DE19703947C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Körpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Körpers mit einem im wesentlichen radial verlaufenden Boden und einem im wesentlichen axial verlaufenden, zylindrischen Umfangs­ bereich, der sich zu beiden Seiten des Bodens erstreckt. Derartige Körper finden vielfältige Verwendung, beispiels­ weise als Getriebeteile, Kupplungsgehäuse, Riemenscheiben etc.

Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des un­ abhängigen Vorrichtungsanspruchs ist der DE 42 36 636 C2 zu entnehmen, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Bremsbacke betrifft. Hierbei wird eine Blechronde zwischen zwei Werkzeughälften einer Drückwalzmaschine eingespannt. Bei rotierenden Werkzeughälften wird der äußere Rand der Blechronde mittels Drückrollen in eine Außenkontur der Werkzeughälften eingeformt. Ein derartiges Verfahren ist insbesondere bei der Großserienfertigung einfacher Teile zweckmäßig. Bei Produktänderungen ist in der Regel ein Aus­ tausch der beiden Werkzeughälften und der Drückrollen not­ wendig, was mit Umrüstzeiten und Umrüstkosten verbunden ist. Zudem ist das bekannte Verfahren im wesentlichen auf die Fertigung von Teilen mit symmetrisch ausgebildetem Um­ fangsbereich beschränkt.

In der DE 44 00 257 C1 ist ein Drückverfahren zum Herstel­ len einer Nabe offenbart. Eine Blechplatine wird von einem Werkzeugstift zentral durchdrungen, welche von einem an einer Hauptspindel angeordneten Werkzeug befestigt ist. Die Blechplatine ist somit drehbar getragen. Sie wird durch Drücken mittels der Drückrolle in ihrer Dicke verringert, wobei das durch die Drückrolle gedrückte Material in den Raum fließt, der um den Werkzeugstift vorhanden ist, d. h. in einen Bereich um die zentrale Öffnung der Blechplatine. Durch die Einwirkung eines zentral angeordneten Vorsetzers entsteht somit eine Nabe mit einem zentralen, zylindrischen Vorsprung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche bei der Fertigung rotationssymmetrischer Körper mit einem zy­ lindrischen Umfangsbereich, welcher sich zu beiden Seiten eines Bodens erstreckt, eine hohe Flexibilität bei Pro­ duktvarianten gewährleistet.

Der erste Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Körpers mit einem im wesentlich ra­ dial verlaufenden Boden und einem im wesentlichen axial verlaufenden, zylindrischen Umfangsbereich, der sich zu beiden Seiten des Bodens erstreckt, bei dem

• - ein rondenförmiges Blechteil als Ausgangswerkstück vorge­ sehen wird, welches zwischen einer ersten Werkzeughälfte und einer zweiten Werkzeughälfte eingespannt wird,
• - ein äußerer Rand des Blechteils zur einer Seite hin ge­ bogen und gegen einen auf der ersten Werkzeughälfte ver­ schiebbar gelagerten Stützring mit einer der Biegung ent­ sprechenden Stützfläche gedrückt wird,
• - der gebogene Rand von seinem freien Ende aus bei rotie­ rendem Blechteil von einer Abstreckrolle überstrichen und dabei abgestreckt wird,
• - ein beim Abstrecken angefallenes Materialvolumen zur ge­ genüberliegenden Seite des Bodens hin verdrängt und auf dieser Seite mit dem verdrängten Materialvolumen ein erster Abschnitt des zylindrischen Umfangsbereichs ge­ formt wird,
• - der Stützring in die vom Werkstück abgewandte Richtung auf der ersten Werkzeughälfte verschoben wird, und
• - anschließend der gebogene und abgestreckte Rand zu einem zweiten Abschnitt des zylindrischen Umfangsbereichs auf die erste Werkzeughälfte drückgewalzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine beliebige Materialverteilung zu beiden Seiten des Bodens durch ein­ faches Variieren der Zustellung der Abstreckrolle. Die Ab­ streckrolle sowie weitere Drückrollen können dabei für nahezu alle Teilevarianten eingesetzt werden, wodurch ein geringer Umrüstaufwand erreicht wird.

Eine Voraussetzung für die Durchführung der Materialver­ teilung mittels der Abstreckrolle ist das Biegen oder An­ winkeln des äußeren Randes des Blechteils. Diese Umformung des äußeren Randes kann beispielsweise in einem separaten Arbeitsschritt auf einer Presse erfolgen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Blechteil in seinem den Boden bildenden Mittenbereich mit einer Profilierung und/oder einem Loch­ bild versehen wird. Dieser Arbeitsschritt wird vor oder gleichzeitig mit dem Biegen des Randbereichs auf einer Presse mit einem geeigneten Werkzeug ausgeführt, so daß nach Abschluß des Drückvorgangs ein fertiges Teil vor­ liegt.

