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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Randaufdickung eines Werkstückes mit einem rohrförmigen Endbereich an zumindest einem seiner sich axial gegenüberliegenden Enden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Randaufdickung eines Werkstückes mit einem rohrförmigen Endbereich an zumindest einem seiner sich axial gegenüberliegenden Enden.
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Ein Werkstück der vorgenannten Art kann z.B. ein Rohr sein, welches somit an beiden sich axial gegenüberliegenden Enden rohrförmig ausgebildet ist.
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Ein Werkstück mit einem rohrförmigen Ende an nur einem seiner beiden axialen Enden kann an dem anderen Ende grundsätzlich beliebig ausgebildet sein. Z.B. kann dieses andere Ende geschlossen sein, beispielsweise durch einen Boden, dessen Ebene senkrecht zur axialen Erstreckung orientiert ist. Ein solches Werkstück kann somit als topfförmig oder auch napfförmig bezeichnet werden. So kann ein Werkstück im Sinne der Erfindung z.B. jegliches Blechbauteil sein, dass zumindest einen endseitigen rohrförmigen abschnitt aufweist.
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Insbesondere ist es bei allen Ausführungen vorgesehen eine Randaufdickung an einem rohrförmigen Endbereich des Werkstückes vorzunehmen. Bevorzugt ist ein umzuformendes Werkstück rotationssymmetrisch um dessen Längserstreckungsrichtung.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, aus Werkstücken, z.B. solchen der vorgenannten Art Formelemente herzustellen, mit denen Drehmomente übertragen oder andere Elemente positioniert werden können. Hierfür müssen die Formelemente im kraftübertragenden Bereich genügend stabil ausgeführt sein, was bei Werkstücken mit rohrförmigen Endbereichen vor einer Bearbeitung ggfs. nicht gegeben ist, z.B. aufgrund zu geringer Wandstärken. Auch sind sehr dünnwandige Elemente häufig nicht oder nur schwer schweißbar.
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Zur Erhöhung der Stabilität und/oder Erzielung einer besseren Schweißbarkeit ist es weiterhin bekannt, eine gezielte Verdickung der Wandstärke eines Werkstückes, z.B. Blechwerkstückes, insbesondere an dessen rohrförmigen Ende vorzunehmen und den verdickten Rand spanend zu bearbeiten für die Erzielung einer gewünschten Geometrie, z.B. einer Verzahnung.
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Durch diese Art der Bearbeitung wird aufgrund des Spanabfalls die Materialeffizienz verringert. Weiterhin wird im Zerspanungsbereich der Faserverlauf des Materials unterbrochen, was zu einer Verringerung der Stabilität bzw. der Lastabtragungsfähigkeit führen kann, insbesondere bei derart hergestellten Verzahnungen.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Randaufdickung bereitzustellen, mit dem mit einer erhöhten Materialeffizienz und bevorzugt unter Entfall späterer spanender Verarbeitungsschritte aus einem Werkstück ein Formelement hergestellt werden kann, insbesondere das nach der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens direkt seinem Einsatzzweck zugeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die einen um eine Drehachse drehbaren Werkstückhalter aufweist, insbesondere einen direkt selbst angetriebenen Werkstückhalter aufweist, an dem ein Werkstück befestigbar ist und mit dem zusammen das Werkstück um die Drehachse herum drehbar ist, und die ein inneres Kammerungswerkzeug aufweist, das radial innenliegend zu dem rohrförmigen Endbereich des Werkstückes angeordnet werden kann bzw. im Betrieb angeordnet ist, insbesondere mit dem ein Materialfluss nach radial innen begrenzbar ist, und die ein äußeres Kammerungswerkzeug aufweist, das radial außenliegend zu dem rohrförmigen Endbereich des Werkstückes angeordnet werden kann bzw. im Betrieb angeordnet ist, insbesondere mit dem ein Materialfluss nach radial außen begrenzbar ist, und die weiterhin wenigstens ein bewegbares, bevorzugt axial parallel zur Drehachse bewegbares Umformwerkzeug aufweist, das an die Stirnfläche des rohrförmigen Endbereiches des Werkstückes anstellbar, insbesondere in der axialen Richtung anstellbar ist und mit dem auf die Stirnfläche, insbesondere in der axialen Richtung, eine Umformkraft ausübbar ist, wobei zumindest eines der beiden Kammerungswerkzeuge einen vom Umformwerkzeug kontaktierten Bereich aufweist, mit dem der radiale Materialfluß des Werkstückes begrenzbar bzw. im Betrieb begrenzt ist und der durch das Umformwerkzeug in Richtung der Drehachse entgegen einer wirkenden Kraft verschieblich ist.