet, wobei dann
die Werkzeuge aufeinander zugestellt werden, während sie
rotieren. Durch die geneigte Anordnung der beiden rotierenden Werkzeuge
ergibt sich eine umfangsmäßig begrenzte partielle
Umformzone, in der ausreichende Umformkräfte realisiert
werden können, während gleichzeitig die insgesamt
an den Werkzeugen aufzubringenden Kräfte gegenüber
einem Schmiedevorgang in einem geschlossenen Gesenk erheblich reduziert
sind. Mit zunehmendem Umformgrad oder Gesenkfüllungsgrad
wird zunächst der Walzvorschub reduziert und nach dem Walzende werden
die Werkzeuge in ihre Ausgangsposition zurückgefahren.
Das gewalzte Werkstück kann durch einen integrierten Auswerfer
entformt werden.
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Ein
derartiges Rotationswalzverfahren hat gegenüber einem herkömmlichen
Gesenkschmieden erhebliche Vorteile. Es kommt mit einem geringeren Materialeinsatz
aus, ermöglicht einen optimalen Faserverlauf innerhalb
der Werkstücke und kann zu einer hohen Oberflächenqualität
führen. Die Produktivität kann durch verkürzte
Prozesszyklen erhöht werden. Die Werkzeugkosten sind reduziert,
da sie geringeren Belastungen ausgesetzt sind. Zudem ergeben sich
Vorteile bei der Lebensdauer. Ebenso ergibt sich eine Reduzierung
hinsichtlich Lärmemission, Erschütterungen und
Schwingungen.
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Das
herkömmliche Rotationswalzverfahren hat jedoch den Nachteil,
dass das damit hergestellte Werkstück oder Bauteil aufgrund
der Rotation der Werkzeuge rotationssymmetrisch sein muss. Abweichungen
von der Rotationssymmetrie lassen sich am jeweiligen mit Hilfe dem
Rotationswalzverfahren hergestellten Bauteil bisher nur durch nachträgliche
Bearbeitung realisieren.
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Die
vorliegend Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für das Rotationswalzen eine neue Verwendung bzw. eine
verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere
dadurch auszeichnet, dass sie eine erhöhte Variabilität
hinsichtlich der herstellbaren Bauteilgeometrien aufweist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das jeweilige Bauteil
im Unterwerkzeug exzentrisch zur Rotationsachse des Unterwerkzeugs anzuordnen.
Das Auswalzen des jeweiligen Bauteils erfolgt dann ebenfalls exzentrisch
zur Rotationsachse des Unterwerkzeugs. Von besonderem Vorteil ist dabei,
dass nunmehr grundsätzlich auch nicht-rotationssymmetrische
Bauteile mit Hilfe des Rotationswalzverfahrens herstellbar sind.
Somit lassen sich die eingangs genannten Vorteile, die beim Rotationswalzen
rotationssymmetrischer Bauteile gegenüber einem herkömmlichen
Gesenkschmieden realisierbar sind, auch bei rotationsasymmetrischen
Bauteilen realisieren.
