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Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Längsschlitz und an mindestens einem Ende mit einer radial ausgerichtete Zähne aufweisenden Stirnverzahnung versehenen hülsenartigen Distanzelements für im Abstand zu haltende Bauteile gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Andererseits richtet sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens entsprechend den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 5.
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Hülsenartige Distanzelemente im Sinne der Erfindung – auch Spacer genannt – werden verwendet, um zwei Bauteile, beispielsweise zwei Bleche, in einem genau definierten Abstand zu einander zu fixieren. Die Verbindung der Bauteile erfolgt dann mittels Schraubbolzen, welche sowohl Bohrungen in den Bauteilen als auch die Distanzelemente durchsetzen, sowie mit auf die Gewindeschäfte der Schraubbolzen drehbaren Muttern. Damit sich die Distanzelemente besser an den Bauteilen verkrallen können, ist an mindestens einem Ende jedes Distanzelements eine Stirnverzahnung mit radial ausgerichteten Zähnen vorgesehen.
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Die Fertigung derartiger Distanzelemente erfolgt im Stand der Technik dadurch, dass zunächst ein beispielsweise von einem Coil abgewickeltes Metallband an mindestens einer Schmalseite mit einem Verzahnungsschnitt versehen wird. Der Verzahnungsschnitt wird schräg ausgeführt, damit beim anschließenden Rollen eines von dem Metallband abgelängten Metallstreifens zum hülsenartigen Distanzelement die radial innen liegenden Bereiche der Stirnverzahnung nicht nach außen gequetscht werden und die radial äußeren Bereiche mit dem größeren Durchmesser nicht tiefer liegen, als die radial inneren Bereiche.
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Obwohl dieses Herstellungsverfahren mit einem schrägen Verzahnungsschnitt an und für sich unproblematisch abläuft, ist auf Grund des Herstellungsverfahrens mit Schneiden oder Scheren nicht zu vermeiden, dass es einen Bereich mit einem glatten Schnitt und einen anderen Bereich mit einer Ausrisskante gibt. Wenn dann ein vom Metallband abgelängter Metallstreifen zum hülsenartigen Distanzelement gerollt wird, kommt es zu einer Dehnung der außen liegenden Kante. Die Stirnverzahnung sieht nicht sauber aus und die exakte Distanzierung der Bauteile unter Einhaltung vorgegebener enger Toleranzen ist schwierig.
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Es wäre zwar denkbar, die hier in Rede stehenden Stirnverzahnungen mit engen Toleranzen auf dem Wege einer spanabhebenden Bearbeitung herzustellen. Dies wäre aber außerordentlich aufwendig und damit kostspielig.
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Die
DE 10 2006 062 242 A1 offenbart ein Formteil, welches zumindest abschnittsweise hohl ausgebildet ist und in diesem hohlen Bereich eine den Hohlraum zumindest teilweise umgebende Wandung umfasst und in mindestens einem Teilbereich ein Formelement aufweist.
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Die
DE 10 2007 039 320 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrs, in welchem beim ersten Umformschritt eine Blechplatine in ein Umformwerkzeug gelegt und unter Verformung in ein U-Profil gepresst wird. Anschließend wird in einem zweiten Umformungsschritt jenes U-Profil zu einem Schlitzrohr umgeformt. Danach werden die Längskanten des Schlitzrohrs miteinander geprägt.
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Die
DE 1 777 244 A offenbart ein Verfahren zum Herstellen von zylindrischen, metallischen Schutzhülsen mit abgewinkeltem Flansch, welche beiderseits geöffnet sind. Die zylindrischen Hohlkörper werden auf einem zweiteiligen Biegewerkzeug gebogen. Danach werden die Flanschteile von einem Drückwerkzeug winkelig abgebogen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines hülsenartigen Distanzelements sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit welchen exakte Stirnverzahnungen mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden können.
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Was die verfahrenstechnische Lösung der gestellten Aufgabe anlangt, so wird diese in den Merkmalen des Anspruchs 1 gesehen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.