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein Werkstück mit einem rohrförmigen Endbereich an einem Werkstückhalter befestigt wird, z.B. an zumindest einem seiner sich axial gegenüberliegenden Enden an einem Werkstückhalter befestigt und zusammen mit dem Werkstückhalter um eine Drehachse herum gedreht wird, wobei radial im Inneren des rohrförmigen Endbereiches ein inneres Kammerungswerkzeug angeordnet wird, mit dem ein Materialfluss nach radial innen begrenzt wird und radial außen um das Werkstück ein äußeres Kammerungswerkzeug angeordnet wird, mit dem ein Materialfluß nach radial außen begrenzt wird, wobei wenigstens eines der Kammerungswerkzeuge, zumindest vor dem Beginn einer Bearbeitung mit einem radialen Spalt zum Werkstück angeordnet ist, in den hinein bei der Bearbeitung ein radialer Materialfluß erzeugt wird, dadurch, dass ein Umformwerkzeug, insbesondere axial parallel zur Drehachse, an die Stirnfläche des rohrförmigen Endbereiches des Werkstückes angestellt und mit dem Umformwerkzeug auf die Stirnfläche, insbesondere in der axialen Richtung, eine Umformkraft ausgeübt wird, wobei der den radialen Materialfluß begrenzende Bereich von zumindest einem der beiden Kammerungswerkzeuge, welcher vom Umformwerkzeug kontaktiert wird, durch das Umformwerkzeug bei der Umformung des Werkstückes in Richtung der Drehachse entgegen einer wirkenden Kraft verschoben wird. Eine solche wirkende Kraft kann z.B. durch eine Federkraftbeaufschlagung erzeugt werden.
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Der wesentliche Erfindungsgedanke beruht darauf, dass zwischen der Außenwandfläche des Werkstückes und der Innenwandfläche des äußeren Kammerungswerkzeuges und/oder zwischen der Innenwandfläche des Werkstückes und der Außenwandfläche des inneren Kammerungswerkzeuges in radialer Richtung, also senkrecht zur Drehachse zumindest anfänglich vor Beginn der verformenden Bearbeitung ein Spaltbereich existiert in den hinein durch die vom Umformwerkzeug aufgebrachte Kraft Material des Werkstückes verdrängt werden kann, wodurch die Wandstärke des Werkstückes aufgedickt wird. Dabei kann je nach Lages des Spaltes das Material nach radial außen und/oder nach radial innen verdrängt werden. Innerhalb des radialen Spaltbereiches ist auch eine axiale Verlagerung von Material möglich.
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Die jeweilige radiale Verdrängung ist durch dadurch begrenzt, dass das Material in der radialen Richtung an die Wandfläche des Kammerungswerkzeuges kontaktierend zur Anlage kommt und hiernach in der radialen Richtung nicht weiter verdrängt werden kann.
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Es wird demnach das bearbeitete Werkstück eine Außenkontur annehmen, welche dem Negativ der Innenkontur des äußeren Kammerungswerkzeuges entspricht und/oder eine Innenkontur annehmen, die dem Negativ der Außenkontur des inneren Kammerungswerkzeuges entspricht.
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Der vorgenannte Spalt kann z.B. dadurch eingestellt werden, dass der Abstand zwischen den aufeinander zuweisenden Wandflächen von innerem und äußerem Kammerungswerkzeug größer ist als die Wanddicke des zu bearbeitenden Werkstückes. Je nachdem, ob der Spalt nur radial außen oder nur radial innen oder radial beidseitig zum Werkstück vorhanden ist erfolgt die Aufdickung nur in einer der beiden radialen Richtungen oder beidseits.
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Die Erfindung kann vorsehen ein Set von mehreren inneren und/oder äußeren Kammerungswerkzeugen zu umfassen, die wahlweise an der Vorrichtung betrieben werden können, um unterschiedliche Werkstückdurchmesser durch Aufdickung bearbeiten zu können oder auch um verschieden starke Aufdickungen oder auch verschiedene Arten der Konturierung zu realisieren.
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Bei der Randaufdickung auf nur einer Seite des Werkstückes kann es die Erfindung vorsehen, dass sich die einander radial gegenüberliegenden Flächen von Umformwerkzeug und demjenigen Kammerungswerkzeug, dass bereits anfänglich spaltlos das Werkstück kontaktiert, berühren. Das Umformwerkzeug kann sodann mit radialen Kontakt zum spaltlos angeordneten Kammerungswerkzeug in axialer Richtung an diesem entlang geführt werden, wobei das mit Spaltabstand zum Werkstück angeordneten Kammerungswerkzeug durch das Umformwerkzeug axial entgegen der genannten Kraft verschoben wird. Hierdurch bleibt das verschobene Kammerungswerkzeug in einem axialen Kontakt mit dem Umformwerkzeug und das unverschobene Kammerungswerkzeug in einem radialen Kontakt mit dem Umformwerkzeug.