Für eine besonders kostengünstige Fertigung ist es erfin­ dungsgemäß vorgesehen, daß die Umformung des Blechteils in einer Einspannung zwischen zwei Werkzeughälften einer Drückwalzmaschine ausgeführt wird. Auf dieser Drückwalzma­ schine kann dann eine Komplettbearbeitung erfolgfen. Auch die Profilierung und das Lochbild im Mittenbereich des Blechteils können gleichzeitig mit der axialen Einspannbe­ wegung der Werkzeughälften auf der Drückwalzmaschine aus­ geführt werden.

In vorteilhafter Weise ist das Verfahren dadurch weiter­ gebildet, daß der äußere Rand mittels einer Drückrolle ge­ bogen wird, welche den äußeren Rand gegen einen Stützring mit einer der Biegung entsprechenden Stützfläche drückt. Dieser Umformvorgang kann ein Drück- oder Projiziervorgang sein. Die Stützfläche weist eine definierte, insbesondere kurvenförmige Kontur auf, die die Materialverdrängung beim Abstrecken erleichtert.

Eine in zeitlicher Hinsicht effiziente Fertigung wird weiter dadurch erreicht, daß das Abstrecken des gebogenen Randes und das Formen des ersten Abschnitts des zylindri­ schen Umfangsbereichs in einem Rollenüberlauf durchgeführt wird. Die hierzu verwendete Rolle ist insbesondere auf einem Schlitten gelagert, der radial und axial zur Rota­ tionsachse des Blechteils verfahrbar sowie in einem Win­ kel zu dieser Rotationsachse anstellbar ist.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der erste und der zweite Abschnitt des zylin­ drischen Umfangsbereich mit einem unterschiedlichen Mate­ rialvolumen ausgebildet werden. Der zweite Abschnitt des zylindrischen Umfangsbereichs, welcher auf der Seite liegt, zu der der Rand anfänglich gebogen wird, weist dabei in der Regel das größere Materialvolumen auf. Die beim Abstrecken notwendige Materialverschiebung wird so möglichst gering gehalten. Allerdings kann es zum Erreichen eines besonders hohen Kaltverfestigungsgrades wünschenswert sein, den gebo­ genen äußeren Rand um mehr als 50% seiner ursprünglichen Wanddicke abzustrecken.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist es zudem von Vor­ teil, daß an zumindest einem der Abschnitte eine Verzahnung ausgebildet wird. Eine Innenverzahnung wird dadurch er­ reicht, daß an der Außenkontur der Werkzeughälften ein ent­ sprechendes Profil vorgesehen ist. Die auszubildende Ver­ zahnung kann dabei eine einfache Verzahnung für Lamellen oder eine Evolventenverzahnung für Getriebeteile sein.

Ausgehend von einer gattungsgemäßen Drückwalzmaschine mit

• - zwei Werkzeughälften, welche zum Einspannen eines Blech­ teils aufeinander zu bewegbar sind, und deren Außenkon­ turen entsprechend einer gewünschten Innenkontur des ro­ tationssymmetrischen Körpers ausgebildet sind,
• - einem Rotationsantrieb zum rotierenden Antreiben der Werkzeughälften um eine Rotationsachse und
• - mindestens einer Drückrolle, welche radial und axial zur Rotationsachse an das Blechteil zustellbar ist,

wird der zweite Teil der Aufgabe durch die kennzeichenden Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst.

Demnach ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß auf minde­ stens einer der Werkzeughälften ein Stützring angeordnet ist, daß der Stützring eine definierte Stützfläche auf­ weist, gegen die das Blechteil mittels der Drückrolle zum Bilden einer Vorform drückbar ist, und daß der Stützring gegenüber der Werkzeughälfte axial verschiebbar gelagert ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Vor­ form mit dem gebogenen äußeren Rand als auch die Endform in einer Einspannung hergestellt werden. Der Stützring kann dabei für unterschiedlichste Produktvarianten eingesetzt werden.

Für einen effizienten Fertigungsablauf ist es erfindungs­ gemäß vorgesehen, daß eine Stelleinrichtung zum automati­ schen Verschieben und Positionieren des Stützrings ange­ ordnet ist. Die Stelleinrichtung mit einem Axialantrieb ist vorzugsweise mit der Antriebseinrichtung zum axialen Verschieben der Werkzeughälften gekoppelt.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung be­ steht darin, daß die Stelleinrichtung einen Hydraulik- oder Pneumatikzylinder aufweist. Mit einem derartigen Zylinder, der in oder hinter der Hauptspindel der Drückmaschine an­ geordnet ist, kann über geeignete Übertragungselemente der Stützring zwischen einer vorderen und einer hinteren Position bewegt werden.

