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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stanzteilen,
insbesondere von Synchronringen, Kupplungskörpern oder
Kupplungsscheiben, in zwei Verfahrensschritten ohne Prozessunterbrechung
in der gleichen Presse (Anlage).
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Gemäß
JP-A-06234027 (nächstliegender Stand
der Technik) werden Stanzteile, insbesondere von Synchronringen,
Kupplungskörpern oder Kupplungsscheiben, dadurch hergestellt,
dass in einer Vorrichtung mit nur einem Werkzeug in einem ersten Verfahrensschritt
ein Werkstück ausgestanzt oder feingestanzt wird und in
einem zweiten Verfahrensschritt, die durch das Stanzen am Werkstück
entstandenen Grate oder Funktionsflächen, durch spanabhebende
Nachbearbeitung auf ihr Endmaß oder Funktionsoberfläche
gebracht werden.
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Verfahrensschritten
hergestellt: Stanzen, Entgraten, spanabhebende Bearbeitung und Sichtprüfung.
Beim Stanzen wird das Werkstück aus dem Rohmaterial ausgestanzt.
Bei diesem Verfahrensschritt entstehen an der Außen- und
Innenkontur Stanzgrate. Beim Entgraten werden diese Grate z. B. durch
das Gleitschleifen, das Bandschleifen oder das Bürsten
entfernt. Bei der spanabhebenden Bearbeitung wird das Werkstück
auf eine vorbestimmte Ebenheit (Glattheit) in den Funktionsflächen
gebracht, die durch das Stanzen nicht erreichbar ist oder deren
Kontur nicht durch Stanzen erzielt werden kann. Für die
spanabhebende Bearbeitung wird das Stanzteil von der Presse genommen,
teilweise zwischengelagert und einer spanabhebenden Bearbeitungsmaschine
zugeführt.
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Der
letzte Verfahrensschritt ist die Sichtprüfung. Bei der
Sichtprüfung wird das Werkstück auf Beschädigungen
geprüft.
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Die
Erfindung hat insofern zur Aufgabe, den Fertigungsaufwand und die
Herstellzeit zu verringern.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Hierbei
umfasst das Verfahren lediglich zwei Prozessschritte. In einem ersten
Prozessschritt wird ein Fließpressvorgang, das sogenannte
Fließvorprägen ausgeführt, der eine Vororientierung
und teilweise Kaltverfestigung in das zugeführte Rohmaterial einbringt.
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Die
eingeformte präzise Form wird je nach der zu stanzenden
Kontur des Stanzteiles eingebracht und ermöglicht beim
anschließenden Feinschneidprozess ein kombiniertes Feinscheiden
und Fließpressen in einer Werkzeugstufe. Die vorgenommene
Vororientierung des Rohmateriales ermöglicht erst das Fließpressen
in der kombinierten Schneid- und Fließpressstufe durch
Schaffung eines Leervolumens innerhalb der Form, die durch den anteiligen Fließpressvorgang
in der Feinschneidstufe gefüllt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil,
dass das Werkstück in nur einem Werkzeug und aus Streifenmaterial/vom
Coil oder aus Platinen, die einzeln zugeführt werden, hergestellt
wird. Eine Zwischenbearbeitung durch Schleifen oder spanabhebende
Arbeitsschritte entfallen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass
eine Zwischenlagerung und ein Transport ebenfalls entfallen.
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In
einer Ausgestaltung hierzu wird vorgeschlagen, dass während
eines Arbeitsganges in der Feinschneidstufe ein erstes Bauteil aus
Rohmaterial durch Fließvorprägen vorgeformt wird
und gleichzeitig in der Feinschneidstufe bei einem zweiten Werkstück
das Feinschneiden und Fließpressen ausgeführt
werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
nach Beendigung eines Arbeitsganges das erste Bauteil mittels eines Handhabungsgerätes
von der Fließvorformstufe zur Feinschneidstufe selbsttätig
transportiert wird. Das zweite Bauteil wird gleichzeitig aus der
Vorrichtung entfernt und die Fließvorformstufe wird mit
einem neuen Rohmaterial bestückt.
