DE102010037958B4

DE102010037958B4 - Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeuges für Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen, Umformwerkzeug, Dichtung und Presse

Info

Publication number: DE102010037958B4
Application number: DE102010037958A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-04
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2030-10-05
Also published as: DE102010037958A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeuges, insbesondere eines Prägewerkzeuges (1; 1'), für Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen, bei dem in einen mit einem Werkstück in Wirkstellung bringbaren Flächenabschnitt (2) eines Umformwerkzeugrohlings wenigstens eine Vertiefung (3, 3') eingebracht wird. Zum Erzeugen der wenigstens einen Vertiefung (3; 3') ist es zumindest teilweise vorgesehen, Material des Umformwerkzeugrohlings mittels wenigstens eines Laserstrahls abzutragen. Die Erfindung betrifft ferner ein Umformwerkzeug, insbesondere Prägewerkzeug (1; 1'), zur Herstellung von Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Presse sowie eine Dichtung und eine Einzellage einer Dichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeuges, nämlich eines Prägewerkzeuges, für Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen, bei dem in einen mit einem Werkstück in Wirkstellung bringbaren Flächenabschnitt eines Umformwerkzeugrohlings wenigstens eine Vertiefung eingebracht wird, welche als Negativmatrize zum Formen einer Sicke ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Umformwerkzeug, nämlich Prägewerkzeug, zur Herstellung von Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen. Weiterhin trifft die Erfindung eine mit einem solchen Umformwerkzeug hergestellte Dichtung sowie eine Presse.
Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen werden heutzutage immer mehr durch Umformen hergestellt. Derartige Dichtungen kommen beispielsweise als Zylinderkopfdichtung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges zum Einsatz. Die Dichtungen sind mittlerweile sehr komplexe Bauteile, welche thermisch und mechanisch hochbelastet sind. Die Dichtungen weisen häufig mehrere Lagen mit unterschiedlichen Konturen auf, wobei die jeweiligen Lagen verschiedene Funktionen ausüben.
Um die Konturen der Dichtungen bzw. der Einzellagen herzustellen, kommen häufig Prägeverfahren zum Einsatz. Je nach Ausgestaltung bzw. Geometrie der Dichtungen bzw. der Einzellagen sind dazu entsprechende Prägewerkzeuge notwendig, welche die Negativmatrize für das herzustellende Werkstück darstellen.
Um die Konturen der Dichtung bzw. der Einzellagen realisieren zu können, sind in die Umformwerkzeuge mit den Konturen korrespondierende Negativkonturen einzubringen. Die Negativkonturen werden üblicherweise durch Materialabtrag mittels Fräsen und/oder Erodieren erzeugt.
Es hat sich gezeigt, dass sowohl das Fräsen als auch das Erodieren unzureichende Verfahren sind, um den hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Konturen der Dichtungen bzw. Einzellagen zu genügen. Auch hat es sich gezeigt, dass die bisher eingesetzten Verfahren zum Herstellen besonders feiner Konturen in dem Umformwerkzeug relativ aufwendig und teuer sind. Beim Einsatz eines Erodierverfahrens schlagen beispielsweise bisher durchweg relativ hohe Kosten für benötigte Elektroden zu buche.
Aus der DE 10 2007 043 233 A1 ist ein Prägewerkzeug bekannt, welches zum Herstellen von Dichtungen dient. Das Prägewerkzeug weist wenigstens eine Vertiefung auf, durch welche beim Ausformen der Dichtung mittels des Prägewerkzeuges eine Sicke gebildet wird. Das Prägewerkzeug ist dazu als Prägewalze ausgebildet, so dass das Verprägen mittels Rotation des Prägewerkzeuges stattfindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeuges, nämlich eines Prägewerkzeuges, für Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen, mit den eingangs genannten Merkmalen vorzuschlagen, durch welches mit geringerem Aufwand als bisher ein Umformwerkzeug zum Ausformen eines Werkstückes mit einer Sicke herstellbar ist und welches zugleich den hohen Anforderungen an die Fertigungstoleranzen genügt. Ferner soll ein entsprechendes Umformwerkzeug zur Herstellung von Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen vorgeschlagen werden. Weiterhin soll eine Presse vorgeschlagen werden, welche für den Einsatz eines derartigen Umformwerkzeuges geeignet ist.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeuges, nämlich eines Prägewerkzeuges, für Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen gelöst, welches die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Ferner wird die Aufgabe mit einem Umformwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst. Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe eine Presse mit den Merkmalen des Anspruches 16 und eine Dichtung mit den Merkmalen des Anspruches 17 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeuges, nämlich eines Prägewerkzeuges für Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen weist einen Verfahrensschritt auf, bei dem in einen mit einem Werkstück in Wirkstellung bringbaren Flächenabschnitt eines Umformwerkrohlings wenigstens eine Vertiefung eingebracht wird, welche als Negativmatrize zum Formen einer Sicke ausgebildet ist. Der Umformwerkzeugrohling kann ein Rohling aus Metall sein, so dass daraus eine Metalldichtung oder eine Metalllage für eine Dichtung, wie beispielsweise für eine Zylinderkopfdichtung, hergestellt wird. Der Umformwerkzeugrohling kann bereits vorbearbeitet werden.