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Entsprechend
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können
im Unterwerkzeug gleichzeitig mehrere Bauteile exzentrisch zur Rotationsachse
des Unterwerkzeugs ausgewalzt werden. Da sich das einzelne Bauteil
bezüglich der Rotationsachse im Unterwerkzeug exzentrisch
befindet, ergibt sich die Möglichkeit, mehrere Bauteile
in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet im Unterwerkzeug
anzuordnen. Durch die simultane Herstellung mehrerer Bauteile lässt
sich die Produktivität des Rotationswalzverfahrens weiter
erhöhen.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei welcher
mehrere Bauteile im Unterwerkzeug relativ zur Rotationsachse des
Unterwerkzeugs rotationssymmetrisch angeordnet sind. Durch die rotationssymmetrische
Anordnung mehrerer Bauteile im Unterwerkzeug ergibt sich eine symmetrische Belastung
der Werkzeuge, was deren Standzeit verlängert.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
stark vereinfachte Seitenansicht einer Axial-Gesenkwalzeinrichtung
am Anfang eines Rotationswalzvorgangs,
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2 eine
Ansicht wie in 1, jedoch am Ende eines Rotationswalzvorgangs,
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3 eine
stark vereinfachte Draufsicht auf ein fertiggestelltes rotationsasymmetrisches
Bauteil,
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4 einen
Querschnitt durch das Bauteil entsprechend Schnittlinien A-A in 3,
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5 ein
Längsschnitt durch das Bauteil entsprechend Schnittlinien
B-B in 3,
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6 eine
Ansicht von oben des Bauteils nach dem Rotationswalzen,
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7 eine
Ansicht von unten auf das Bauteil aus 6,
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8 eine
vereinfachte Draufsicht auf ein Unterwerkzeug der Walzeinrichtung
nach dem Rotationswalzen mehrerer Bauteile,
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9 eine
perspektivische Ansicht eines Ausgangsmaterials zur Herstellung
von Rohlingen,
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10 eine
perspektivische Ansicht eines Rohlings,
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11 eine
perspektivische Ansicht des Rohlings in einem fortgeschrittenen
Stadium des Rotationswalzens,
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12 eine
perspektivische Ansicht eines Zwischenprodukts am Ende des Rotationswalzens mit
mehreren ausgewalzten Bauteilen,
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13 eine
perspektivische Ansicht auf ein ausgewalztes und vom Zwischenprodukt
frei-geschnittenes Bauteil,
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14 eine
perspektivische Ansicht eines nachbearbeiteten Bauteils.
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Entsprechend
den 1 und 2 umfasst eine Axial-Gesenkwalzeinrichtung 1 ein
Obergesenk 2 bzw. ein Oberwerkzeug 2 und ein Untergesenk 3 bzw.
ein Unterwerkzeug 3. Das Oberwerkzeug 2 rotiert
um eine obere Rotationsachse 4, während das Unterwerkzeug 3 um
eine untere Rotationsachse 5 rotiert. Die beiden Rotationsachsen 4, 5 sind
gegeneinander mit einem Winkel 6 angestellt, wodurch sich für
einen im Unterwerkzeug 3 angeordneten Rohling 7 ein
durch einen Kreis symbolisierten, in der Umfangsrichtung begrenzten
partiellen Umformbereich 8 ergibt. Das Unterwerkzeug 3 weist
an einer dem Oberwerkzeug 2 zugewandten Oberseite 9 eine Form
zur Ausbildung einer Oberseite eines jeweiligen Bauteils 10 auf,
das mit Hilfe der Walzeinrichtung 1 hergestellt werden
soll. Im Unterschied dazu weist das Oberwerkzeug 2 an einer
dem Unterwerkzeug 3 zugewandten Unterseite 11 eine
Form zur Gestaltung einer Unterseite des jeweiligen Bauteils 10 auf. Beim
Rotationswalzen werden die beiden Werkzeuge 2, 3 um
ihre jeweiligen Rotationsachsen 4, 5 z. B. gleichförmig
drehend angetrieben und axial aufeinander zugestellt. In der Regel
wird das Unterwerkzeug 3 nach oben gegen das Oberwerkzeug 2 zugestellt.
Hierdurch wird der Rohling 7 in die Formen der Oberseite 9 des
Unterwerkzeugs 3 und der Unterseite 11 des Oberwerkzeugs 2 eingewalzt.
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1 zeigt
den Beginn des Rotationswalzvorgangs. Ein erkennbar zylindrischer
Rohling 7 besitzt im Vergleich zu den rotierenden Werkzeugen 2, 3 einen
relativ kleinen Radius. Dafür ist der Rohling 7 in
axialer Richtung relativ groß dimensioniert. Der Rohling 7 ist
im Unterwerkzeug 3 symmetrisch angeordnet, die Mittelachse
des Rohlings 7 entspricht dabei der Rotationsachse 5 des
Unterwerkzeugs 3. Mit zunehmender Zustellung der beiden
Werkzeuge 2, 3 gegeneinander wird der Rohling 7 so
verformt, dass seine axiale Dimension abnimmt, während
gleichzeitig seine radiale Dimension zunimmt. In 2 besitzen
die beiden Werkzeuge 2, 3 in axialer Richtungen einen
minimalen Abstand, wodurch das Ende des Rotationswalzvorgangs erreicht
ist. In diesem Zustand ist der ursprüngliche Rohling 7 zu
einem im folgenden näher erläuterten Zwischenprodukt 12 umgeformt,
das vergleichsweise flach ist, also in radialer Richtung deutlich
größer ist als in axialer Richtung.
