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Die Erfindung betrifft Verfahren, Werkzeuge und Einrichtungen zum Einbringen einer einen Hohlkörper aus einem duktilen Werkstoff schneidenden Vertiefung zur Aufnahme eines funktionsgebenden Gegenstücks durch wenigstens teilweise Druckumformung.
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Das Einbringen von kerbähnlichen Vertiefungen in Hohlkörper durch Druckumformung ist bekannt. Derartige Hohlkörper sind insbesondere Rohre, in die eine Reihe von Vertiefungen eingebracht sind. In diese können funktionsgebende Gegenstücke wie beispielsweise Verriegelungen lösbar eingreifen. Derartige Einrichtungen sind vorteilhafterweise bei Höhenverstellungen verwendbar, wie das zum Beispiel Kopfstützen in Verbindung mit Rückenlehnen in Fahrzeugen sind.
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Ein Verfahren zum Einbringen einer Kerbe oder einer kerbähnlichen Vertiefung in ein Werkstück aus Metall ist durch die Druckschrift
DE 10 2007 007 383 A1 offengelegt. Dazu wird in den Hohlraum des Werkstücks eine unter Druck stehende Flüssigkeit zum Bereistellen eines einem Eindrückwerkzeug beim Einbringen der Kerbe entgegenwirkenden Widerlagers eingebracht und für die Dauer des Umformvorganges aufrechterhalten. Das Werkzeug stellt dabei einen Schieber dar, der radial auf das Werkstück einwirkt. Durch das sich verdünnende Material kann dieses bei rechtwinklig einzubringenden Flanken einreißen.
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Durch die Druckschrift
DE 10 2007 005 262 A1 ist ein Verfahren zum Einbringen einer Kerbe oder einer kerbähnlichen Vertiefung in ein Werkstück aus Metall bekannt. Zum Ausbilden der Kerbe wird dabei ein Hochdruckumformprozess zweistufig durchgeführt. In einem ersten Schritt wird in einem Hochdruckumformschritt Material in demjenigen Bereich des Werkstückes, in dem die Kerbe oder die kerbähnliche Vertiefung eingebracht werden soll, von der Innenseite hochdruckbeaufschlagt nach außen hin umgeformt. In einem zweiten Schritt wird das nach außen gedrückte Material nach innen in den Hohlraum oder die Kammer des Werkstücks hinein umgeformt. Der erste Schritt führt dazu zu einer Blase mit einer Dehnung des Materials, wobei sich die Wandstärke verdünnt. Diese verdünnte Wandstärke wird im zweiten Schritt umgestülpt. Zum Einbringen der Vertiefung sind somit zwei Verfahrensschritte notwendig.
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Der in den Patentansprüchen 1, 5 und 10 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingeschnittene und ausgeformte Vertiefung einfach in einen Hohlkörper einzubringen.
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Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1, 5 und 10 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die Verfahren, die Werkzeuge und die Vorrichtungen zum Einbringen einer einen Hohlkörper aus einem duktilen Werkstoff schneidenden Vertiefung zur Aufnahme eines funktionsgebenden Gegenstücks durch wenigstens teilweise Druckumformung zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass eine eingeschnittene und ausgeformte Vertiefung einfach in den Hohlkörper einzubringen ist.
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Dazu wird durch eine zueinander gerichtete Bewegung des Hohlkörpers und/oder eines nadelförmigen Umformwerkzeugs mit sich in Abschnitten vergrößernden Querschnitten und einem den Querschnitt der einzubringenden Vertiefung aufweisenden Auslauf ein Wandbereich des Hohlkörpers eingeschnitten, umgeformt und ausgeformt.
