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Die Erfindung betrifft einerseits ein Distanzelement für Bauteile gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Andererseits richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Distanzelements entsprechend den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 5.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Distanzelemente im Sinne der Erfindung, auch Spacer genannt, werden verwendet, um zwei Bauteile im Abstand zueinander zu fixieren. So sind zum Beispiel derartige Distanzelemente zwischen zwei im Abstand zueinander angeordneten Blechen angeordnet, welche mittels Schrauben miteinander verbunden werden, die durch die Distanzelemente geführt werden. Häufig werden auch Unterlegscheiben zwischen die Stirnseiten der Distanzelemente und die Bleche eingesetzt, so dass dann beim Fügen mehrere Bauteile gehändelt werden müssen.
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Bei den bekannten Distanzelementen handelt es sich nicht um Rohre, sondern um von einem Metallstreifen abgelängte und rohrförmig gekrümmte, d. h. gerollte, längsgeschlitzte Hülsen. Bei der Fertigung der Hülsen aus Stahlblech wird darauf geachtet, dass die Walzrichtung des Stahlblechs senkrecht zur Längsachse der fertigen Hülsen liegt. Dadurch ergibt sich ein ausgesprochen gutes Setzverhalten. Dieses verbesserte Setzverhalten ist darauf zurückzuführen, dass bei der Fertigung der Hülsen von der Querseite her auf das anisotrope Gefüge bzw. auf die lang gestreckten Körner des Gefüges gedrückt wird. Dadurch gibt das Material weniger nach als bei um 90° verdrehter Walzrichtung, weil dann quasi in Axialrichtung auf die Kristalle/Körner gedrückt wird.
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Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zu Grunde ein Distanzelement für Bauteile, ein Verfahren zur Herstellung eines Distanzelements sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche bei einfacher Fertigung ein kostengünstiges und problemloses Händeln des Distanzelements beim Fügen mit anderen Bauteilen ermöglichen.
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Die Lösung des gegenständlichen Teils dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.
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Entsprechend der Erfindung ist nunmehr an einem Distanzelement in Form einer längsgeschlitzten Hülse an mindestens einem Ende des zylindrischen Schafts ein im Querschnitt U-förmiger, nach außen geschlossener Radialkragen vorgesehen. Auf Grund eines derartigen Radialkragens kann auf Elemente vergleichbar mit Unterlegscheiben zwischen dem Distanzelement und den mittels des Distanzelements auf Abstand gehaltenen Bauteilen verzichtet werden. Folglich sind beim Fügen weniger Bauteile zu händeln. Dabei liegen die der Innenwand des Distanzelements benachbarten Schenkel des Radialkragens aufeinander.
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Der Längsschlitz des Distanzelements kann nach außen V-förmig geöffnet sein.
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Denkbar ist aber auch, dass die den Längsschlitz begrenzenden Schmalseiten des Distanzelements frontal voreinander liegen. Die Schmalseiten können Kontakt haben oder im Abstand zueinander angeordnet sein, d. h. einen offenen Längsschlitz begrenzen. Andere Schlitzformen sind möglich.
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Das erfindungsgemäße Distanzelement kann bei Bedarf an beiden Enden mit einem Radialkragen versehen sein. Vorstellbar sind aber auch mehr als zwei Radialkragen im Längenverlauf des Distanzelements, wenn eine entsprechende Anzahl von Bauteilen auf Abstand zueinander gehalten werden soll.
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Was die Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Erfindung betrifft, so wird diese in den Merkmalen des Anspruchs 5 erblickt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 6 und 7 aufgeführt.
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Bei der kalten Anstauchung des Radialkragens (Kaltstauchverfahren) wird eine Axialkraft an einem Ende der zylindrischen Hülse aufgebracht. Überraschenderweise hat sich hierbei in Versuchen herausgestellt, dass deutlich weniger Axialkraft aufgebracht werden muss als aufgrund von theoretischen Überlegungen zunächst erwartet wurde. Das Material faltet sich beim axialen Stauchen U-förmig zu dem nach außen geschlossenen Radialkragen, wobei die sich gegenüberliegenden Schenkel des U-förmig gefalteten Radialkragens dicht aneinander liegen.
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Bei der Anwendung des Verfahrens kann abschnittsweise, also im Bereich des Radialkragens, eine Durchmesservergrößerung der Hülse gegenüber dem ursprünglichen Ausgangsdurchmesser von 10% bis zu 100% erreicht werden. Auch ist es vorstellbar, dass die Wanddicke des Radialkragens gegenüber der Wanddicke des Ausgangsmaterials (Hülse) um 25% reduziert werden kann. Denkbar ist aber auch, die Wanddicke zu vergrößern, und zwar je nach dem, wie viel Material axial gestaucht werden soll. Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung also möglich, einen Radialkragen mit variabler Dicke und variablem Durchmesser an einer Hülse anzustauchen.
