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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Werkstücks entsprechend
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein zur Durchführung des
Verfahrens geeignetes Werkezug entsprechend dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 8.
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Ein
derartiges Verfahren ist z. B. aus der
JP 59019048 AA bekannt
und wird dazu verwendet, kaltumgeformte Werkstücke wie z. B. eine Stoßdämpfer-Kolbenstange
oder eine Tragachse herzustellen. Derartige Stoßdämpfer-Kolbenstangen werden
insbesondere bei bestimmten Vorderachs-Konstruktionen von Kraftfahrzeugen
eingesetzt, in denen der Stoßdämpfer auch
eine Radführungsaufgabe
zu verrichten hat. Aus diesem Grund muß hierbei die Stoßdämpfer-Kolbenstange einen
größeren Durchmesser aufweisen,
wobei dann aus Gründen
der Gewichtseinsparung die Kolbenstangen aus Rohr hergestellt und
derart hohl ausgebildet werden.
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Vom
oberen karosserieseitigen Ende der bekannten Stoßdämpfer-Kolbenstange beabstandet
ist konstruktionsmäßig eine
im wesentlichen rechtwinkelige Schulter vorgesehen, welche dazu
dient, den Stoßdämpfer des
Fahrzeugs zu befestigen. Sei den bekannten und mittels Rundkneten
kaltumgeformten Kolbenstangen wird die Schulter derart ausgebildet, daß zuerst
der karosserieseitige Teil des Ausgangsrohrs reduziert und der Übergang
auf den nicht-rundgekneteten Teil des Rohrs, welcher dann den Ausgangsdurchmesser
des Ausgangswerkstücks
aufweist, unter 45° ausgeführt wird.
Dies ist erforderlich, um die Wandstärke des Ausgangsrohrs der Stoßdämpfer-Kolbenstange
im wesentlichen konstant zu erhalten, und dadurch eine Schwächung der
Wand des Werkstücks
zu vermeiden. Da aber vorgabemäßig bei
der fertigen Stoßdämpfer-Kolbenstange
eine rechtwinkelige Schulter an dieser Stelle erforderlich ist,
ist bei der bekannten Kolbenstange vorgesehen, daß auf den
etwa 45° zur
Längsachse
der Kolbenstange geneigt verlaufenden Übergangsbereich eine Adapterhülse aufgepreßt wird,
die eine rechtwinkelig zur Längsachse
der Kolbenstange verlaufende Anschlagfläche aufweist.
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Eine
derartige Adapterhülse
stellt ein zusätzliches
Teil dar, dessen Herstellung sowie Montage erhöhte Kosten verursachen. Außerdem ist
es hierbei erforderlich, daß genaue
Passungen hergestellt werden müssen,
um eine exakte Lage der Adapterhülse auf
der Kolbenstange zu gewährleisten.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung eines Werkstücks
sowie ein zur Durchführung
des Verfahrens besonders geeignetes Werkzeug zu schaffen, um aus
einem Rohr in einer einfachen Art und Weise ein Werkstück mit einer
im wesentlichen rechtwinkligen Schulter ohne die Verwendung einer
Adapterhülse herzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 8 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
in vorteilhafter Art und Weise ein einfaches Ausbilden einer im
wesentlichen rechtwinkeligen Schulter in einem rohrförmigen Ausgangswerkstück. Die Verwendung
eines entsprechend in Umfangsrichtung segmentierten Werkzeugs und
die erfindungsgemäß vorgesehene
Relativbewegung zwischen Werkstück und
Werkzeug in Umfangsrichtung bewirkt in vorteilhafter Art und Weise,
daß mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
nun auch derartige Schultern "gepreßt" werden können. Dies
war mit einem normalen Axialpreß-Verfahren
aufgrund der hierfür
erforderlichen äußerst hohen
Kräfte
bis jetzt nicht möglich.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die das
Werkstück
beaufschlagende Axialkraft in ihrer Stärke variiert wird, und zwar
dergestalt, daß die
Axialkraft während
der im zweiten Teilschritt stattfindenden Relativdrehung zwischen Werkzeug
und Werkstück – vorzugsweise
auf einen minimalen Wert – reduziert
wird. Eine derartige Maßnahme
besitzt den Vorteil, daß hierdurch
die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück leichter durchführbar ist.