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Sofern beide Kammerungswerkzeuge in axialer Richtung an der Vorrichtung verschiebbar angeordnet sind kann das Umformwerkzeug axiale Stirnflächen beider Kammerungswerkzeuge überdecken und berühren und dementsprechend beide Kammerungswerkzeuge gleichzeitig in axialer Richtung verschieben, wenn die umformende Kraft auf das Werkstück ausgeübt, Material radial verlagert wird und sich hierbei das Umformwerkzeug axial bewegt. So bleibt trotz einer Bewegung des Umformwerkzeuges das Werkstück beidseitig eingekammert und der radiale Materialfluß begrenzt.
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Das äußere Kammerungswerkzeug kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung z.B. als Ringelement ausgebildet sein, welches den Werkstückhalter umgibt und axial verschieblich an diesem gelagert, insbesondere befestigt ist. Das äußere Kammerungswerkzeug kann z.B. mehrteilig ausgebildet sein, z.B. in axialer Richtung. Derjenige Bereich des äußeren Kammerungswerkzeuges, welcher den radialen Materialfluß bei der Umformung begrenzt kann z.B. aus einem anderen Material hergestellt sein, als übrige Bereiche des Kammerungswerkzeuges. Z.B. kann dieser Bereich eine höhere Härte aufweisen oder eine geringere Neigung zur Materialanhaftung als die übrigen Bereiche.
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Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass das äußere Kammerungswerkzeug einen den Materialfluß begrenzenden Endbereich aufweist, der in axialer Richtung über einen Montagebereich, insbesondere eine Montagefläche, an dem das Werkstück befestigbar ist, übersteht. Der Überstand kann eine Höhe haben, die mindestens so groß ist wie die axiale Länge des auf dem Montagebereich zu befestigenden Werkstückes. So wird sichergestellt, dass das äußere Kammerungswerkzeug vom Umformwerkzeug in axialer Richtung entgegen der wirkenden Kraft zurückgedrückt werden kann, bis dass die axiale Stirnfläche des Kammerungswerkzeuges und des Werkstückes in einer Ebene liegen und die Umformung beginnt.
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Die Erfindung kann vorsehen, dass der den Materialfluß begrenzende Endbereich des äußeren Kammerungswerkzeuges eine radial innenliegende Verzahnung aufweist. Neben der reinen Materialflußbegrenzung bewirkt das Kammerungswerkzeug sodann auch, dass der aufgedickte Rand des Werkstückes das Negativ der Verzahnungsform annimmt. Es können so direkt Verzahnungseinprägungen simultan zur Aufdickung erstellt werden.
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Das innere Kammerungswerkzeug kann bevorzugt ein Befestigungsmittel bilden, mit dem das Werkstück am Werkzeughalter befestigbar ist. Eine solche Befestigung kann z.B. durch Formschluss und/oder Kraftschluss und/oder Reibschluss erfolgen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Boden eines napfförmigen Werkstückes zwischen einer senkrecht zur Drehachse angeordneten Montagefläche des Werkstückhalters und einer senkrecht zur Drehachse angeordneten Fläche des inneren Kammerungswerkzeuges in axialer Richtung einspannbar ist.
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Eine drehsichere Befestigung zwischen einem napfförmigen Werkstück und dem Werkstückhalter kann ergänzend z.B. dadurch erfolgen, dass zwischen dem Boden des Werkstückes und dem Werkstückhalter eine formschlüssige Verbindung entsteht, z.B. dadurch, dass der Boden eine n-eckige Ausnehmung aufweist, die auf einen n-eckigen Vorsprung am Werkstückhalter aufgesteckt ist. Das innere Kammerungswerkzeug kann vorgesehen sein, um die Formschlußverbindung zu sichern.
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Allgemein kann es vorgesehen sein, dass das innere Kammerungswerkzeug mit einer Befestigungskraft in axialer Richtung zum Werkstückhalter beaufschlagbar ist, z.B. durch Verschrauben mit diesem in axialer Richtung. Z.B. kann so auch die Sicherung der zuvor benannten Formschlußverbindung erfolgen.
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Ein inneres Kammerungswerkzeug kann im einfachsten Fall einem zylindrischen Körper entsprechen, der eine zentrische Bohrung für eine Schraube aufweist, wobei die äußere Zylindermantelfläche den Bereich bildet, der den radialen Materialfluß begrenzt.