Nach der Erfindung ist es zum Erzeugen der wenigstens einen Vertiefung vorgesehen, dass zumindest teilweise Material des Umformwerkzeugrohlings mittels wenigstens eines Laserstrahls abgetragen wird.
Durch diese Maßnahme wird die wenigstens eine Vertiefung mit höchster Genauigkeit in den Umformwerkzeugrohling eingebracht. Durch den Laserstrahl ist ein Materialabtrag zum Erzeugen der wenigstens einen Vertiefung in einfacher Weise und mit wenig Aufwand durchführbar. Der Laserstrahl bildet einen exakt ausgerichteten Schneidstrahl, durch welchen das Material von der Oberfläche des Umformwerkzeuges bzw. des Umformwerkzeugrohlings beginnend abgetragen wird. indem lediglich der Laserstrahl auf das Umformwerkzeug bzw. den Umformwerkzeugrohling wirkt, kann auf zusätzliche Bauteile, wie aufwendige Elektroden oder Fräsköpfe verzichtet werden, so dass darüber hinaus aufwendige Rüstzeiten auf ein Minimum reduziert sind.
Nach der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass mittels des Laserstrahls die Enden der Vertiefung hin zu der Außenseite des Umformwerkzeuges abgerundet werden. Dadurch werden im Zuge des Verfahrens diejenigen Stellen der Vertiefung gerundet, welche an dem Werkstück den Übergang von der Grundfläche des Werkstückes zu der Sicke bilden wird, so dass ein scharfkantiger Übergang vermieden ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Laserstrahl von einem Festkörperlaser erzeugt wird. Dadurch ist ein besonders präziser Materialabtrag an dem Umformwerkzeugrohling ermöglicht. Auch ist dadurch ein Materialabtrag mit geringster Tiefe durchführbar, so dass die Vertiefung als Ausnehmung in der Oberfläche des Umformwerkzeugrohlings bzw. des Umformwerkzeuges erzeugt werden kann.
Bevorzugt sollte der Laserstrahl von einem Faserlaser erzeugt werden. Der Faserlaser hat einen robusten Aufbau sowie eine hohe Strahlqualität und Effizienz. Dadurch bietet sich sein Einsatz zur Erzeugen der Vertiefung mittels besonders an.
Nach einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Laserstrahl kontinuierlich auf das Umformwerkzeug auftrifft. Auch diese Maßnahme zielt auf einen Materialabtrag durch den Laserstrahl ab, bei dem die Vertiefung besonders formgenau gebildet wird. Die Konturen der Vertiefung sind dadurch besonders scharf bzw. scharfkantig realisierbar, insbesondere wenn die Vertiefung mit einer eckigen Geometrie bzw. Kontur herzustellen ist.
Natürlich ist es auch möglich, dass der Laserstrahl durch einen gepulsten Betrieb des Lasers erzeugt wird.