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Das
erfindungsgemäße Werkzeug
zeichnet sich dadurch aus, daß es
einen Werkzeugkörper
mit einer Durchtrittsöffnung,
durch die der reduzierte erste Teilbereich des zu bearbeitenden
Ausgangswerkstücks
durchtretbar ist, und eine Arbeitsfläche zur Beaufschlagung eines Übergangsbereichs
des zu bearbeitenden Werkstücks
aufweist, wobei die Arbeitsfläche
des Werkzeugs mindestens zwei in Umfangsrichtung verlaufende Arbeitssegmente
aufweist, die jeweils durch mindestens eine Vertiefung voneinander
getrennt sind.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
nun ein zur Durchführung
des vorstehend beschriebenen Verfahrens besonders geeignetes Werkzeug
geschaffen, welches sich dadurch auszeichnet, daß mittels des oben beschriebenen "modifizierten Axialpreß-Vorgangs" mit konventionellen Preßkräften eine
im wesentlichen rechtwinkelige Schulter an einem rohrförmigen Ausgangswerkstück herstellbar
ist.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehene
Segmentierung der Arbeitsfläche
des erfindungsgemäßen Werkzeugs
bewirkt in vorteilhafter Art und Weise, daß nun nicht mehr der Übergangsbereich
des zu bearbeitenden Werkstücks über seine
gesamte Umfangsfläche
gleichzeitig vom Werkzeug beaufschlagt wird, sondern daß jeweils
nur ein der Fläche
der Arbeitssegmente entsprechender Bereich des Übergangsbereichs axial kraftbeaufschlagt
wird. Dies hat einerseits zur Folge, daß hierdurch ein höherer Axialpreß-Druck
bei gleichbleibender Axialkraft aufgebaut werden kann, und daß andererseits
das im Bereich der zwei Arbeitssegmente trennende Vertiefungen liegende
Material des zu bearbeitenden Werkstücks in diese eintreten kann.
Die erfindungsgemäß vorgesehene
Drehung des Werkzeugs relativ zum Werkstück bewirkt in vorteilhafter
Art und Weise, daß dann diese
Bereiche bearbeitet werden, so daß durch eine Abfolge von jeweils
eine Drehung des Werkzeugs relativ zum Werkstück beinhaltenden Verfahrensschritten
eine gleichmäßige Bearbeitung
des gesamten Umfangsbereichs des Übergangsbereichs des zu bearbeitenden
Ausgangswerkstücks
erzielbar ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Arbeitssegmente
des erfindungsgemäßen Werkzeugs
rotationssymmetrisch zur Achse des Werkzeugs ausgebildet sind. Eine
derartige Maßnahme
besitzt den Vorteil einer besonders einfachen Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Werkzeugs.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen,
das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Werkzeugs zur Durchführung des
Verfahrens,
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2 eine
Ansicht des Werkzeugs aus der Richtung II der 1,
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3 eine
Seitenansicht des Werkzeugs, und
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4a und 4b eine
schematische Darstellung des Verfahrens.
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Bevor
nun das Verfahren zur Bearbeitung eines nachfolgend allgemein mit
1 bezeichneten Ausgangswerkstücks
zur Herstellung eines Werkstücks mit
einer im wesentlichen rechtwinkeligen Schulter 3 beschrieben
wird, soll diesen Ausführungen
eine kurze Erläuterung
eines zur Durchführung
des Verfahrens besonders geeigneten Werkzeug 10 vorangestellt
werden: Dieses Werkzeug 10 ist in den 1–3 dargestellt
und weist einen Werkzeugkörper 11 auf,
der eine Öffnung 12 besitzt,
in die ein mittels eines Radialumform-Vorgangs (siehe unten) reduzierter
Teilbereich 3a (siehe 4)
des Ausgangswerkstücks 1 einschiebbar
ist. An seiner Vorderseite 10' weist das Werkzeug 10 eine
Arbeitsfläche 13 auf,
die mindestens zwei – im
hier gezeigten Fall drei – Umformzonen
ausbildende Arbeitssegmente 13a-13c besitzt, wobei
benachbarte Arbeitssegmente 13a-13c durch jeweils
eine Vertiefung 14a-14c entsprechender Breite
und Tiefe voneinander getrennt sind.
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Der Übergang
zwischen den Arbeitssegmenten 13a–13c und den Vertiefungen 14a-14c erfolgt hierbei über Stufen 15a', 15a''–15c', 15c'',
deren Abschrägung
dem jeweiligen Einsatzzweck angepaßt ist.