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Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung der Stirnverzahnung mittels Prägung. Sie wird also nicht mehr geschnitten, sondern spanlos geformt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein von einem Coil abgezogenes Metallband (bevorzugt aus Stahl oder Aluminium) an mindestens einer Schmalseite mittels Prägung mit einer verzahnungsartigen Profilierung versehen. Das derart profilierte Metallband wird anschließend in einzelne Metallstreifen abgelängt. Jeder Metallstreifen wird danach zu einem hülsenartigen Distanzelement mit Stirnverzahnung umgeformt.
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Soll ein Distanzelement hergestellt werden, das an beiden Enden eine Stirnverzahnung besitzt, so wird an beiden Schmalseiten eines Metallbands eine verzahnungsartige Profilierung erzeugt.
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Unabhängig davon, ob nun an nur einer Schmalseite oder an beiden Schmalseiten eines Metallbands eine verzahnungsartige Profilierung hergestellt wird, kann dies in einer einzigen Prägestufe erfolgen. Die Profilierung am Metallband kann aber auch in mehreren aufeinander folgenden Prägestufen erzeugt werden.
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Das erfindungsgemäße Prägeverfahren erlaubt es, auch vorgegebene enge Toleranzen exakt einzuhalten. Das heißt, die Zahnspitzen aller Zähne einer Stirnverzahnung verlaufen exakt in einer senkrecht zur Längsachse des Distanzelements sich erstreckenden Ebene. Das Ergebnis der Prägung ist von der Genauigkeit her quasi ähnlich einem spanenden Herstellungsverfahren. Die Stirnverzahnung ist indessen durch die beim Prägen erzeugte Kaltverfestigung sehr widerstandsfähig. Dadurch ergibt sich auch ein außerordentlich gutes Setzverhalten beim Fügen der Distanzelemente mit den auf Abstand zu haltenden Bauteilen.
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Es ist von besonderem Vorteil, dass die Profilierung am Metallband mittels einer parallel zu den Breitseiten des Metallbands gerichteten Prägekraft unter Abstützung des Metallbands an einem Widerlager erzeugt wird. Hierdurch wird die genaue Einhaltung der Toleranzen einer Stirnverzahnung gewährleistet.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass beim Ablängen der Metallstreifen vom Metallband die senkrecht zur profilierten Schmalseite verlaufenden Schmalseiten eines Metallstreifens unter einem von 90° zu den Breitseiten abweichenden Winkel abgeschrägt werden.
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Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beim Rollen der Metallstreifen zu einem hülsenartigen Distanzelement die den Längsschlitz begrenzenden Schmalseiten des Distanzelements frontal voreinander liegen und sich auch kontaktieren können.
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Hinsichtlich der Lösung des die Anordnung betreffenden Teils der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe wird auf die Merkmale im Anspruch 5 verwiesen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung sind Gegenstand der Ansprüche 6 bis 12.
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Um an mindestens einer Schmalseite eines Metallbands eine verzahnungsartige Profilierung erzeugen zu können, wird die zu profilierende Schmalseite an einer Bestandteil einer Prägestation bildenden Prägevorrichtung mit wenigstens einer umfangsseitig verzahnten, unter den Einfluss einer Prägekraft stellbaren Prägerolle vorbei geführt. Auf der anderen Seite des Metallbands befindet sich dann ein entsprechend gestaltetes Widerlager. Das Metallband läuft zwischen der Prägevorrichtung und dem Widerlager hindurch und erhält an der zu verformenden Schmalseite die gewünschte verzahnungsartige Profilierung.
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Nach der Herstellung der Profilierung wird das Metallband in einzelne Metallstreifen abgelängt, deren Länge der Umfangslänge der zu erzeugenden Distanzelemente entspricht. Dies erfolgt in einer der Prägestation nachgeschalteten Schneidstation.
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Jeder vom Metallband abgetrennte Metallstreifen wird danach in einer der Schneidstation nachgeordneten Umformstation mittels Rollformen in wenigstens einer Umformstufe zum hülsenartigen Distanzelement mit Stirnverzahnung umgeformt.