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Die Erfindung kann ebenso vorsehen, dass der Werkstückhalter einen in radialer Richtung spreizbaren Ring aufweist, der die Drehachse umgibt und auf den außen ein rohrförmiger Bereich eines Werkstückes, insbesondere ein Rohr aufsteckbar ist. Es kann hier vorgesehen sein, dass der Ring in axialer Richtung durch das innere Kammerungswerkzeug mit einer Kraft beaufschlagbar ist, insbesondere um das Werkstück durch radiale Verspannung am Werkstückhalter zu befestigen.
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Das innere Kammerungswerkzeug kann zumindest an seinem den Materialfluß radial begrenzenden Endbereich eine außenliegende Verzahnung aufweisen, mit denselben Vorteilen und Wirkungen, wie sie zum äußeren Kammerungswerkzeug beschrieben wurden.
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Das innere Kammerungswerkzeug kann zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein, wobei ein in axialer Richtung zum Werkstückhalter entfernter Teil gegenüber einem zum Werkstückhalter nahen Teil entgegen einer Kraft axial verschieblich ist. Dafür kann z.B. der ferne Teil auf einem am nahen Teil befestigten Dorn gegen die Kraft einer um den Dorn angeordneten Feder verschieblich gelagert sein. Bevorzugt bildet nur der bewegliche zum Werkstückhalter ferne Teil des inneren Kammerungswerkzeuges einen den Materialfluss radial begrenzenden Bereich. Z.B. kann der nahe Teil ein Befestigungsmittel bilden, mit dem das Werkstück am Werkzeughalter befestigbar ist, insbesondere durch Formschluss und oder Kraftschluss und/oder Reibschluss.
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In allen möglichen Ausführungen kann es die Erfindung vorsehen, dass zumindest der den radialen Materialfluß begrenzende Bereich des inneren und/oder äußeren Kammerungswerkzeugs um die Drehachse herum rotationssymmetrisch ist oder n-zählig drehsymmetrisch ist, z.B. bei Verzahnungen, insbesondere wobei n der Zähneanzahl entsprechen kann.
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In einer weiterhin vorteilhaften Ausführung kann es vorgesehen sein, dass die senkrecht zur Drehachse angeordnete Montagefläche des Werkstückhalters, an der das Werkstück befestigbar ist, eine die Drehachse umgebende ringförmige Vertiefung aufweist, die zum äußeren Kammerungswerkzeug offen ist und in die ein Ring einlegbar ist, insbesondere wahlweise verschiedene Ringe einlegbar sind, wobei mit den Ringen wahlweise verschiedene axiale Materialflußbegrenzungen einstellbar sind.
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Ein jeweiliger Ring kann eine ringförmige, insbesondere radial außenliegende Vertiefung/Ausnehmung aufweisen, die radial in Richtung zum äußeren Kammerungswerkzeug offen ist. In eine solche Ausnehmung hinein kann Material des Werkstückes axial verdrängt werden. Es kann so eine axial wahlweise unterschiedliche Materialverdrängung vorgenommen werden bis in einen Bereich, der in axialer Richtung der umformenden Kraft hinter der Montagefläche liegt und in der axialen Weite durch die axiale Tiefe der Vertiefung bzw. des darin eingesetzten Ringes begrenzt ist.
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Auch ein solcher einsetzbarer Ring kann radial außen eine Verzahnung aufweisen, in die eine radial innenliegende Verzahnung des äußeren Kammerungselementes einliegt, insbesondere spaltlos bzw. spaltlos bis auf einen technisch nötigen Nullspalt. So wird sichergestellt, dass eine Verzahnung des äußeren Kammerungselementes in axialer Richtung durch die dazu nagative Verzahnung des eingelegten Ringes hindurchgeschoben werden kann ohne dass Material des Werkstückes in einen Spalt zwischen den Verzahnungen eindringen kann.
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Ein Umformwerkzeug kann z.B. eine Druckfläche aufweisen, die gegenüber dem sich drehenden Werkstück ortsfest ist. Eine solche Druckfläche kann durch die Reibung zwischen dieser Fläche und der bewegten axialen Stirnfläche des Werkstückes zu einer Erwärmung führen.
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Bevorzugt wird es vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Umformwerkzeug eine um eine Achse drehbare Druckrolle umfasst, deren Achse senkrecht zur Drehachse des Werkstückhalters orientiert ist. Hierdurch kann die äußere Mantelfläche der Druckrolle auf der axialen Stirnfläche des Werkstückes abrollen, wodurch Reibung reduziert wird. Insbesondere kann so eine Kaltverfestigung des Materials im aufgedickten Bereich erzeugt werden.