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Bevorzugt wird beim erfindungsgemäßen Verfahren Stahl oder Aluminium eingesetzt. Hierbei ist es wichtig, dass der jeweilig eingesetzte Werkstoff im Sinne des Kaltstauchverfahrens fließfähig ist.
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Zur Herstellung eines Radialkragens wird das Kaltanstauchen mit einem in die Hülse eingefügten Dorn durchgeführt. Die Länge des Dorns entspricht mindestens der Länge der Hülse als Ausgangsmaterial. Vorzugsweise ist der Dorn aber etwas länger ausgebildet.
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Ferner ist es von Bedeutung, dass beim Kaltanstauchen des Radialkragens die Hülse in eine Formpatrone eingesetzt wird. Die Formpatrone sichert zusammen mit dem Dorn die einwandfreie Anstauchung des Radialkragens an die Hülse.
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Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens können in besonders vorteilhafter Weise extrem kleine Radien im Übergangsbereich von dem zylindrischen Schaft des Distanzelements auf den Radialkragen realisiert werden. Auch kann die Unterseite des Radialkragens, die dem Schaft benachbart ist, exakt im 90°-Winkel zur Mantelfläche des Schafts erstellt werden.
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Vorteil ist weiter, dass keine spanende Bearbeitung des Bauteils erfolgt und dementsprechend der Walzfaserverlauf nicht unterbrochen wird. Dadurch sind höhere dynamische Belastungen möglich.
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Hinsichtlich der vorrichtungsmäßigen Lösung der gestellten Aufgabe wird auf den Anspruch 8 verwiesen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 9 und 10.
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Die Halterung wird bevorzugt örtlich fixiert. Danach wird die am Außenumfang mit einem Kragen versehene Formpatrone mit eingeschobener Hülse über die Aufnahme quer in die Halterung eingeführt und das Widerlager wird axial zur Formpatrone ausgerichtet ebenfalls örtlich festgelegt. Jetzt wird der Dorn mit einer Axialkraft beaufschlagt. Wenn der in seiner Außenkontur auf die Außenkontur der Formpatrone abgestellte Dornhalter die Formpatrone kontaktiert, wird diese zusammen mit der am Widerlager anliegenden Hülse in Richtung auf das Widerlager verschoben. Hierbei tauchen das Widerlager in die Ausnehmung der Formpatrone und der Dorn in die Dornführung im Widerlager ein. Das Material am widerlagerseitigen Ende der Hülse wird nunmehr in dem vom Dorn, von der Formpatrone und dem Widerlager gebildeten Formraum zu einem im Querschnitt U-förmigen, nach außen geschlossenen Radialkragen mit aneinander liegenden Schenkeln verformt.
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Anschließend werden der Dorn und die Formpatrone in die Ausgangsposition zurückgefahren. Danach wird die Formpatrone gemeinsam mit der mit einem Radialkragen versehenen Hülse quer aus der Halterung verlagert. Jetzt kann das fertige Distanzelement entnommen werden.
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Halterung, Formpatrone, Widerlager sowie Dorn mit Dornhalterung können Bestandteil eines im Takt arbeitenden Gesamtsystems mit mehreren Arbeitsstationen sein, bei welchem während des Kaltanstauchens eines Radialkragens in einer Arbeitsstation in anderen Arbeitsstationen eine unverformte Hülse als Rohling zugeführt beziehungsweise ein fertiges Distanzelement entfernt werden.
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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 schematischer Perspektive einen abgelängten Metallstreifen und eine aus dem Metallstreifen mittels Rollverfahren hergestellte längsgeschlitzte Hülse;
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2 im vertikalen Querschnitt eine Vorrichtung zum Umformen der Hülse zu einem Distanzelement gemäß einer ersten Betriebsposition;
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3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung der 2;
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4 die Vorrichtung der 2 in einer weiteren Betriebsposition;
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5 in der Perspektive ein fertiges Distanzelement;
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6 einen Längsschnitt durch das Distanzelement der 5 entlang der Linie VI-VI in Richtung der Pfeile VIa-VIa gesehen und
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7 den Ausschnitt VII der 6 in vergrößertem Maßstab.
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Mit 1 ist in der 1 ein rechteckiger Metallstreifen aus im Sinne des Kaltfließpressverfahrens fließfähigem Stahlblech bezeichnet, der beispielsweise von einem Stahlband abgelängt wurde.
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Der Metallstreifen 1 wird zunächst U-förmig verformt. in einem weiteren Umformschritt werden die freien Enden 2 aufeinander zu bewegt und zu der dargestellten Zylinderform einer Hülse 3 im Rollverfahren geschlossen. Beim Ausführungsbeispiel ergibt sich hierbei, dass der Längsschlitz 4 der Hülse 3 nach außen V-förmig geöffnet ist.