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Wesentliches
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass zunächst in
dem Bandmaterial eine Fließvorprägung stattfindet,
und zwar werden hierbei Fließvorformen entsprechend der
Anzahl der Zähne des nachfolgend ausgestalteten Synchronringes
eingeprägt, ohne das Bandmaterial durchzustanzen oder zu
verletzen.
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Es
handelt sich also um napfförmige Vertiefungen, die in dem
Bandmaterial eingeprägt werden, ohne das Bandmaterial an
dieser Stelle durchzureißen oder zu öffnen.
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Wichtig
bei der Auswahl des Prägestempels ist, dass die Anzahl
der Prägungen der Anzahl der Zähne des späteren
Synchronringes entspricht.
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Die
Wahl der Prägeform kann jedoch in weiten Grenzen veränderbar
sein.
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Es
wird zwar bevorzugt, wenn der geprägte Napf in seiner Formgebung
etwa dem späteren Zahn des Synchronringes entspricht, hierauf
ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt.
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In
einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Durchmesser
des Fußkreises der Ausprägungen von dem Durchmesser
des Fußkreises der späteren Zähne abweicht,
insbesondere kleiner ist.
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In
einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der Durchmesser
des Kopfkreises der Ausprägungen ebenfalls kleiner ist
als der spätere Kopfdurchmesser der Zähne des
Synchronringes.
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Die
Tiefe der napfförmigen Fließvorprägung oder
des Prägemals hängt von der späteren
Zahnkontur ab.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Boden der napfförmigen
Fließvorprägung eben, d. h. horizontal ausgebildet,
wenn das Bandmaterial horizontal ausgerichtet ist.
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Hierbei
ist es nicht lösungsnotwendig, dass die Seitenwände,
welche die Napfform definieren, genau vertikal gerichtet sind. Sie
können auch konisch nach oben sich öffnen. Sie
sollten möglichst symmetrisch sein.
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Ebenso
kann es in einer anderen Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der
Boden gewölbt ist, um einen stetigen Übergang
in die Seitenwände der napfförmigen Fließvorprägung
zu erreichen.
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Nach
der Durchführung der Fließvorprägung wird
dann mit einem weiteren Werkzeug durchgestanzt, wobei dieses Werkzeug
als Feinschneidwerkzeug ausgebildet ist.
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Nach
der Erfindung findet also kein Verprägen der Stanzgrate
statt, sondern die Zähne werden mit einem Feinschneidvorgang
geformt und gleichzeitig einem Fließpressen unterworfen.
Um dies zu ermöglichen benötigt man ein freies
Volumen das durch das sogenannte Fliessvorprägen erlangt
wird.
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Wichtig
ist, dass die Stufe 1, in der die Fließvorprägung
stattfindet, im gleichen Werkzeug angeordnet ist wie vergleichsweise
die Stufe 2, mit der mittels eines Schneidwerkzeuges die Außen-
und Innenkontur des Synchronringes aus dem Bandmaterial schließlich
ausgeschnitten wird.
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Wichtig
hierbei ist, dass das Schneidwerkzeug nun in die napfförmigen
Vertiefungen der Fließvorform hineinschneidet, wobei das
am Boden der napfförmigen Vertiefung angeordnete Bandmaterial als
Fließwerkstoff bezeichnet werden kann, welches bei dem
nachfolgenden Feinschneidvorgang in die konische Ausnehmung des
Schneidwerkzeuges hineinverdrängt wird und dort einem Fließ-Pressvorgang
unterworfen wird.
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Damit
wird neben dem Feinschneidprozess ein Fließprozess an dem
Fließwerkstoff ausgelöst, wobei dieser Fließwerkstoff
im Bereich des späteren Zahnes des Synchronringes angeordnet
ist.
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Somit
wird sozusagen jeder Zahn des Synchronringes einem Fließprozess
unterworfen, der damit in eine konische Aufnahmeform hineinverdrängt wird
und einem Kaltfließvorgang unterworfen wird.