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Die Erfindung kann hier auch vorsehen, dass die Druckrolle des wenigstens einen Umformwerkzeugs aktiv angetrieben ist. So kann durch den Antrieb der Druckrolle das Werkstück im Werkstückhalter in Rotation versetzbar sein.
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Die Erfindung kann bevorzugt auch vorsehen, dass eine Druckrolle eines Umformwerkzeuges ohne eigenen Antrieb passiv drehbar ist, insbesondere in beiden möglichen Drehrichtungen freilaufend drehbar ist.
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Unabhängig von der konkreten Art der Ausbildung eines Umformwerkzeuges kann es die Erfindung vorsehen mehr als ein Umformformwerkzeug vorzusehen, bevorzugt wobei die sodann wenigstens zwei Umformwerkzeuge in einer gleichmäßigen Winkelteilung die axiale Stirnseite des Werkstückes kontaktieren. Hierdurch werden die wirkenden Umformkräfte ausbalanciert. Insbesondere kann so auch die Bearbeitungszeit verkürzt werden.
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Bevorzugt sieht die Erfindung vor, das Werkstück zu drehen durch einen Antrieb, der den Werkzeughalter direkt in Rotation setzt. Eine Druckrolle eines Umformwerkzeuges wird bei dieser Ausführung passiv auf der axialen Stirnfläche des Werkstückes abrollen.
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Figuren erläutert.
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Die 1 zeigen die äußere Randaufdickung an einem napfförmigen Werkstück mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren. Die nachfolgend beschriebenen Elemente der Erfindung sind in allen 1A bis 1E gleich, sofern nicht ausdrücklich auf Abweichungen hingewiesen wird. Die Elemente sind in den 1 lediglich in verschiedenen Ansichten und verschiedenen Verfahrensstadien gezeigt.
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Die 1A und 1B visualisieren in verschiedenen Ansichten zum Verfahrensbeginn die Vorrichtung mit einem Werkstückhalter 1, der mittels eines hier nicht gezeigten Antriebes um die Drehachse 2 gedreht werden kann. Dieser Werkstückhalter weist eine Montagefläche 1a auf, auf welcher ein zu bearbeitendes Werkstück 3 befestigt ist. Das Werkstück 3 ist hier napfförmig ausgebildet, d.h. es weist einen hier oberen rohrförmigen Bereich an einem Ende auf mit einer axialen Stirnfläche 3a und einen Boden 3b am unteren anderen Ende.
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Mittels eines inneren Kammerungswerkzeuges 4, auf welches in axialer Richtung eine Haltekraft F1 ausgeübt wird, ist das Werkstück 3 an seinem Boden zwischen dem inneren Kammerungswerkzeug 4 und der Montagefläche 1a klemmend befestigt. Die Klemmung kann rein durch Kraft- und/oder Reibschluß erfolgen. Wie in 1C gezeigt, kann auch eine Schraube 5 das innere Kammerungswerkzeug durchdringen und die genannte Kraft F1 aufbringen.
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Das innere Kammerungswerkzeug liegt an der Innenwandung des Werkstückes 4 spaltlos an, so dass eine Materialverdrängung in radialer Richtung nach innen nicht möglich ist. Das innere Kammerungswerkzeug kann in einfachster Ausgestaltung eine kreisförmige Scheibe sein.
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Um den Werkstückhalter herum ist ein äußeres Kammerungswerkzeug 6 angeordnet, z.B. das im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet sein kann. Das äußere Kammerungswerkzeug 6 ist in axialer Richtung der Drehachse 2 verschieblich am Werkstückhalter 1 angeordnet. Weiterhin ist das äußere Kammerungswerkzeug mit einer Kraft F2 in axialer Richtung nach oben beaufschlagt gegen die es nach unten bewegt werden kann.
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Ein hier oberer Bereich des äußeren Kammerungswerkzeuges 6 steht in axialer Richtung über die Montagefläche 1a nach oben hinaus und umgibt mit diesem Bereich das umzuformende Werkstück 4 unter Bildung eines radialen Spaltes 7. Dieser hinausstehende Bereich begrenzt in radialer Richtung die Möglichkeit Material des Werkstückes 4 zu verdrängen, d.h. in radialer Richtung kann durch eine Materialverdrängung nur der hier gezeigte Spalt gefüllt werden.
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Ein Umformwerkzeug ist hier als Druckrolle 8 ausgebildet, die um eine Welle 9, bzw. deren Drehachse drehbar ist. Die Druckrolle wird mit einer Umformungskraft F3 in axialer Richtung nach unten beaufschlagt und kommt zunächst mit dem äußeren Kammerungswerkzeug 6, bzw. mit dessen die radiale Materialverdrängung begrenzenden Bereich in Kontakt. Der Kontakt besteht zwischen den sich axial gegenüberliegenden Flächen von Druckrolle 8 und äußerem Kammerungswerkzeug 6. Des Weiteren berühren sich die sich radial gegenüberliegenden Flächen von Druckrolle 8 und innerem Kammerungswerkzeug 4.