Natürlich ist es auch möglich, dass der Laserstrahl durch einen gepulsten Betrieb des Lasers erzeugt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es zum Erzeugen der wenigstens einen Vertiefung vorgesehen, dass das Umformwerkzeug und der Laserstrahl relativ zueinander bewegt werden, wobei die Bewegung von Umformwerkzeug und/oder Laserstrahl elektronisch gesteuert oder elektronisch geregelt werden kann. Dadurch lassen sich besonders komplexe Strukturen als Geometrie für die Vertiefung in einfacher Weise und mit geringster Fertigungstoleranz in den Umformwerkzeugrohling einbringen. Sofern die den Laserstrahl erzeugende Lasereinrichtung mit einem CAD-CAM-System gekoppelt ist, kann die auf dem CAD-CAM-System generierte Kontur bzw. Geometrie für die Vertiefung direkt realisiert werden, indem die dazu notwendigen Informationen unmittelbar auf die Regelungs- bzw. Steuerungseinrichtung übergeben werden, durch welche dann der Laserstrahl in entsprechender Weise geführt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass vor dem Materialabtrag mittels des wenigstens einen Laserstrahls ein Materialabtrag mittels Fräsen und/oder Erodieren, wie beispielsweise Funkenerodieren oder Senkerodieren, erfolgt. Es ist dadurch zum Erzeugen der wenigstens einen Vertiefung das erfindungsgemäße Verfahren mit dem konventionellen Verfahren kombiniert.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Vertiefung benachbart zu einer gegenüber der Außenseite des Flächenabschnittes erhabenen oder eingelassenen Kontur zum Erzeugen wenigstens einer Sicke an dem mit dem Umformwerkzeug in Wirkstellung bringbaren Werkstück eingebracht wird. Die Vertiefung kann beispielsweise im Randbereich der erhabenen oder eingelassenen Kontur zum Erzeugen der Sicke angeordnet sein. Dadurch ist ein Umformwerkzeug realisiert, durch welches eine Dichtung bzw. eine Einzellage für eine Dichtung geformt wird, welche in mechanisch beaufschlagten Bereichen die Sicke zur Verstärkung aufweist und durch die sich die unmittelbar anschließende Kontur, welche aus der wenigstens einen Vertiefung beim Umformen gebildet ist, eine elastische Vorspannung zwischen den Lagen der Dichtung erzeugt wird. Durch diese elastische Vorspannung zwischen der hierdurch gebildeten einen Einzellage und einer anderen Einzellage der Dichtung ist beispielsweise eine Reduzierung der bei einer Zylinderkopfdichtung durch die Gaskraft verursachten Dichtspaltschwingungen erreicht und eine unzulässige Verformung der Sicke verhindert.
Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst die Kontur zum Erzeugen der wenigstens einen Sicke an dem Umformwerkzeug eingebracht wird und anschließend die wenigstens eine Vertiefung benachbart dazu mittels des Laserstrahles erzeugt wird.
Es bietet sich an, dass zum Erzeugen der Kontur für die Bildung der wenigstens einen Sicke zumindest teilweise Material des Umformwerkzeugrohlings mittels wenigstens eines Laserstrahls abgetragen wird. Der Herstellung dieser Kontur kommen die gleichen Vorteile zu, wie sie bei dem Materialabtrag für die Herstellung der wenigstens einen Vertiefung mittels des Laserstrahls zukommt. Die Kontur ist somit mit wenig Aufwand und höchster Formgenauigkeit und Konturschärfe mittels des Laserstrahles in den Umformwerkzeugrohling einbringbar.
Es bietet sich an, dass der wenigstens eine Laserstrahl zum Abtragen des Materials zum Erzeugen der Kontur von einem Festkörperlaser, insbesondere einem Faserlaser erzeugt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Oberfläche des Umformwerkzeuges oder des Umformwerkzeugrohlings verfestigt und/oder geglättet wird. Hier wird den jeweiligen Anforderungen hinsichtlich der Oberflächenhärte und der Oberflächenrauigkeit Rechnung getragen.
Ein unabhängiger Gedanke der Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug, nämlich Prägewerkzeug, zur Herstellung von Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen. Das Umformwerkzeug ist bevorzugt zur Herstellung von Metalldichtungen bzw. Metalllagen für Dichtungen, wie beispielsweise von Zylinderkopfdichtungen, geeignet. Bevorzugt ist das Material des Umformwerkzeuges dabei aus einem härteren Material als das Material des damit umgeformten Werkstückes.
Das Umformwerkzeug ist mittels eines Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art hergestellt.