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Das Werkzeug als Umformwerkzeug ist dazu eine Nadel oder eine Nadel auf einem Träger. Die Nadel greift tangential an den Hohlkörper an und bildet während der Umformung und Ausformung eine Sekante. Die Nadel weist einen ersten in Längsrichtung der Nadel keilförmig ausgebildeten Abschnitt zum Einschneiden und Vorformen der Vertiefung, wenigstens einen zweiten sich in seinem Querschnitt bis zum Querschnitt der einzubringenden Vertiefung vergrößernden Abschnitt zum Umformen der Vertiefung und einen dritten Abschnitt im wesentlichen mit dem Querschnitt der einzubringenden Vertiefung zum Ausformen der Vertiefung auf. Das Werkzeug als Nadel oder als Träger mit der Nadel und/oder der Hohlkörper ist oder sind bei der Vorrichtung an wenigstens einen oder jeweils einen translatorischen Antrieb so gekoppelt, dass durch eine zueinander gerichtete Bewegung des Werkzeugs als Umformwerkzeug und/oder des Hohlkörpers der Hohlkörper eingeschnitten, umgeformt und ausgeformt wird. Dabei wird die Nadel tangential bewegt und stellt beim Eingriff in Bezug zum Hohlkörper eine Sekante dar. Die Nadel besitzt vorteilhafterweise mehrere Abschnitte, so dass der Hohlkörper beim Eingriff eingeschnitten und damit vorgeformt, entsprechend der gewünschten Form der einzubringenden Vertiefung umgeformt und danach ausgeformt wird. Beim Vorformen wird dabei ein Einschnitt mit dem Querschnitt eines Bogens, eines Kreisabschnitts oder eines Vierecks eingeschnitten. Das Umformen erfolgt mit wenigstens einem Abschnitt dessen Querschnitt dem gewünschten auszuformenden Querschnitt des Einschnitts kontinuierlich angepasst ist. Die Nadel kann dazu einen linearen Schneidkeil, wenigstens einen Abschnitt zum Verschieben einem eine Flanke darstellenden Wandabschnitt und einen Auslauf aufweisen. Die Umformung des vorgeformten Einschnitts führt vorteilhafterweise dazu, dass auch Einschnitte als Vertiefungen mit wenigstens einem Wandabschnitt, der senkrecht oder mit einem Winkel kleiner der Lotrechten des Einschnitts und damit schräg angeordnet ist, einbringbar sind. Damit sind auch Einschnitte in einer U-Form, in Form eines Schwalbenschwanzes oder in Form eines rechtwinkligen Dreiecks realisierbar. Der Wandabschnitt stellt damit eine Flanke dar.
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Ein Hohlkörper ist insbesondere ein Rohr, dessen Innenraum beim Einschneiden mit einen Gegendruck erzeugenden Stoff befüllbar oder befüllt ist. Das kann dabei so ausgeführt werden, dass der Innendruck durch den die Umformung bewirkenden Einschnitt erhöht wird und/oder der Stoff im Hohlkörper mit einem Druck beaufschlagt wird.
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Die Nadel und/oder das Rohr als Hohlkörper kann oder können weiterhin so geführt bewegt werden, dass ein senkrecht oder schräg gegenüber der Symmetrieachse des Rohres verlaufender Einschnitt einbringbar ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4, 6 bis 9 und 11 angegeben.
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Das nadelförmige Umformwerkzeug greift nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 in den drucklosen Hohlkörper während der Bewegung ein. Der Innenraum des Hohlkörper wird weiterhin während der Bewegung durch Zufuhr von Partikeln, einer Flüssigkeit, einem Gas und/oder einerm Innendorn mit einem Druck beaufschlagt. Während des vorformenden Einschneiden besitzt der Innenraum des Hohlkörpers keinen Überduck gegenüber dem auf den Hohlkörper wirkenden Normaldruck. Während des Einschneidens wird dem ein entgegenwirkender Gegendruck im Innenraum des Hohlkörpers erzeugt. Durch die Ausformung des Einschnitts wird gleichzeitig der Gegendruck durch das sich verkleinernde Volumen des Hohlkörpers erhöht.
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Der Hohlkörper und/oder das Umformwerkzeug wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 während der Formgebung erwärmt. Die Verformbarkeit des Hohlkörpers wird verbessert. Darüber hinaus kann der Hohlkörper während der Formgebung eine Wärmebehandlung erfahren. Dadurch kann der Hohlkörper durch eine kalte Nadel oder einen kalten Träger mit der Nadel abgeschreckt werden.
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Der Hohlkörper und/oder das Umformwerkzeug wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 während der Bewegung weiterhin hin- und herbewegt und/oder mit Ultraschall beaufschlagt und/oder mit Pulsen beaufschlagt. Bei letzterem wird dabei der Bewegungsablauf kurzzeitig beschleunigt. Die Verformbarkeit des Hohlkörpers während des Einschneidens verbessert sich.
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Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 ist in Richtung des Einbringens der Vertiefung
- – ein erster Abschnitt der Nadel in deren Längsrichtung ein Keil mit einem Bogen- oder mehreckförmigen Querschnitt ist,
- – wenigstens ein zweiter Abschnitt der Nadel zur Verschiebung oder Ausbildung eines ersten Wandabschnitts des Hohlkörpers in Längsrichtung der Nadel schräg verläuft und
- – ein dritter Abschnitt der Nadel zur Ausformung eines zweiten Wandabschnitts quer zur Nadel keilförmig ausgebildet.
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Damit wird eine Vertiefung mit dem Querschnitt eines rechtwinkligen Dreiecks in den Hohlkörper eingebracht, wobei eine Wand der Vertiefung im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Hohlkörpers angeordnet ist. Diese Flanke kann in Verbindung mit weiteren eine derartige Flanke aufweisenden Einschnitten als Rastelement oder Zahnstange eingesetzt werden. Rastelemente können beispielsweise mit einer Kopfstütze verbunden sein, so dass diese in ihrer Höhe gegenüber einem Sitz einstellbar ist.