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Damit
besteht der wesentliche Vorteil, dass durch den erfolgten Kaltfließ-Umformvorgang
das Zahngefüge im Bereich dieses Synchronringes kaltverfestigt
wird. Damit erhalten der Synchronring, Kupplungskörper
oder Kupplungsscheibe eine wesentliche größere
Standzeit, eine höhere Verschleißfestigkeit und
ist im Übrigen gratfrei, ohne dass es einer weiteren Nachbearbeitung
bedarf.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es dann noch zusätzlich
vorgesehen werden, dass der Synchronring, Kupplungskörper
oder Kupplungsscheibe gehärtet wird. Dies ist jedoch für die
dargestellte Erfindung von keiner entscheidenden Bedeutung.
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Der
Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern
auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche
untereinander.
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Alle
in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten
Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung,
werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln
oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu
sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg
darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei
gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es
zeigen:
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1:
die Draufsicht auf ein Bandmaterial bei der Verarbeitung des Bandmaterials
in insgesamt drei Stufen
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1a:
ein Schnitt gemäß der Linie 1a in Stufe 1 nach 1
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2:
Schnitt gemäß der Linie II-II in 3 durch
einen freigestanzten Synchronring, Kupplungskörper oder
Kupplungsscheibe
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3:
die Draufsicht auf den Synchronring, Kupplungskörper oder
Kupplungsscheibe
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4:
schematisiert der Fließ-Pressvorgang beim Bewegen des Ober-
und Unterwerkzeuges gegeneinander
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5: eine weitere Ausführungsform
im Vergleich zu 1 bis 4, bei der
zusätzlich an die Zahngeometrie noch eine Dachform angeprägt
wird, wobei
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5a:
die Bandform nach der Fließvorprägung zeigt
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5b:
das Anprägen der Dachform
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5c:
das Ausschneiden des Synchronringes, Kupplungskörper oder
Kupplungsscheibe mit gleichzeitigem Prägen der Dachform
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5d:
ein weiteres Fließpressen bei dem die Endkontur der Zahnform
kalibriert wird.
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6:
eine perspektivische Darstellung der in den 5a bis 5d hergestellten
Zähne mit Dachform
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In
den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele und verschiedene
Ansichten dargestellt. In 1 ist die
Draufsicht auf ein Streifenbild dargestellt. Das Bandmaterial 1 wird
in einer ersten Stufe mit einer Fließvorform 3 versehen,
die beim Feinschneiden in Stufe 2 ein maßgerechtes Bauteil 2 ergibt.
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Die 1 zeigt
hierbei eine Stufe 1, bei der die Fließvorprägung
in einem Bandmaterial 1 eines Metallstreifens vorgenommen
wird. Es werden hierbei napfförmige Fließvorformen 3 in
das Bandmaterial eingeprägt, so wie dies schematisiert
in 1a dargestellt ist. Der Kopfkreis 9,
welcher den Außendurchmesser der napfförmigen
Fließvorformen definiert, entspricht dem späteren
Kopfkreis 9 der Zähne 10 am Synchronring,
Kupplungskörper oder Kupplungsscheibe (Bauteil 2).
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Der
Fußkreis der napfförmigen Fließvorformen
kann von dem Fußkreis der späteren Zähne 10 abweichen.
Er kann insbesondere kleiner sein.
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Wichtig
ist auch, dass die Breite 11 der napfförmigen
Fließvorformen etwa der Breite der späteren Zähne 10 im
Fußbereich entspricht.
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Die
Stufe 2 zeigt nun, dass mit einem Einschneidwerkzeug die genaue
Zahngeometrie ausgeschnitten wird und in Stufe 3 ist in 1 dargestellt, dass
nach dem Ausschneiden des Synchronringes, Kupplungskörper
oder Kupplungsscheibe, der als Bauteil 2 bezeichnet wird,
ein Stanzloch 16 im Bandmaterial 1 verbleibt.