Das Umformwerkzeug weist wenigstens eine Vertiefung auf, welche in eine mit einem Werkstück in Wirkstellung bringbaren Flächenabschnitt des Umformwerkzeuges eingebracht ist. Die Vertiefung kann in einen Umformwerkzeugrohling eingearbeitet sein. Der Umformwerkzeugrohling kann ein bereits vorbearbeiteter Rohling für das Umformwerkzeug sein.
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Vertiefung als Negativmatrize zum Formen einer Sicke ausgebildet ist. Hierdurch ist an dem Umformwerkzeug eine Kontur mit höchster Genauigkeit und geringster Maßtoleranz gebildet, welche beim Umformformgang zur Herstellung der Dichtung eine Verstärkungsstruktur erzeugt, nämlich die Sicke.
Nach der Erfindung ist die Vertiefung eine in die Oberfläche des Umformwerkzeuges eingebrachte Mikrovertiefung mit einer maximalen Tiefe bis etwa 2,5 mm und vorzugsweise einer Maßtoleranz bis etwa 0,012 mm.
Dadurch ist die in das Umformwerkzeug eingebrachte wenigstens eine Vertiefung als oberflächennahe Vertiefung gebildet. Der Vertiefung kommt eine hohe Maßtoleranz zu, durch welche die Kontur der wenigstens einen Vertiefung besonders scharf ausgebildet ist, so dass selbst eckige Konturen, insbesondere Kanten, mit geringster Fertigungstoleranz an dem Umformwerkzeug realisiert sind. Das Umformwerkzeug ist damit besonders zum Herstellen von Dichtungen, insbesondere Einzellagen von Dichtungen, geeignet, welche höchsten Qualitätsansprüchen zu genügen haben. Das Umformwerkzeug ist insofern besonders für die Herstellung einer Einzellage zum Herstellen einer Zylinderkopfdichtung geeignet.
Bevorzugt weist die Vertiefung eine Maßtoleranz von bis etwa 0,010 mm auf. Dadurch genügt das Umformwerkzeug den höchsten Toleranzanforderungen, welche für die Herstellung von Dichtungen, insbesondere Einzellagen für Dichtungen mit höchster thermischer und mechanischer Belastung.
Nach der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass die Enden der Vertiefung hin zu der Außenseite des Umformwerkzeuges abgerundet sind.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Vertiefung die Geometrie eines Pyramidenstumpfes hat, welcher sich zur Oberfläche des Umformwerkzeuges hin erweitert. Es hat sich gezeigt, dass eine solche Geometrie der Vertiefung als Negativmatrize und der daraus geprägte pyramidenförmige Vorsprung, welcher von der Einzellage nach außen absteht, eine hohe Steifigkeit aufweist.
Bevorzugt ist die Grundfläche des Pyramidenstumpfes dreieckig oder viereckig, insbesondere mehreckig ausgebildet. Die Grundfläche des Pyramidenstumpfes ist dabei bevorzugt zur Oberfläche des Umformwerkzeuges gewandt.
Alternativ oder ergänzend kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Vertiefung entlang der Oberfläche des Umformwerkzeuges einen länglichen Verlauf hat. Der längliche Verlauf kann sich über ein Segment bzw. einen Abschnitt, insbesondere einen geraden Abschnitt, erstrecken. Es hat sich gezeigt, dass auch dieser Formgeometrie, welcher einer länglichen Form des Vorsprungs an der Dichtung bzw. der Einzellage für die Dichtung entspricht, eine besonders hohe Steifigkeit zukommt, so dass eine derart gebildete Einzellage eine besonders gute elastische Vorspannung der mit der Dichtung miteinander verbundenen Bauteile, insbesondere Motorbauteile, ermöglicht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Vertiefung entlang der Oberfläche des Umformwerkzeuges einen länglichen mäanderförmigen Verlauf aufweist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind eine Vielzahl von Vertiefungen von vorgesehen, von denen mehrere Vertiefungen im Wesentlichen in einer Reihe hintereinander liegen.
Es bietet sich an, dass mehrere Reihen mit Vertiefungen vorgesehen sind, wobei die Vertiefungen benachbarter Reihen versetzt zueinander angeordnet sind.