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Um
den Umformvorgang zu erleichtern bzw. zu verbessern, kann der Rohling 7 vor
dem Einlegen in die Walzeinrichtung 1 erwärmt
werden. Hierdurch lassen sich höhere Umformgrade bei geringeren Kräften
erreichen. Gleichzeitig lassen sich kürzerer Prozesszyklen
erzielen. Zur Vermeidung eines schnellen Abkühlens des
Rohlings 7 ist es insbesondere möglich, die Werkzeuge 2, 3 ebenfalls
zu erwärmen bzw. zu beheizen.
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Entsprechend
den 3 bis 7 kann ohne Beschränkung
der Allgemeinheit ein rein exemplarisch dargestelltes Bauteil 10,
das mit Hilfe des hier beschriebenen Rotationswalzverfahrens hergestellt
werden kann, nicht-rotationssymmetrisch, also rotationsasymmetrisch
ausgestaltet sein. Im Beispiel handelt es sich um ein längliches,
dreidimensional geformtes, aus einem Stück hergestelltes
Formteil. Im Beispiel ist das Bauteil 10 im wesentlichen
eben ausgestaltet und etwa mittig um eine Hochachse abgewinkelt.
Des weiteren besitzt es zwischen seinen Längsenden eine
Vertiefung 13. Außerdem kann es an seinen Längsenden
Augen 14 aufweisen, die jedoch bevorzugt durch eine nachträgliche
Bearbeitung des im Walzverfahren hergestellten Bauteils 10 erzeugt
werden. Beispielsweise handelt es sich beim Bauteil 10 um
einen Hebel oder Querlenker oder Tragarm, der an seinen Längsenden
mit anderen Bauteilen verbunden werden kann.
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Die 6 und 7 zeigen
das Bauteil 10, wie es mit Hilfe des Rotationswalzverfahrens
hergestellt werden kann. Dabei ist es vollständig walzgeformt
bzw. ausgeformt, besitzt jedoch noch nicht die Durchbrüche
oder Öffnungen zur Ausbildung der Augen 14.
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8 zeigt
eine axiale Draufsicht auf das Unterwerkzeug 3 bzw. auf
das weiter oben genannten Zwischenprodukt 12 nach Beendigung
des Rotationswalzvorgangs. Erkennbar sind gleichzeitig mehrere der
besagten Bauteile 10 hergestellt worden. Dabei ist jedes
einzelne Bauteil 10 im Unterwerkzeug 3 exzentrisch
zur Rotationsachse 5 des Unterwerkzeugs 3 ausgewalzt
worden. Im bevorzugten Beispiel sind dabei gleichzeitig mehrere
Bauteile 10 im Unterwerkzeug 3 exzentrisch zur
Rotationsachse 5 des Unterwerkzeugs 3 ausgewalzt
worden. Dabei sind alle Bauteile 10 im Unterwerkzeug 3 relativ
zur Rotationsachse 5 des Unterwerkzeugs 3 rotationssymmetrisch
angeordnet. Hierdurch wird quasi eine sternförmige Anordnung
der Bauteile 10 im Unterwerkzeug 3 erreicht.
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Das
hier erkennbare, scheibenförmige Zwischenprodukt 12 beinhaltet
die Bauteile 10, wobei die Bauteile 10 im Zwischenprodukt 12 integral
ausgeformt sind. Die einzelnen Bauteile 10 lassen sich
vom übrigen Zwischenprodukt 12 auf geeignete Weise
separieren. Beispielsweise durch einen Schneidvorgang und/oder durch
einen Stanzvorgang. Das Trennen oder separieren der Bauteile 10 vom übrigen Zwischenprodukt 12 erfolgt
zweckmäßig außerhalb der Axial-Gesenkwalzeinrichtung 1,
nämlich bevorzugt in einer entsprechenden Stanzeinrichtung
oder Schneideinrichtung.