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Durch die Beaufschlagung mit der Kraft F3 kommt die Druckrolle unter Verschiebung des äußeren Kammerungswerkzeuges 6 in Kontakt mit der axialen Stirnfläche 3a des Werkstückes 4, wodurch die Verformung beginnt und Material des Werkstückes am rohrförmigen oberen Ende in den radialen Spalt 7 verdrängt wird, wie es den 1C und 1D in verschiedenen Ansichten zu entnehmen ist.
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Durch die Abnahme der axialen Länge des Werkstückes 4 bewegt sich sowohl die Druckrolle 8 als auch das äußere Kammerungswerkzeug 6 in axialer Richtung nach unten, wobei die obere Stirnfläche des Kammerungswerkzeuges 6 mit der Druckrolle in Kontaktbleibt und in der Ebene der axialen Stirnfläche 3a des Werkstückes 3 liegt. Der Rohrwandungsbereich des Werkstückes 3 wird aufgedickt auf eine Dicke, die dem radialen Abstand zwischen den beiden Kammerungswerkzeugen 4 und 6 entspricht.
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Die 1 zeigen weiterhin, dass die Montagefläche 1a eine in Umfangsrichtung umlaufende Ausnehmung 10 aufweist, die radial in Richtung zum äußeren Kammerungswerkzeug 6 offen ist und in die hier ein Ring 11 eingelegt ist. Der hier in den 1A bis 1D gezeigte Ring 11 hat eine axiale Dicke, die der axialen Tiefe der Ausnehmung 10 entspricht und eine radiale Breite, die der radialen Breite der Ausnehmung 10 entspricht. Das bedeutet, dass der Ring 11 die Ausnehmung 10 vollständig auffüllt und eine in radialer Richtung bis zum äußeren Kammerungselement 6 durchgehende Montagefläche 1a gebildet wird.
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Demgegenüber zeigt die 1E eine abgewandelte Ausführung, in welcher der in die Ausnehmung 10 eingelegte Ring 11 selbst eine umlaufende zum äußeren Kammerungswerkzeug 6 radial offene Vertiefung 11a aufweist. Diese Vertiefung bewirkt, dass die Montagefläche 1a im radial außen liegenden Bereich nach unten vertieft ist und so ein Bereich gebildet wird, in den Material des Werkstückes 3 auch axial bis unter die Montageflächenebene 1a verdrängt werden kann. Hierdurch wird der in der 1E axial nach unten vorstehende Kragen am Werkstück 3 gebildet.
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Die 2 zeigen eine Abwandlung der Ausführung gemäß den 1, bei der zusätzlich zur radial äußeren Aufdickung eine Verzahnung in das Werkstück 3 bei der Materialverlagerung eingepresst wird. Die 2A und 2B zeigen einen Anfangszustand und die 2C und 2D den Endzustand des umgeformten Werkstückes 3.
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Hierfür ist es vorgesehen, dass diejenige innere Wandfläche des äußeren Kammerungswerkzeuges 6, welche den radialen Materialfluß begrenzt, somit also anfänglich mit Spalt 7 radial außen vom Werkstück 3 angeordnet ist, die Negativform 6a einer herzustellenden Verzahnung aufweist, in welches sodann bei der Materialverlagerung während der Umformung Material hineinverlagert wird, dass sodann in der Außenkontur die entsprechende Positiv-Form annimmt.
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Damit innerhalb des negativgeformten Verzahnungsbereiches 6a des äußeren Kammerungswerkstückes 6 kein ungewünschter Materialfluß in axialer Richtung nach unten in einen Bereich unterhalb der Montagefläche 1a stattfindet, sieht die Erfindung hier vor, dass der bereits zur 1 beschriebenen Ring 11 in der Montageflächenausnehmung 10, eine nach radial außen weisende Verzahnung 11a aufweist, die der Positivform der herzustellenden Verzahnung entspricht, somit also faktisch spaltlos (ggfs. bis auf einen technischen Nullspalt) in der Negativform des Verzahnungsbereiches 6a des äußeren Kammerungswerkzeuges 6 einliegt. Dadurch ist der Verzahnungsbereich 6a des Kammerungswerkzeuges 6 axial verschlossen und das verdrängte Material kann nicht unter die Montagefläche gelangen.