Durch die in Reihen angeordneten Vertiefungen ergibt sich eine flächige Kontur mit Vertiefungen als Negativmatrize, welche der Kontur des Oberteiles oder Unterteiles eines Waffeleisens entspricht. Dadurch ist eine elastische Vorspannung in diesem Bereich aufbaubar, welche im Verbund zwischen zwei Bauteilen wirkt.
Es bietet sich an, dass das Umformwerkzeug den unteren Teil der Negativmatrize zum Umformen des Werkstückes bildet. Auch kann das Umformwerkzeug den oberen Teil der Negativmatrize zum Umformen des Werkstückes bilden. Bevorzugt sind der obere Teil und der untere Teil derart zueinander ausgebildet, dass im geschlossenen Zustand die Konturen von Oberteil und Unterteil einander entsprechen und dadurch nach der Umformung mittels der Umformwerkzeuge das Werkstück, insbesondere die Dichtung oder die Einzellage, in der vorgesehenen Form gebildet ist.
Insofern umfasst die Erfindung auch eine Presse zum Umformen, nämlich Prägen, eines Werkstückrohlings mit einem Unterteil und einem Oberteil, welche durch die Presse gegeneinander drückbar sind, wobei das Unterteil ein Umformwerkzeug der vorstehend beschrieben Art ist und das Oberteil ein damit korrespondierendes Umformwerkzeug ist.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Dichtung oder Einzellage einer Dichtung, welche mittels wenigstens eines Umformwerkzeuges der vorstehend beschriebenen Art hergestellt ist.
Die Dichtung oder Einzellage ist mit einer Presse der vorstehend beschriebenen Art hergestellt. Ferner ist die Dichtung oder Einzellage mittels des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art hergestellt.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
Es zeigen:
1 eine mögliche Ausführungsform eines Prägewerkzeugs zur Herstellung von Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen,
2a, 2b und 2c einen Ausschnitt aus einer Einzellage für eine Dichtung in einem Stopperbereich in perspektivischer Darstellung (2a), Draufsicht (2b) und Seitenansicht (2c) und
3a, 3b, 3c und 3d eine mögliche Ausführungsform eines Prägewerkzeuges zum Herstellen von einer Dichtung mit einer umlaufenden Sicke in perspektivischer Darstellung (3a), Draufsicht (3b), Schnittdarstellung (3c) und Detaildarstellung (3d) des Details C der 3c.
1 zeigt – in schematischer Darstellung – eine mögliche Ausführungsform eines Umformwerkzeuges bzw. Prägewerkzeuges 1 zur Herstellung einer Dichtung oder einer Einzellage für eine Dichtung. Das Prägewerkzeug 1 bildet einen Teil einer sogenannten Negativmatrize, welche in einem Prägeverfahren zum Einsatz kommt. Das Prägewerkzeug 1 bildet beispielsweise den Unterteil der Negativmatrize. Zum Prägen der Dichtung oder der Einzellage einer Dichtung ist zusätzlich das zweite Teil der Negativmatrize notwendig, welche in 1 nicht dargestellt ist. Der andere (nicht dargestellte) Teil der Negativmatrize korrespondiert in seiner Kontur mit dem Prägewerkzeug 1 der 1, so dass durch das Gegeneinanderdrücken des Prägewerkzeuges 1 gegen das andere (nicht dargestellte) Teil die Dichtung bzw. Einzellage für die Dichtung gebildet wird.
Am Beispiel des Prägewerkzeuges 1 gemäß der 1 wird nachfolgend der Einfachheit halber die Erfindung beschrieben.
Das Prägewerkzeug 1 weist einen Flächenabschnitt 2 auf, welcher im Zuge des Prägevorganges mit einem (nicht dargestellten Werkstück) in Wirkstellung gebracht ist. Der Flächenabschnitt 2 ist bevorzugt erhaben gegenüber der Oberseite einer Grundplatte 4 gebildet. Die Grundplatte 4 weist mehrere Durchgangsbohrungen 5 auf, mittels welcher die Grundplatte 4 bzw. das Prägewerkzeug 1 in oder an eine (nicht dargestellte) Presse montierbar ist. Mittels der Presse wird im Zuge des Umformvorganges eine Druckkraft auf das Prägewerkzeug 1 und das (nicht dargestellte) korrespondierende Teil, welches zusammen mit dem Prägewerkzeug 1 die Negativmatrize bilden, ausgeübt. Die Presse kann eine händisch betätigte Presse oder eine automatisch betätigte, vorzugsweise hydraulisch betätigte Presse, sein.