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Interne Versuche haben gezeigt, dass der Durchmesser der Prägeverzahnung der zum Einsatz gelangenden Prägerollen so klein wie nur möglich gehalten werden sollte, um die beim Prägen aufzubringenden Kräfte beim Verpressen des Materials an den Schmalseiten des Metallbands so gering wie nur denkbar zu halten.
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Es kann zweckmäßig sein, dass die Prägevorrichtung zwei im Abstand aufeinander folgende Prägerollen aufweist.
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Sollen beide Schmalseiten des Metallbands mit verzahnungsartigen Profilierungen versehen werden, um letztlich ein Distanzelement bereit zu stellen, das an beiden Enden eine Stirnverzahnung aufweist, wird auch das Widerlager als Prägevorrichtung mit mindestens einer eine Prägeverzahnung umfassenden Prägerolle ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, dass in der Prägestation mehrere Prägevorrichtungen im Abstand hintereinander vorgesehen sind, so dass entsprechend viele Prägestufen gebildet werden. Dabei kann das Zustellen der Prägerollen in Richtung auf eine Schmalseite des Metallbands sukzessive erfolgen. Alle Prägeverzahnungen der Prägerollen sind dabei identisch ausgebildet. In jeder Prägestufe erfolgt nur eine Zustellung der Prägerollen in einer bestimmten Größenordnung. Erst wenn das Metallband die letzte Prägevorrichtung passiert hat, ist auch die Profilierung exakt ausgebildet.
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Allerdings ist es auch denkbar, dass in den einzelnen Prägestufen Prägerollen mit unterschiedlich ausgebildeten Prägeverzahnungen zum Einsatz gelangen, die beispielsweise einem Vorformen, einem Zwischenformen und einer Endformung der Profilierung dienen.
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Durch Austausch der Prägerollen mit unterschiedlichen Prägeverzahnungen können auch voneinander abweichende Verzahnungsgeometrien hergestellt werden.
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Wenn die Prägeverzahnung an einer Prägerolle unter einem definierten Winkel von insbesondere 4° bis 9° zur zu profilierenden, im rechten Winkel zu den Breitseiten angeordneten Schmalseite des Metallbands verläuft, kann sichergestellt werden, dass nach der Profilierung des Metallbands bei der anschließenden Umformung der vom Metallband abgelängten und mit einer Profilierung versehenen Metallstreifen zu Distanzelementen die Zahnspitzen der Zähne an den Stirnverzahnungen exakt in der gewünschten, um 90° zur Längsachse eines Distanzelements sich erstreckenden Ebene verlaufen.
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Von Vorteil ist es des Weiteren, dass die Prägeverzahnung an einer Prägerolle von zwei Scheiben seitlich begrenzt ist. Die Prägeverzahnung befindet sich damit gewissermaßen in einer Umfangsnut. Die Scheiben verhindern, dass das beim Prägen verpresste Material nicht nach oben und unten verdrängt wird.
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Zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang, dass die einander gegenüberliegenden Innenseiten der Scheiben V-förmig angeordnet sind. Der Neigungswinkel der Innenseiten zur Drehachse einer Prägerolle kann beispielsweise etwa 2° betragen. Hierdurch werden auch die Kanten der Metallstreifen nach dem Ablängen geglättet.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird mindestens eine Prägerolle einer Prägevorrichtung angetrieben. Es können auch alle eine verzahnungsartige Profilierung erzeugenden Prägerollen angetrieben sein. Sie sind dann beispielsweise über eine Kette oder einen Riemen miteinander gekoppelt. Wenn nur eine Prägerolle angetrieben ist, können sich die in den nachfolgenden Prägestufen befindenden Prägerollen auf Grund der Vorformung der Profilierung in der ersten Prägestufe dann automatisch in die richtige Position drehen. Hierbei handelt es sich um ein ziehendes Verfahren, wobei die in der ersten Prägestufe formgebenden Prägerollen die Zugkräfte aufbringen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 in der Perspektive ein hülsenartiges Distanzelement;
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2 in schematischer Seitenansicht das Distanzelement der 1 im Einbauzustand zwischen zwei Bauteilen;
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3 in schematischer Draufsicht eine Prägestation mit mehreren Prägevorrichtungen seitlich eines Metallbands;
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4 in vergrößertem Maßstab in der Ansicht eine Prägerolle einer Prägevorrichtung der 3;
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5 in der Seitenansicht im Schema eine Schneidstation für das Metallband der 3;
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6 eine Stirnansicht auf einen vom Metallband abgelängten Metallstreifen gemäß dem Pfeil VI der 5;
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7 im Schema eine Umformstation für einen Metallstreifen gemäß den 5 und 6 und
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8 eine Stirnansicht auf das Distanzelement der 1 entsprechend dem Pfeil VIII.