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Das
Verfahren zur Herstellung des die im wesentlichen rechtwinkelige
Schulter 3 aufweisenden Werkstücks aus dem Ausgangswerkstück 1 wird
nun anhand der schematischen Darstellung der 4a und 4b beschrieben.
Die 4a zeigt das in einer an und für sich bekannten und daher
nicht mehr näher
beschriebenen Spannvorrichtung 7 gehaltene Ausgangswerkstück 1 nach
einem an und für
sich bekannten und daher ebenfalls nicht mehr näher beschriebenen Radialumform-Vorgang,
bei dem ein erster Teilbereich 3a des Ausgangswerkstücks 1 zur Verkleinerung
dessen Außendurchmessers
reduziert und ein schräg
zur Längsachse
A des rohrförmigen Ausgangswerkstücks 1 verlaufender Übergangsbereich 3c ausgebildet
wurde, welche den in seinem Außendurchmesser
reduzierten ersten Teilbereich 3a des Ausgangswerkstücks 1 mit
einem an den Übergangsbereich 3c anschließenden,
nicht-reduzierten Teilbereich 3b des Ausgangswerkstücks 1 verbindet.
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Das
Werkzeug 10 wird nun auf den reduzierten ersten Teilbereich 3a des
in einer Spannvorrichtung 7 gehaltenen Ausgangswerkstücks 1 aufgeschoben
und mit einer in axialer Richtung wirkenden Axialkraft F beaufschlagt.
Insoweit entspricht das beschriebene Verfahren bis jetzt somit einem
bekannten Axialpreß-Vorgang,
aber mit der wesentlichen Maßgabe,
daß aufgrund
der vorstehend beschriebenen, segmentierten Ausbildung der Arbeitsfläche 13 des
Werkzeugs 10 nun nicht mehr der gesamte Umfangsbereich
des Übergangsbereichs 3c des
Ausgangswerkstücks 1 simultan
kraftbeaufschlagt wird, sondern daß infolge der gegenüber der
Gesamtfläche
des Umfangsbereichs verkleinerten Arbeitsfläche der Arbeitssegmente 13a–13c nurmehr
Teilbereiche des Umfangsbereichs 3c kraftbeaufschlagt werden.
Dies bewirkt einerseits, daß – bei gleichbleibender
Axialpreßkraft – der von
den Arbeitssegmenten 13a–13c auf den Umfangsbereich 3c des
Ausgangswerkstücks 1 ausgeübte Druck
erhöht
wird, und andererseits, daß im
Bereich der benachbarte Arbeitssegmente 13a–13c trennenden
Vertiefungen 14a–14c das
Material des Übergangsbereichs 3c in diese
zurückweichen
kann.
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Durch
die beschriebenen Maßnahmen
ist somit eine Art modifiziertes Axialpressen der rechtwinkeligen
Schulter 3 möglich,
welches mit konventionellen Axialpreß-Vorgängen nicht möglich ist,
da bei diesen die zur Umformung des Übergangsbereichs 3c erforderliche
Axialkraft unverhältnismäßig höher sein
würde,
was dann in nachteiliger Art und Weise zu einer Stauchung des gesamten
Bauteils führen würde.
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Nachdem
nun in diesem ersten Teilschritt des zweiten Verfahrensschritts
der Übergangsbereich 3c wie
vorstehend beschrieben bearbeitet wurde, wird dann in einem zweiten
Teilschritt des zweiten Verfahrensschritts eine Relativdrehung zwischen Ausgangswerkstück 1 und
Werkzeug 10 durchgeführt,
und zwar derart, daß die
Arbeitssegmente 13a–13c nun
insbesondere auf diejenigen Zonen des Übergangsbereichs 3c des
Ausgangswerkstücks 1 einwirken,
welche im vorangehenden Arbeitsschritt im Bereich der Vertiefungen 14a–14c gelegen
haben.
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Dann
wird das Werkzeug 10 nach der vorstehend beschriebenen
Drehung des Werkzeugs 10 und/oder des Ausgangswerkstücks 1 um
die Achse A wieder in axialer Richtung kraftbeaufschlagt und die Arbeitssegmente 13a–13c wirken
nun insbesondere auf diejenigen Materialbereiche des Übergangsbereichs 3c des
Ausgangswerkstücks 1 ein,
die vorher in die Vertiefungen 14a–14c zwischen den
Arbeitssegmenten 13a–13c eingetreten
sind, d. h. daß der
erste Teilschritt eines neuen zweiten Verfahrensschritts nun durchgeführt wird,
und in diesem die Materialbereiche, die im vorangehenden zweiten
Verfahrensschritt im Bereich der Vertiefungen 14a–14c des Werkzeugs 10 waren,
nunmehr von diesem beaufschlagt werden.