Der Flächenabschnitt 2, welcher mit dem (nicht dargestellten) Werkstück beim Prägevorgang in Wirkstellung gebracht wird, weist wenigstens eine Vertiefung 3 auf. Die Vertiefung 3 der Ausführungsform des Prägewerkzeuges 1 gemäß der 1 hat einen länglichen Verlauf, wobei sich die Vertiefung 3 oberflächennahe über einen beliebigen Weg erstreckt.
Nach der Erfindung ist die wenigstens eine Vertiefung 3 dadurch erzeugt, dass mittels eines Laserstrahles Material soweit abgetragen wird, dass die wenigstens eine Vertiefung 3 im Wesentlichen gebildet ist. Der Laserstrahl ist dazu bevorzugt von einem Festkörperlaser, insbesondere einem Faserlaser, erzeugt. Die auf diese Weise erzeugte Vertiefung 3 weist eine maximale Tiefe bis etwa 2,5 mm und eine Maßtoleranz bis etwa 0,012 mm auf. Die Vertiefung entspricht damit einer Mikrovertiefung, welche oberflächennahe in den Flächenabschnitt 2 eingebracht ist.
2a bis 2c zeigen – in schematischer Darstellung – einen Ausschnitt aus einer Einzellage für eine Dichtung, welche mittels eines Umformwerkzeuges erzeugt wurde, dessen Konturen mittels eines Laserstrahles erzeugt wurden. Der Einfachheit halber ist in den 2a bis 2c der dort dargestellte Ausschnitt insgesamt als Einzellage 6 bezeichnet.
Die Einzellage 6 weist eine Vielzahl von Vorsprüngen 7 auf, welche gegenüber der Oberseite 10 der Einzellage 6 nach außen stehen. Die Vorsprünge 7 weisen jeweils die Form eines Kegelstumpfes mit viereckiger Grundfläche auf, wobei sich der Kegelstumpf nach außen hin, also von der Oberseite 10 weggerichtet, verjüngt.
Die Vorsprünge 7 sind in Reihen 8, 9 hintereinander liegend angeordnet. Wie insbesondere aus der 2b ersichtlich ist, sind mehrere Reihen 8, 9 vorgesehen, wobei die Vorsprünge 7 benachbarter Reihen 8, 9 versetzt zueinander liegen.
Zur Herstellung der Einzellage 6 gemäß der 2a bis 2c ist ein (nicht dargestelltes) Prägewerkzeug notwendig, welches entsprechend den Vorsprüngen 7 damit korrespondierende Vertiefungen 3 aufweist. Die Vertiefungen sind dazu mittels Laser durch Materialabtrag herausgearbeitet.
3a bis 3d zeigen eine weitere mögliche Ausführungsform eines Prägewerkzeugs 1'. Das Prägewerkzeug 1' gemäß der 3a bis 3d ist als Ring ausgebildet, an dessen einer Seite eine umlaufende Vertiefung 3' eingebracht ist. Die Vertiefung 3' ist durch Materialabtrag mittels eines Laserstrahles erzeugt, wobei an den Enden der Vertiefung 3' hin zu der zur Außenseite des Prägewerkzeuges 1' die Vertiefung 3' eine mittels Laser eingebrachte Abrundung 11 aufweist, wie insbesondere aus der 3d ersichtlich ist, in welcher der Ausschnitt C gemäß der 3c dargestellt ist.
Durch das Einbringen wenigstens einer Vertiefung in das Prägewerkzeug mittels eines Laserstrahles lassen sich Vertiefungen mit formgenauer Kontur in das Prägewerkzeug einbringen. Die Vertiefung kann dadurch in beliebiger Geometrie ausgebildet werden, ohne dass dadurch die Formgenauigkeit der Geometrie bzw. Kontur reduziert wird. Es sind Maßtoleranzen von bis zu 0,012 mm erreichbar. Auch sind Kantenverrundungen von bis zu 0,03 mm, vorzugsweise 0,02 mm, mittels des Lasers herstellbar. Das Prägewerkzeug kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Bedarf verfestigt und/oder geglättet werden, wobei eine Oberflächenrauigkeit von bis zu einem Ra-Wert von etwa 0,6 möglich ist.