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Wichtig
ist, dass beim Fließvorprägen der napfförmigen
Fließvorformen 3 ein Fließwerkstoff 18 im
Bereich unterhalb der Fließvorform 3 verbleibt,
der dann in einem Fließ-Pressvorgang in den Zwischenraum
zwischen dem Stempel 6 und dem Ausheber 7 hineingepresst
wird und dort verformt wird.
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Dies
wird anhand der 2 bis 4 näher beschrieben.
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Das
Bandmaterial 1 befindet sich hierbei im Zwischenraum zwischen
einem Oberwerkzeug und einem diesem zugeordneten Niederhalter 5a,
sowie einem Unterwerkzeug und einem diesem zugeordneten Niederhalter 5b.
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Der
Anpressdruck zwischen den beiden Niederhaltern 5a, 5b ist
so groß, dass eine Verformung des Bauteils 2 während
des Feinschneidens auf jeden Fall vermieden wird.
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In
diesem Stadium fährt nun von oben in Pfeilrichtung 14 ein
Stempel 6 nach unten und gleichzeitig fährt von
unten ein Ausheber 7 in Pfeilrichtung 15 nach
oben, sodass die beiden Werkzeuge 6, 7 sich im
Bereich eines Hohlraumes 4 treffen, der im Niederhalter 5b des
Unterwerkzeuges angeordnet ist.
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Wichtig
ist, dass dieser Hohlraum mit seinen Seitenflächen 12 konisch
zulaufend ausgebildet ist, sodass der napfförmige Fließvorformling 3 mit
seinem Fließwerkstoff 18 in diesen konischen Hohlraum 4 hineingepresst
wird und dort fließverformt wird.
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Hier
kommt es zu einem Kaltfluss des verformten Materials und zu einer
Gefügeumformung.
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Dies
ist schematisiert nochmals in 4 in einem
Zwischenstadium dargestellt, wo erkennbar ist, dass der Zahn 10 des
Bauteils 2 in den konischen Hohlraum 4 in Pfeilrichtung 14 eingepresst
wird und hierbei zum Fließen kommt. Der Boden 13 des
Hohlraumes ist hierbei bevorzugt eben ausgebildet.
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Ebenso
kann in einer anderen Ausgestaltung der Boden 13 auch leicht
bombiert ausgebildet werden, entsprechend dem bombierten Boden des
napfförmigen Fließvorformlings 3 in 1a.
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Es
ist nicht notwendig, dass die beiden einander zugeordneten und gegenüberliegenden
Seitenflächen 12 die genau gleichen Konuswinkel
aufweisen. Der Konuswinkel der einen Seitenfläche kann
von dem Konuswinkel der anderen Seitenfläche abweichen.
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Wichtig
ist, dass eine konisch nach oben geöffnete Ausnehmung im
Hohlraum 4 gebildet wird, in welche der Zahn 10 in
Form eines Fließ-Pressvorganges hineinverformt wird.
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Selbstverständlich
beziehen sich die hier angegebenen Angaben auf einen Stempel 6,
der in Pfeilrichtung 14 von oben nach unten verfährt.
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In
einer anderen, kinematischen Umkehrung der dargestellten Ausführung
kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Stempel 6 unten
angeordnet ist und in Pfeilrichtung 14 nach oben fährt.
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Die
Bewegungen der beiden sich aufeinander zubewegenden Werkzeugteile 6 und 7 in
den Pfeilrichtungen 14 und 15 ist so synchronisiert,
dass beim Hochfahren des Aushebers 7 in Pfeilrichtung 15 der
Stempel 6 in Pfeilrichtung 14 eine schnellere
Bewegung nach unten durchführt, um den erwähnten Fließ-Pressvorgang
im Hohlraum 4 auszulösen.
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Die
Oberfläche des Aushebers 7 bildet somit die Gegenfläche
des verformten Zahnes 10, der in den Hohlraum 4 eingepresst
wird.
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Die 4 zeigt,
dass mit diesem Fließ-Pressvorgang einander gegenüberliegende
konische Zahnflanken 17 erreicht werden.