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Erkennbar
sind im Zwischenprodukt 12 gleichzeitig mehrere Bauteile 10 integral
ausgeformt, nämlich im Beispiel zwölf Bauteile 10.
Es ist klar, dass die Anzahl rein exemplarisch und ohne Beschränkung
der Allgemeinheit zu verstehen ist. Insbesondere ist es grundsätzlich
auch möglich, mit Hilfe des hier vorgestellten Rotationswalzverfahrens auch
nur ein einziges Bauteil 10 herzustellen, das hierzu bezüglich
der Rotationsachse 5 des Unterwerkzeugs 3 exzentrisch
im Unterwerkzeug 3 ausgewalzt wird. Durch die vorgeschlagene
exzentrische Anordnung im Unterwerkzeug 3 lassen sich mit
Hilfe des Rotationswalzverfahrens bzw. mit Hilfe der Axial-Gesenkwalzeinrichtung 1 auch
rotationsasymmetrische Bauteile wie die hier vorgestellten Bauteile 10 herstellen.
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Im
gezeigten, bevorzugten Beispiel werden gleichzeitig mehrere identische
Bauteile 10 durch Auswalzen hergestellt. Grundsätzlich
ist es ebenso denkbar, mehrere unterschiedlich geformte Bauteile 10 in
der Walzeinrichtung 1 gleichzeitig herzustellen. Beispielsweise
lassen sich in den in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Bauteilen 10 vorhandenen
Zwischenräumen des Zwischenprodukts 12 weitere
einfache Bauteile ausformen. Vorteilhaft ist dabei eine rotationssymmetrische
Anordnung der zusätzlichen Bauteile zwischen den Bauteilen 10.
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Die 9 bis 14 zeigen
unterschiedliche Stadien der Herstellung der Bauteile 10. 9 zeigt
ein Ausgangsprodukt oder Vorprodukt in Form eines Stabs oder Rohrs.
Dieses Ausgangsprodukt ist dabei mit 15 bezeichnet. Aus
dem Ausgangsprodukt 15 lassen sich Axialabschnitte abtrennen,
die dann die Rohlinge 7 gemäß 10 bilden.
Der jeweilige Rohling 7 kann dann in das Unterwerkzeug 3 der Walzeinrichtung 1 eingesetzt
werden. 11 zeigt ein anderes Zwischenprodukt 16,
das bereits scheibenförmig und flach ist, bei dem jedoch
die einzelnen auszuwalzenden Bauteile 10 noch nicht erkennbar sind.
Dieses andere Zwischenprodukt 16 kann beispielsweise das
Ergebnis eines ersten Walzvorgangs sein und für einen zweiten
Walzvorgang als vorgeformter Rohling dienen, der zum Zwischenprodukt 12 führt.
Hierzu kann ein Wechsel der Walzeinrichtung 1 bzw. der
Gesenke 2, 3 erforderlich sein. 12 zeigt das
perspektivisch dargestellte Zwischenprodukt 12 aus 8.
Erkennbar sind die einzelnen Bauteile 10 bereits vollständig
ausgewalzt. 13 zeigt ein einzelnes ausgewalztes
Bauteil 10 nach dem Freischneiden oder Trennen vom übrigen
Zwischenprodukt 12. 14 zeigt
das Bauteil 10 nach seiner Nachbearbeitung, bei der beispielsweise
die Augen 14 hergestellt werden.
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Das
Bauteil 10 kann beispielsweise aus Aluminium, aus Stahl,
aus Edelstahl, aus Magnesium oder aus Titan bestehen. Des weiteren
sind grundsätzlich beliebige Legierungen, insbesondere
Leichtmetalllegierungen denkbar für die Herstellung des Bauteils 10.
Beim Bauteil 10 kann es sich grundsätzlich um
beliebige, durch Walzen oder Schmieden herstellbare, dreidimensional
geformte Teile handeln, die aus einem Stück hergestellt
sind. Insbesondere handelt es sich um Umformteile oder Blechformteile.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005013347
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