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Bis auf die Verzahnung im Kammerungswerkzeug 6 und im Ring 11 ist die Ausführung ansonsten identisch zu den 1, so dass die weiteren dortigen Beschreibungen bei den 2 ebenso zutreffen.
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Bei den 3 ist die Ausführung derart, dass ein ebenso napfförmiges Werkstück 3 mit einer Innenverzahnung bei der Durchführung der Randaufdickung versehen wird. Weiterhin sind hier statt einem Umformwerkzeug zwei Umformwerkzeuge vorgesehen mit je einer Druckrolle 8, die um eine Drehachse 9 rotiert. Die Umformwerkzeuge, bzw. deren Druckrollen 8 weisen einen Winkelabstand von 180 Grad auf.
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Das äußere Kammerungswerkzeug 6 liegt außen spaltlos am Werkstück 3 an. Das innere Kammerungswerkzeug ist mehrteilig aufgebaut und weist einen Zapfen 4a auf, der den Boden des Werkstückes 3 durchdringt und in der Montagefläche des Werkstückhalters 1 befestigt ist. Auf dem Zapfen 4a ist ein den radialen Materialfluß begrenzender Kammerungswerkzeugteil 4c axial verschieblich gelagert, hier konkret gegen die Kraft einer auf dem Zapfen 4a angeordneten Feder 4b gelagert.
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So wird anfänglich gemäß 3A das obere Kammerungswerkzeugteil 4c mit seiner axialen Stirnfläche gegen die Rollen 8 der Umformwerkzeuge gedrückt, ebenso wie dies bei dem kraftbelasteten äußeren Kammerungswerkzeug 6 der Fall ist. Die axiale Werkstückstirnfläche 3a ist somit mit den axial oberen Stirnflächen beider Kammerungswerkzeuge in derselben Ebene. Durch die Bewegung der Druckrollen 8 nach unten werden sodann beide Kammerungswerkzeuge entgegen der jeweiligen Kraft nach unten axial verschoben, wie es 3C zeigt.
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Die radial außen liegende Umfangsfläche des inneren Kammerungswerkzeugteiles 4c weist eine negative Form einer herzustellenden Verzahnung auf. Mit den Zahnspitzen liegt diese Umfangsfläche gemäß 3B hier spaltlos an der Werkstückinnenwandung an, es kann aber auch ein zusätzlicher Spalt vorgesehen sein. Durch die Umformung wird sodann zumindest insoweit eine Randverdickung am Werkstück erstellt, als dass Material radial in die Negativverzahnung verlagert wird. Bei einem vorliegenden Spalt erfolgt eine Aufdickung auch über die Spaltbreite hinweg.
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Die 3C und 3D zeigen die Vorrichtung mit dem umgeformten Werkstück 3.
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Die 4 beschreiben eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein Verfahren, bei denen statt eines napfförmigen Werkstückes ein insgesamt rohrförmiges Werkstück 3 an einem seiner rohrförmigen Enden, hier dem oberen Ende in der Wandstärke aufgedickt wird, während das Werkstück 3 mit dem anderen rohrförmigen Ende am Werkzeughalter 1 eingespannt ist und mit diesem rotiert wird. Die Aufdickung erfolgt hier radial außen.
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Der Werkstückhalter 1 weist hier eine Spreizanordnung auf, mittels der das untere rohrförmige Ende des Werkstückes 3 am Werkstückhalter festgespannt werden kann.
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Ein oberer Flächenbereich 1a des Werkzeughalters, der in den Ausführungen der 1 bis 3 als Montagefläche dient, weist eine die Drehachse 2 konzentrisch umgebende ringförmige Ausnehmung auf, in der ein Spreizring 1b einliegt. Dieser Spreizring wird durch die Bodenfläche der Ausnehmung gegen ein axiales Verschieben gesichert. Der Spreizring 1b weist eine obere Stirnfläche auf, die konisch ausgebildet ist, so dass eine Kraftausübung auf diese Stirnfläche zu einer vektoriellen Kraftaufspaltung führt mit einer Kraftkomponente, die nach radial außen weist und so zu einer Spreizung des Ringes, also einer Durchmesservergrößerung führen kann.
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Der Spreizring 1b liegt mit seiner radialen Außenseite an der Innenwandfläche eines einzuspannenden rohrförmigen Werkstückes 3 an. Auf der Werkstückaußenseite und gegenüberliegend zu diesem Spreizring 1b ist das Werkstück 3 an seiner Außenwandung durch einen ringförmigen axialen Vorsprung 1c abgestützt. Das Werkstück 3 wird somit zwischen dem Spreizring 1b und dem Vorsprung 1c eingeklemmt. Zur Verbesserung der Halterung des Werkstückes 3 kann der Werkzeughalter - wie hier dargestellt - eine ringförmige Vertiefung 1d aufweisen, in die das Werkstück 3 zusätzlich in axialer Richtung eingesteckt ist.