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Denkbar ist aber auch, dass die Schmalseiten 5 der Hülse 3 frontal mit oder ohne Kontakt voreinander liegen können.
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Beim Rollen der Hülse 3 wird darauf geachtet, dass die Walzrichtung des Metallstreifens 1 senkrecht zur Längsachse 6 der Hülse 3 verläuft. Die rein schematisch eingezeichneten Walzfasern 28 verdeutlichen die Walzrichtung.
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Zur Ausbildung der Hülse 3 als Distanzelement 7 für Bauteile mit zumindest einem endseitigen Radialkragen 8 gemäß der 5 wird eine Umformvorrichtung 9 verwendet, die in den 2 bis 4 schematisch veranschaulicht ist.
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Die Umformvorrichtung 9 umfasst zunächst eine plattenartige Halterung 10, die örtlich festgelegt werden kann. In der Halterung 10 ist eine gestufte, seitlich offene Aufnahme 11 für eine zylindrische Formpatrone 12 mit einem endseitigen Kragen 13 ausgebildet. Die Formpatrone 12 besitzt eine gestufte Bohrung 14 mit einem im Durchmesser vergrößerten Endabschnitt 15.
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Zur Umformvorrichtung 9 zählt ferner ein zylindrischer Dorn 16, der mit einer Dornhalterung 17 verbunden ist. Der Außendurchmesser des Dorns 16 entspricht dem Innendurchmesser der Hülse 3. Die Außenkontur der Dornhalterung 17 ist an die Außenkontur der Formpatrone 12 angepasst.
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In Verlängerung der Formpatrone 12 ist ein Widerlager 18 vorgesehen, in welchem eine Dornführung 19 in Form einer Stufenbohrung vorhanden ist. Die Außenkontur des Widerlagers 18 ist an die Innenkontur des Endabschnitts 15 der Bohrung 14 angepasst.
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Die Länge des Dorns 16 ist so bemessen, dass sie der Länge der Formpatrone 12 zuzüglich eines Teils der Länge der Dornführung 19 entspricht.
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Zum kalten Anstauchen eines Radialkragens 8 an die Hülse 3 wird der Dorn 16 oberhalb der Halterung 10 platziert. Anschließend wird die Formpatrone 12 mit eingesetzter Hülse 3 über die Aufnahme 11 quer in die Halterung 10 eingeführt, bis die Längsachsen 20 des Dorns 16 und 21 der Formpatrone 12 in einer Flucht liegen. Nunmehr wird auf die Dornhalterung 17 und damit auch auf den Dorn 16 eine Axialkraft P aufgebracht, so dass der Dorn 16 in die Hülse 3 eintaucht. Hat die Stirnseite 22 der Dornhalterung 17 die Oberseite 23 der Formpatrone 12 kontaktiert, werden Formpatrone 12 und Hülse 3 gemeinsam in Richtung auf das Widerlager 18 verschoben. Da sich die Hülse 3 gemäß 2 mit ihrer dem Dorn 16 abgewandten Stirnseite 24 am Widerlager 18 abstützt, wird das dem Widerlager 18 benachbarte Ende 25 der Hülse 3 in dem einen Formraum bildenden Endabschnitt 15 der Bohrung 14 zu einem Radialkragen 8 gestaucht, wie er im Einzelnen aus den 4 bis 7 hervorgeht. Das heißt, der Radialkragen 8 weist einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei die beiden der Innenwand 26 des Distanzelements 7 benachbarten Abschnitte der Schenkel 27 des Radialkragens 8 aneinander liegen.
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Nach dem Hochfahren des Dorns 16 sowie der Formpatrone 12 in die Ausgangsposition gemäß 2 kann die Formpatrone 12 zusammen mit dem Distanzelement 7 quer aus der Aufnahme 11 der Halterung 10 verlagert und anschließend das Distanzelement 7 aus der Formpatrone 12 entfernt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Metallstreifen
- 2
- freie Enden von 1
- 3
- Hülse
- 4
- Längsschlitz von 3 und 7
- 5
- Schmalseiten von 3
- 6
- Längsachse von 3
- 7
- Distanzelement
- 7
- Distanzelement
- 8
- Radialkragen an 7
- 9
- Umformvorrichtung
- 10
- Halterung von 9
- 11
- Aufnahme in 10
- 12
- Formpatrone
- 13
- Kragen an 12
- 14
- Bohrung in 12
- 15
- Endabschnitt von 14
- 16
- Dorn
- 17
- Dornhalterung
- 18
- Widerlager
- 19
- Dornführung
- 20
- Längsachse von 16
- 21
- Längsachse von 12
- 22
- Stirnseite von 17
- 23
- Oberseite von 12
- 24
- Stirnseite von 3
- 25
- Ende von 3
- 26
- Innenwand von 7
- 27
- Schenkel von 8
- 28
- Walzfaser
- P
- Axialkraft