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Die Nadel oder die Nadel auf dem Träger weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 einen vierten Abschnitt auf, wobei der vierte Abschnitt ein eine Schräge oder eine Fase erzeugende vierter Abschnitt ist. Dazu besitzt der vierte Abschnitt einen sich vergrößernden Querschnitt auf.
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Mehrere Nadeln sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 in einer Ebene beabstandet zueinander angeordnet, so dass mehrere Vertiefungen in den Hohlkörper beabstandet zueinander einbringbar sind. Ein derartiger Hohlkörper kann ein Bestandteil einer Längenveränderung oder Höhenverstellung eines Gegenstandes sein.
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Auf dem Träger befinden sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 zwei sich beabstandet gegenüber stehende Nadeln, wobei die Spitzen der ersten in Längsrichtung der Nadel keilförmig ausgebildeten Abschnitte zum Einschneiden und Vorformen der Vertiefung zueinander weisen. Das Werkzeug kann dazu vorteilhafterweise ein Zylinder mit einem in Längsrichtung verlaufenden Ausschnitt mit einem ebenen Boden sein, wobei auf dem Boden die Nadeln angeordnet sind. Das Werkzeug ist damit ökonomisch günstig herstellbar. Die Nadeln können mit bekannten Abtragtechniken aus dem Zylinder ausgeformt und damit realisiert werden. Die den Ausschnitt begrenzenden Zylinderabschnitte sind vorteilhafterweise Führungselemente dieses Werkzeugs. Die Vertiefung kann durch eine hin- und hergehende Bewegung des Werkzeugs eingebracht werden, wobei abwechselnd eine Nadel in den Hohlkörper als Werkzeug einschneidet. Damit ist eine konturschafe Vertiefung einbringbar.
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Zwischen Antrieb und Werkzeug und/oder Hohlkörper befindet sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 eine ultraschallerzeugende Einrichtung. Die Nadel schwingt in Bewegungsrichtung, wobei die Schwingung eine überlagerte Bewegung der Nadel ist. Das Einbringen des Einschnitts verbessert sich.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 ein Werkzeug zum Einbringen einer einen Hohlkörper aus einem duktilen Werkstoff schneidenden Vertiefung zur Aufnahme eines funktionsgebenden Gegenstücks durch wenigstens teilweise Druckumformung,
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2 eine Nadel auf einem Träger mit einem Rohr als ein Hohlkörper,
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3 eine Endkontur einer Vertiefung in einem Rohr,
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4 ein Teil einer Vorrichtung mit geführt bewegbaren Nadeln zum Einschneiden mehrerer Vertiefungen und
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5 ein Werkzeug mit zwei Nadeln auf einem Träger in einer Seiten- und einer Draufsicht.
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In dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden ein Verfahren, ein Werkzeug und eine Vorrichtung zum Einbringen einer einen Hohlkörper aus einem duktilen Werkstoff schneidenden Vertiefung 6 zur Aufnahme eines funktionsgebenden Gegenstücks durch wenigstens teilweise Druckumformung zusammen näher erläutert.
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Die 1 zeigt ein Werkzeug zum Einbringen einer einen Hohlkörper aus einem duktilen Werkstoff schneidenden Vertiefung 6 zur Aufnahme eines funktionsgebenden Gegenstücks durch wenigstens teilweise Druckumformung in einer prinzipiellen Darstellung. Der duktile Werkstoff kann insbesondere ein Metall sein.
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Das Werkzeug als nadelförmiges Umformwerkzeug ist eine Nadel 1 auf einem Träger 2. Die Nadel 1 weist
- – einen ersten in Längsrichtung der Nadel 1 keilförmig ausgebildeten Abschnitt 3 zum Einschneiden und Vorformen der Vertiefung 6,
- – zweite sich in ihren Querschnitt bis zum Querschnitt der einzubringenden Vertiefung vergrößernde Abschnitte 4 als Teilabschnitte 4a, 4b zum Umformen der Vertiefung 6 und
- – einen dritten Abschnitt 5 im wesentlichen mit dem Querschnitt der einzubringenden Vertiefung zum Ausformen der Vertiefung 6
auf.
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Das Werkzeug wird rechtwinklig zum Hohlkörper als Rohr 7 bewegt. Die Rohrwand wird mittels des ersten Abschnitts 3 eingeschnitten, wobei eine Vertiefung mit dem Querschnitt eines Rechtecks entsteht. Der erste Teilabschnitt 4a des zweiten Abschnitts 4 führt zu einer Verschiebung einer der Flanken als Wandabschnitt der Vertiefung. Der Mittelteil und die zweite Flanke werden dabei verbogen, so dass eine im Wesentlichen ebene Fläche entsteht. Diese wird durch den zweiten Teilabschnitt 4b des zweiten Abschnitts 4 der Nadel 1 weiter verformt und mittels des dritten Abschnitts 5 ausgeformt.