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In der 1 ist mit 1 ein hülsenartiges Distanzelement aus Stahlblech bezeichnet. Das zylindrisch gerollte Distanzelement 1 weist einen Längsschlitz 2 auf, wobei die den Längsschlitz 2 begrenzenden Schmalseiten 3, 4 mit Kontakt frontal voreinander liegen.
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Das Distanzelement 1 ist an beiden Enden 5, 6 mit einer radial ausgerichtete Zähne 7 aufweisenden Stirnverzahnung 8 versehen (siehe auch 8).
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Das aus den 1 und 8 erkennbare Distanzelement 1 dient dazu (siehe 2), zwei Bauteile 9 in Form von zum Beispiel zwei Stahlblechen mit exakten Toleranzen in Abstand A zueinander zu fixieren und um ein Verschieben beider Bauteile zueinander zu verhindern. Die Stirnverzahnungen 8 verkrallen sich hierbei an den einander zugewandten Flächen 10 der Bauteile 9. Die Verbindung der beiden Bauteile 9 erfolgt mittels zumindest eines Schraubbolzens 11, welcher Bohrungen in den Bauteilen 9 sowie die zylindrische Längsausnehmung 12 im Distanzelement 1 durchsetzt, und einer Mutter 13, die auf das freie Gewindeende 14 des Schraubbolzens 11 gedreht wird.
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Zur Herstellung der Stirnverzahnungen 8 an dem Distanzelement 1 wird eine aus der 3 näher erkennbare Prägestation 15 eingesetzt. Die Prägestation 15 setzt sich beim Ausführungsbeispiel aus sechs Prägevorrichtungen 16 zusammen, die in drei Prägestufen PS I, PS II und PS III paarweise einander zugeordnet sind. Die Prägevorrichtungen 16 sind in Durchlaufrichtung eines beispielsweise von einem nicht näher dargestellten Coil abgezogenen stählernen Metallbands 17 im Abstand hintereinander angeordnet.
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Jede Prägevorrichtung 16 weist zwei im Abstand aufeinander folgende Prägerollen 18 auf (siehe auch 4), die unter den Einfluss einer parallel zu den Breitseiten 19 des Metallbands 17 gerichteten Prägekraft PK gestellt sind. Die Prägekraft PK kann im Ganzen auf eine Prägevorrichtung 16 oder auf jede einzelne Prägerolle 18 einwirken. Die Prägerollen 18 können identisch ausgebildet sein. Sie können hinsichtlich der aus der 4 näher erkennbaren Prägeverzahnung 20 aber auch im Sinne einer stufenweisen fortschreitenden Prägung einer an den Schmalseiten 21, 22 des Metallbands 17 herzustellenden Profilierung 23 voneinander abweichend gestaltet sein.
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Jede Prägerolle 18 besitzt also eine mittlere umfangseitige Prägeverzahnung 20 und zwei seitlich der Prägeverzahnung 20 angeordnete Scheiben 24. Die einander gegenüberliegenden Innenseiten 25 der Scheiben 24 sind einander V-förmig zugeordnet. Der zwischen der Drehachse 26 der Prägerolle 18 und dem über die Außenkante 27 der Prägeverzahnung 20 gemessene Winkel α beträgt zwischen 4° und 9°.