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In das obere Ende des Werkstückes 3 ist ein inneres Kammerungswerkzeug 4 eingesetzt, das hier spaltlos an der Wandinnenseite des Werkstückes 3 anliegt. Das innere Kammerungswerkzeug 4 weist eine axiale Länge auf, so dass es axial über die axiale ringförmige Stirnfläche 3a des Werkstückes 3 nach oben übersteht. Durch eine Kraftbeaufschlagung F1 in axialer Richtung nach unten drückt das innere Kammerungswerkzeug 3 in axialer Richtung auf den Spreizring 1b und spreizt diesen hierdurch. Die den Spreizring 1b kontaktierende ringförmige Fläche des inneren Kammerungswerkzeuges 4 weist dabei dieselbe konische Ausbildung auf, wie die axiale Stirnfläche des Spreizringes 1b. Das innere Kammerungswerkzeug 3 wirkt somit auch als Befestigungselement für das Werkstück 3. Die genannte Spreizanordnung umfasst somit die ringförmigen Vertiefungen 1b, 1d, den Spreizring 1b und das innere Kammerungswerkzeug 4.
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Wie bei den vorher beschriebenen Ausführungen ist um den Werkstückhalter 1 ein äußeres Kammerungswerkzeug 6 angeordnet, das in axialer Richtung der Drehachse 2 entgegen einer axialen Kraft F2 beweglich ist. In der hier gezeigten Ausführung weist die Innenwandung des äußeren Kammerungswerkzeuges 6 einen Abstand in radialer Richtung zur Außenwandung des Werkstückes 3 auf. Durch die Ausübung einer Kraft F3 mittels der Druckrolle 8 wird somit Material des Werkstückes in diesen radialen Abstandsbereich verlagert und das Werkstück 3 bis zum Innendurchmesser des äußeren Kammerungswerkzeuges 6 aufgedickt. Das aufgedickte Werkstück 3 ist in den 3C und 3D erkennbar.
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Die 5 zeigen eine andere Ausführung, bei der ein insgesamt rohrförmiges Werkstück 3 bei der Aufdickung mit einer Innenverzahnung versehen. Sie wie bei den 3 werden hier zwei Umformwerkzeuge eingesetzt mit jeweiligen Druckrollen 8.
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Bei der hier gezeigten Ausführung liegt die Innenwandung des äußeren Kammerungswerkzeuges 6, das gegen die Kraft F3 axial verschieblich ist, spaltlos an der Außenwandung des Werkstückes an, so dass kein Material radial nach außen verlagert werden kann.
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Die Verspannung und somit Befestigung des Werkstückes am Werkstückhalter erfolgt wie bei den 4, allerdings ist hier das innere Kammerungswerkzeug 4 wiederum mehrteilig ausgebildet.
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Es weist wie bei den 3 einen Zapfen 4a auf, auf dem ein oberes Teil 4c des inneren Kammerungswerkzeuges gegen eine Kraft, hier erzeugt durch die Feder 4b, verschieblich ist. Dieses obere Teil 4c stellt den Teil dar, welcher die Materialverlagerung nach radial innen begrenzt. An der radialen Außenwand weist das obere Teil 4c eine Außenverzahnung als Negativform auf, so dass die entsprechende Positivform am randaufgedickten Werkzeug 3 erzeugt wird. Gemäß 5B liegen die Zahnspitzen spaltlos am Werkstück 3 an, es kann aber auch ein zusätzlicher Spalt zwischen den Zahnspitzen und dem Werkstück 3 vorhanden sein.
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Die auf den Zapfen 4a ausgeübte Kraft F1 wird über diesen in das Unterteil 4d eingeleitet und wirkt so direkt auf den Spreizring 1d, wie es zu den 4 beschrieben wurde. Das Werkstück 3 wird somit in beschriebener Weise verspannt.
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Durch die Druckrollen 8, welche die axialen Stirnflächen des oberen Teils 4c des inneren Kammerungswerkzeuges 4, des Werkstückes 3 und des äußeren Kammerungswerkzeuges 6 kontaktieren, wird bei der Kraftausübung Material des Werkstückes nach radial innen in die Verzahnung des Teils 4c verlagert, wodurch die axiale Höhe des Werkstückes abnimmt und das äußere Kammerungswerkzeug 6 sowie das innere Kammerungswerkzeug 4 mit seinem oberen Teil 4c axial nach unten verschoben werden gegen die jeweils auf sie wirkende rückstellende Kraft.