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Die 2 zeigt eine Nadel 1 auf einem Träger 2 mit einem Rohr 7 als ein Hohlkörper in einer prinzipiellen Darstellung.
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Zum Einbringen der Vertiefung 6 wird die auf dem Träger 2 angeordnete Nadel 1 tangential zum Rohr 7 bewegt.
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Die 3 zeigt eine Endkontur einer Vertiefung 6 in einem Rohr 7 in einer prinzipiellen Darstellung.
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Damit ist eine Vertiefung 6 mit einem Querschnitt eines im Wesentlichen rechtwinkligen Dreiecks eingebracht. Die Flanke der Nadel 1 und die Oberfläche des Rohres 7 sind rechtwinklig zueinander angeordnet.
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Die 4 zeigt einen Teil einer Vorrichtung mit geführt bewegbaren Nadeln 1 zum Einschneiden mehrerer Vertiefungen 6 in einer prinzipiellen Darstellung.
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Zum Einbringen mehrerer beabstandet zueinander angeordneter Vertiefungen 6 sind bei einer Vorrichtung zum Einbringen von Vertiefungen 6 in einem Rohr 7 mehrere auf Trägern 2 angeordnete Nadeln 1 in einer Ebene angeordnet. Die Träger 2 mit den Nadeln 1 sind an wenigstens einen linear wirkenden Antrieb oder jeweils an einen derartigen Antrieb gekoppelt. Ein derartiger Antrieb oder derartige Antriebe sind bekannt. Das Rohr 7 als Hohlkörper und damit als Werkstück ist fest in einer Aufnahme 8 einer Einrichtung 9 zum Führen der Träger 2 mit den Nadeln 1 fixiert. Dazu ist die Einrichtung 9 und das Rohr 7 über eine Spannvorrichtung miteinander lösbar verbunden. Mit dem Antrieb oder den Antrieben werden die Träger 2 mit den Nadeln 1 rechtwinklig zum Rohr 7 verfahren. Natürlich können das auch andere Winkel sein, so dass schräg verlaufende Vertiefungen einbringbar sind. Weiterhin besitzt die Vorrichtung einen Einrichtung zum Befüllen des Innenraums des Rohres 7 mit einem Stoff. Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Komprimieren des Stoffes im Innenraum des Rohres 7 auf. Im einfachsten Fall ist dass eine Druckpumpe für einen flüssigen oder gasförmigen Stoff oder ein Druckkolben für diese Stoffe oder einen festen Stoff aus Partikeln. Damit ist im Rohr 7 ein dem Einschnitt entgegen wirkender Druck vorhanden. Das Rohr 7 ist während der Bearbeitung fixiert.
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Die 5 zeigt ein Werkzeug mit zwei Nadeln 1 auf einem Träger 2 jeweils prinzipiell in einer Seiten- und einer Draufsicht.
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Das Werkzeug besteht in einer Ausführungsform im Wesentlichen aus einem Zylinder 10. Dieser besitzt in Längsrichtung einen Ausschnitt mit zwei sich beabstandet gegenüber stehenden Nadeln 1, wobei die Spitzen der ersten in Längsrichtung der Nadeln keilförmig ausgebildeten Abschnitte 3 zum Einschneiden und Vorformen der Vertiefung 6 zueinander weisen. Der Ausschnitt ist gleichzeitig der Träger 2 der Nadeln 1. Der Ausschnitt und die Nadeln 1 können mit bekannten Abtragtechniken aus dem Zylinder 10 ausgeformt und damit realisiert werden. Der Ausschnitt befindet sich zwischen zwei Zylinderabschnitten, die vorteilhafterweise die Führungselemente dieses Werkzeugs sind. Das Werkzeug kann in Bohrungen einer Vorrichtung geführt werden, wobei sich das Rohr 7 zwischen diesen befindet. Die Vertiefung 6 wird durch eine hin- und hergehende Bewegung des Werkzeugs eingebracht, wobei abwechselnd eine Nadel 1 in das Rohr 7 einschneidet. Damit ist eine durchgängig konturscharfe Vertiefung 6 einbringbar. Zwischen den Nadeln 1 kann sich eine Auflage 11 für das Rohr 7 befinden, so dass ein sicherer Eingriff des Werkzeugs gewährleistet ist. Die Auflage 11 kann auch als Prägestempel verwendet werden, wobei durch das Andrücken des Rohres 7 dieses vorgeprägt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007007383 A1 [0003]
- DE 102007005262 A1 [0004]