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Mit Hilfe der Prägevorrichtungen 16 wird an beiden Schmalseiten 21, 22 des Metallbands 17 eine verzahnungsartige Profilierung 23 erzeugt. Beim Ausführungsbeispiel wird die Profilierung 23 in den drei Prägestufen PS I, PS II und PS III mit einem Vorformschritt, einem Zwischenformschritt und einem Endformschritt hergestellt. Die Profilierung 23 erstreckt sich dann, wie 6 erkennen lässt, unter einem von 90° abweichenden Winkel β zu den Breitseiten 19 des Metallbands 17.
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Wenn an nur einer Schmalseite 21 oder 22 des Metallbands 17 eine Profilierung 23 hergestellt werden soll, dient eine der Prägevorrichtungen 16 jeder Prägestufe PS I, PS II oder PS III als Widerlager ohne eine Prägerolle 18
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Nach dem Durchlaufen der Prägestation 15 wird mittels einer aus der 5 im Schema erkennbaren Schneidstation 28 das Metallband 17 in einzelne Metallstreifen 29 abgelängt. Hierbei verlaufen die nicht profilierten und letztlich den Längsschlitz 2 des Distanzelements 1 begrenzenden Schmalseiten 3, 4 des Metallstreifens 29 unter einem von 90° zu den Breitseiten 19 abweichenden Winkel γ.
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In einer der Schneidstation 28 nachgeordneten, in der 7 im Schema angedeuteten Umformstation 31 wird dann jeder Metallstreifen 29 zunächst U-förmig umgeformt und dann letztlich zu dem hülsenartigen Distanzelement 1 gemäß den 1 und 8 gerollt. Durch die schräg geschnittenen Schmalseiten 3, 4 jedes Metallstreifens 29 liegen somit nach dem Rollen diese Schmalseiten 3, 4 unter Ausbildung des Längsschlitzes 2 frontal aneinander.
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Die Prägerollen 18 der in der ersten Prägestufe PS I angeordneten Prägevorrichtungen 16 können angetrieben sein. Denkbar ist auch, dass alle Prägerollen 18 der nachgeschalteten Prägevorrichtungen 16 ebenfalls angetrieben sind. Dazu kann ein Ketten- oder Riementrieb verwendet werden. Andererseits ist es aber auch vorstellbar, dass die in der ersten Prägestufe PS I angeordneten Prägerollen 18 angetrieben sind, wobei aufgrund des durchlaufenden Metallbands 17 die nachfolgenden Prägerollen 18 automatisch gedreht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Distanzelement
- 2
- Längsschlitz v. 1
- 3
- Schmalseite v. 1
- 4
- Schmalseite v. 1
- 5
- Ende v. 1
- 6
- Ende v. 1
- 7
- Zähne v. 8
- 8
- Stirnverzahnung
- 9
- Bauteile
- 10
- Innenflächen v. 9
- 11
- Schraubbolzen
- 12
- Längsausnehmung in 1
- 13
- Mutter
- 14
- Gewindeende v. 11
- 15
- Prägestation
- 16
- Prägevorrichtung
- 17
- Metallband
- 18
- Prägerollen
- 19
- Breitseiten v. 17
- 20
- Prägeverzahnung an 18
- 21
- Schmalseite v. 17
- 22
- Schmalseite v. 17
- 23
- Profilierung an 21, 22
- 24
- Scheiben v. 18
- 25
- Innenseiten v. 24
- 26
- Drehachse v. 18
- 27
- Außenkante v. 20
- 28
- Schneidstation
- 29
- Metallstreifen
- 30
- Schmalseiten v. 29
- 31
- Umformstation
- A
- Abstand v. 9
- DR
- Durchlaufrichtung v. 17
- PK
- Prägekraft
- PS I
- Prägestufe
- PS II
- Prägestufe
- PS III
- Prägestufe
- α
- Winkel zw. 26 u. 27
- β
- Winkel zw. 19 u. 21, 22
- γ
- Winkel zw. 19 u. 3, 4