Bezugszeichenliste

1, 1': Prägewerkzeug
2: Flächenabschnitt
3, 3': Vertiefung
4: Grundplatte
5: Durchgangsbohrung
6: Einzellage
7: Vorsprung
8: Reihe
9: Reihe
10: Oberseite
11: Abrundung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeuges, nämlich eines Prägewerkzeuges (1; 1'), für Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen, bei dem in einen mit einem Werkstück in Wirkstellung bringbaren Flächenabschnitt (2) eines Umformwerkzeugrohlings wenigstens eine Vertiefung (3; 3') eingebracht wird, welche als Negativmatrize zum Formen einer Sicke ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen der wenigstens einen Vertiefung (3; 3') zumindest teilweise Material des Umformwerkzeugrohlings mittels wenigstens eines Laserstrahls abgetragen wird, wobei mittels des Laserstrahls die Enden der Vertiefung (3, 3') hin zu der Außenseite des Umformwerkzeuges abgerundet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Laserstrahl von einem Festkörperlaser, insbesondere einem Faserlaser, erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Laserstrahl kontinuierlich auf das Umformwerkzeug oder den Umformwerkzeugrohling auftrifft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen der wenigstens einen Vertiefung (3; 3') der Umformwerkzeugrohling und der Laserstrahl relativ zueinander bewegt werden, wobei die Bewegungen von Umformwerkzeugrohling und/oder Laserstrahl elektronisch gesteuert oder elektronisch geregelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Materialabtrag mittels des wenigstens einen Laserstrahls ein Materialabtrag mittels Fräsen und/oder Erodieren erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vertiefung (3; 3') benachbart zu einer gegenüber der Außenseite des Flächenabschnittes erhabenen oder eingelassenen Kontur zum Erzeugen wenigstens einer Sicke an dem mit dem Umformwerkzeug in Wirkstellung bringbaren Werkstück eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen der Kontur zumindest teilweise Material des Umformwerkzeugrohlings mittels wenigstens eines Laserstrahls abgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Umformwerkzeuges oder des Umformwerkzeugrohlings verfestigt und/oder geglättet wird.
Umformwerkzeug, nämlich Prägewerkzeug (1; 1'), zur Herstellung von Dichtungen oder Einzellagen von Dichtungen, welches mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, mit wenigstens einer in einem mit einem Werkstück in Wirkstellung bringbaren Flächenabschnitt (2) des Umformwerkzeuges eingebrachten Vertiefung (3; 3'), welche als Negativmatrize zum Formen einer Sicke ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (3; 3') eine in die Oberfläche des Umformwerkzeuges (1; 1') eingebrachte Mikrovertiefung mit einer maximalen Tiefe bis etwa 2,5 mm und einer Maßtoleranz bis etwa 0,012 mm ist, dessen Enden hin zu der Außenseite des Umformwerkzeuges abgerundet sind.
Umformwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (3; 3') eine Maßtoleranz von bis etwa 0,010 mm aufweist.
Umformwerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vertiefung (3; 3') die Geometrie eines Pyramidenstumpfes hat, welcher sich zur Oberfläche des Umformwerkzeuges hin erweitert.
Umformwerkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vertiefung (3; 3') entlang der Oberfläche des Umformwerkzeuges einen länglichen Verlauf hat, insbesondere mäanderförmig verläuft.
Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Vertiefungen vorgesehen sind, von denen mehrere Vertiefungen im Wesentlichen in einer Reihe hintereinander liegen.
Umformwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reihen mit Vertiefungen vorgesehen sind, wobei die Vertiefungen benachbarter Reihen versetzt zueinander angeordnet sind.
Presse zum Umformen, nämlich Prägen, eines Werkstückrohlings mit einem Unterteil und einem Oberteil, welche durch die Presse gegeneinander drückbar sind, wobei das Unterteil ein Umformwerkzeug (1; 1') nach einem der Ansprüche 9 bis 14 ist und das Oberteil ein damit korrespondierendes Umformwerkzeug ist.
Dichtung oder Einzellage einer Dichtung, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mittels wenigstens eines Umformwerkzeuges (1; 1') nach einem der Ansprüche 9 bis 14 mit einer Presse nach Anspruch 15.