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Die 5a bis 5d zeigen
einen ähnlichen Vorgang wie in den 2 bis 4 beschrieben,
nur dass noch zusätzlich eine sogenannte Dachform 8 angeprägt
wird. Ansonsten gelten für die gleichen Teile die gleichen
Bezeichnungen und der gleiche Funktionsablauf.
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Die 5a zeigt
allgemein, dass in einem Bandmaterial 1 zunächst
eine Fließvorform 3 als napfförmige Einprägung
angebracht wird.
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Gegenüberliegend
wird nun diesem napfförmigen Fließvorformling 3 eine
Dachform 8 angeprägt, und zwar durch einen besonders
geformten Stempel 6, wie er in 5c dargestellt
ist.
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Dieser
Stempel weist eine konische Aufnahme auf, die der späteren
Dachform 8 entspricht.
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Beim
Zusammenfahren der beiden Werkzeuge 6, 7 wird
dann der gleiche Fließ-Pressvorgang in den Hohlraum 4 durchgeführt,
wobei jedoch in 5c nur eine Vorform des Fließ-Pressvorganges gegeben
ist, und noch nicht die endgültige Kontur des Zahnes 10 erreicht
wurde. Erst bei dem endgültigen Kalibrieren auf die Endkontur
nach 5d wird dann die endgültige
Zahnform des Bauteils 2 in 5d erreicht.
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Die 6 zeigt
einen solchen Zahn 10 mit einer angeprägten Dachform 8,
wobei die Dachform von den beiden konischen Zahnflanken 17 eingefasst wird.
Die Dachform wirkt als Einfuhrschräge, um beim Einführen
in eine Zahnlücke ein weicheres Schalten des Synchronringes,
Kupplungskörper oder Kupplungsscheibe zu erreichen.
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In 2 ist
der Feinschneidprozess in Stufe 2 im Schnitt dargestellt. Das Bandmaterial
wird durch die Vorrichtung 5 mit einem vordefinierten Druck
eingeklemmt. Stempel 6 und Ausheber 7 schneiden nach
dem abgeschlossenen Druckaufbau von 5 das Bauteil 2 in
die konische Ausführung des Unterteils der Vorrichtung 5.
Das vororientierte Materialvolumen durch das vorangeschrittene Fließvorprägen
im Bereich 4 ermöglicht das Fließen von
Material in vorgehaltene Hohlräume 4 und ein somit
gratfreies Bauteil. 3 zeigt eine weitere Variante.
Wie in 2 erwähnt wird in 1 eine Fließvorprägung
eingebracht, in der gleichen oder folgenden Stufe wird weiterhin eine
spezifische Dachform durch Fließvorprägen eingebracht.
In der nachfolgenden Stufe erfolgt das in 2 beschriebene
kombinierte Feinschneiden mit Fließpressen zur Vororientierung
des Materials, das im Gegensatz zur 2 noch nicht
die Endkontur darstellt. Erst in der darauffolgenden Stufe erfolgt
das gratfreie Fließpressen und Kalibrieren auf Endkontur des
Stanzteiles 2 durch Stempel 6 und Ausheber 7 sowie
einer Matrize 5.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass dieses Verfahren und die Vorrichtung
nicht nur auf die Herstellung von Synchronringen, Kupplungskörper
oder Kupplungsscheibe beschränkt ist. Das Verfahren und die
Vorrichtung lassen sich im Allgemeinen für die Herstellung
von Stanzteilen anwenden.
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- 1
- Bandmaterial
- 2
- Bauteil
(Synchronring)
- 3
- Fließvorform
- 4
- Hohlraum 5
- 5a
- Niederhalter
(Oberwerkzeug)
- 5b
- Niederhalter
(Unterwerkzeug)
- 6
- Stempel
- 7
- Ausheber
- 8
- Dachform
- 8a
- Dachspitz
- 9
- Kopfkreis
- 10
- Zahn
- 11
- Breite
(von 3)
- 12
- Seitenfläche
(konisch)
- 13
- Boden
(Hohlraum 11)
- 14
- Pfeilrichtung
- 15
- Pfeilrichtung
- 16
- Stanzloch
- 17
- Konische
Zahnflanke
- 18
- Fließwerkstoff
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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