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Um
nun die Relativbewegung zwischen Ausgangswerkstück 1 und Werkzeug 10 leichter
durchführen
zu können,
ist vorzugsweise vorgesehen, daß die
das Werkzeug 10 und/oder das Ausgangswerkstück 1 beaufschlagende
Axialkraft F während
des zweiten Teilschritts des zweiten Verfahrensschritts reduziert
und vorzugsweise auf einen minimalen Wert abgesenkt wird, so daß nun das
Werkzeug 10 und/oder das Ausgangswerkstück 1 leicht um die Längsachse
A drehbar ist. Vorzugsweise wird aber die das Werkzeug 10 und/oder
das Ausgangswerkstück 1 beaufschlagende
Axialkraft F auf einen negativen Wert abgesenkt, so daß das Werkzeug 10 und das
Ausgangswerkstück 1 voneinander
wegbewegt werden, mit der Folge, daß der Wirkkontakt zwischen dem
Werkzeug 10 und dem Ausgangswerkstück 1 aufgehoben wird,
so daß dann
das Werkzeug 10 und/oder das Ausgangswerkstück 1 (fast)
berührungslos
gedreht werden können.
Es ist natürlich auch
möglich,
anstelle der Rotationsbewegung des Werkzeugs 10 oder ergänzend hierzu
eine Drehung des Ausgangswerkstücks 1 durchzuführen.
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Ebenfalls
kann optional vorgesehen sein, daß im ersten Teilschritt des
zweiten Verfahrensschritts eine in axialer Richtung verlaufende
Relativbewegung zwischen Werkzeug
10 und Ausgangswerkstück
1 vorgesehen
wird, um einerseits die während
des zweiten Teilschritts stattfindende, um die Längsachse A verlaufende Relativbewegung
zwischen Ausgangswerkstück
1 und
Werkzeug
10 zu erleichtern, und andererseits im ersten
Teilschritt eine hammerartige Beaufschlagung des Ausgangswerkstücks
1 durch
das Werkzeug
10 zu erreichen. Hierzu kann vorzugsweise
eine in den Figuren nicht gezeigte Vorschubeinrichtung für das Werkzeug
10 und/oder
das Ausgangswerkstück
1 vorgesehen sein,
wie es z. B. in dem älteren
Patent
DE 197 35 486
C2 der Anmelderin, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen
bezug genommen wird und dessen Inhalt explizit in der Offenbarung
dieser Anmeldung miteinbezogen werden soll, beschrieben ist.
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Die
in diesem vorgenannten Patent beschriebene Vorschubeinrichtung ermöglicht es
durch eine mit der Vorschubeinrichtung zusammenwirkende Frequenzerzeugungseinrichtung,
die axiale Relativbewegung zwischen Werkzeug 10 und Ausgangswerkstück 1 derart
zu modulieren, daß nach
einem Vorwärtshub,
bei dem das Werkzeug 10 und/oder das Ausgangswerkstück 1 in
Vorschubrichtung, in einem darauffolgenden Rückwärtshub eine Bewegung des Werkzeugs 10 und/oder
des Ausgangswerkstücks 1 in
einer der Vorschubrichtung entgegengesetzten Richtung um einen zweiten
Hubweg durchzuführen,
wobei bevorzugt wird, daß der
bei dem Vorwärtshub
in Vorschubrichtung zurückgelegte
erste Hubweg größer als
der bei einem darauffolgenden Rückwärtshub zurückgelegte
zweite Hubweg. Durch diese hammerartige Kraftbeaufschlagung des
Werkzeugs 10 und/oder des Ausgangswerkstücks 1 durch diese
intermittierende Vorschubbewegung wird in vorteilhafter Art und
Weise eine hochqualitative Kaltverformung mit minimalem Aufwand
und Werkzeugverschleiß erreicht.
Das Ausgangswerkstück 1 wird hierbei
nur geringen Axialkräften
unterworfen, so daß Auslenkungen
und Deformationen, auch in Form von Aufbauchungen, weitgehend verhindert
werden.