Die Erfindung wird weiter anhand eines Ausführungsbei­ spiels erläutert, welches schematisch in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen rotationssymmetri­ schen Körper, der nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren gefertigt ist;

Fig. 2 einen Auschnitt eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem eingespann­ ten Blechteil unmittelbar vor dem Umbiegen des äußeren Randes;

Fig. 3 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die Vor­ richtung gemäß Fig. 2 beim Abstrecken des umgebo­ genen Randes und

Fig. 4 einen Ausschnitt eines Querschnitts durch die Vor­ richtung nach den Fig. 2 und 3 beim ab­ schließenden Formen des Umfangsbereichs.

In Fig. 1 ist ein rotationssymmetrischer Körper 10 ge­ zeigt, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist. An einen im wesentlichen radial zu einer Rotationsach­ se 21 verlaufenden Boden 11 schließt sich ein zylindrischer Umfangsbereich 12 an. Eine Profilierung 13 und ein Lochbild 14 sind im Mittenbereich des Bodens 11 zur Schaffung eines Nabenbereichs ausgebildet.

Der zylindrische Umfangsbereich 12 erstreckt sich zu beiden Seiten des Bodens 11 und ist asymmetrisch zu diesem. Zu der einen Seite des Bodens 11 erstreckt sich ein erster Abschnitt 15 des zylindrischen Umfangsbereichs 12. Der erste Abschnitt 15 ist als Ring 17 mit einer glatten Innen- und Außenkontur ausgeformt. Hingegen weist ein zweiter Ab­ schnitt 16 des zylindrischen Umfangsbereichs 12 an seiner Innenseite ein Profil auf. Dieses umfaßt im wesentlichen eine Innenverzahnung 18, welches zur freien Kante hin von einem Bereich 20 kleiner Wanddicke abgeschlossen wird. Wei­ ter ist zwischen der Innenverzahnung 18 und dem Boden 11 ein Bereich 19 großer Wanddicke ausgebildet. Dessen Wand­ dicke entspricht etwa der Materialstärke des Bodens 11 und ist größer als die Wanddicke des Rings 17.

Anhand der Fig. 2 bis 4 wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Ein rondenförmiges Blechteil 5 mit bereits eingeformter Profilierung und Lochbild wird zwischen zwei Werkzeughälften 31, 32 einer Drückmaschine 30 eingespannt. Ein Zentrierdorn 41 ist an einer Werkzeughälf­ te 31 angeordnet, um ein konzentrisches Ausrichten der bei­ den Werkzeughälften 31, 32 und des Blechteils 5 zur Rota­ tionsachse 21 zu ermöglichen.

An beiden Werkzeughälften 31, 32 sind jeweils Außenkon­ turen 33, 34 vorgesehen, die an die gewünschte Innenkontur des zu formenden rotationssymmetrischen Körpers angepaßt sind. Die erste Werkzeughälfte 31 weist als Außenkontur 33 eine Außenverzahnung 35 und einen ringförmigen, glatten Ab­ satz 36 auf.

In der in Fig. 2 dargestellten Betriebsstellung ist die Außenverzahnung 35 von einem Stützring 37 umgeben. Dieser ist auf der ersten Werkzeughälfte 31 axial verschiebbar ge­ lagert.

Zum Biegen oder Auslenken eines äußeren Randes 6 des Blech­ teils 5 wird eine Abstreckrolle 42 seitlich an das Blechteil 5 zugestellt. Die Abstreckrolle 42 mit einer zur Rota­ tionsachse 21 abgewinkelten Rollenachse 43 wird axial in Richtung auf den Stützring 37 zu bewegt. Hierbei wird der äußere Rand 6 ausgelenkt und gegen eine bogenförmig ausge­ bildete Stützfläche 38 des Stützrings 37 gedrückt. Der Stützring 37 wird durch die Andrückkraft um einen definier­ ten Betrag nach hinten geschoben, bis dessen vorderes, dem Werkstück zugewandtes Ende an der Auslauffase der Außen­ verzahnung 35 angrenzt.

Nachdem der äußere Rand 6 plastisch umgeformt ist und an der Stützfläche 38 des Stützrings anliegt, überstreicht die Abstreckrolle 42 den umgebogenen äußeren Rand 6 von seinem freien Ende 7 her in Richtung des Pfeiles P1. Die Abstreck­ rolle 42 ist dabei so an den gebogenen äußeren Rand 6 zuge­ stellt, daß eine Wanddickenreduktion stattfindet. Das dabei verdrängte Materialvolumen 44 wird zur gegenüberliegenden zweiten Werkzeughälfte 34 hin verdrängt, um den mit Strich­ punktlinie angedeuteten ersten Abschnitt 15 des zylindri­ schen Umfangsbereich des rotationssymmetrischen Körpers 10 zu bilden. Das Abstrecken und das Ausformen des ersten Ab­ schnitts 15 erfolgt dabei in einem Rollenüberlauf mittels der Abstreckrolle 42 bei rotierendem Blechteil 5.

Darauffolgend wird der Stützring 37 durch eine nicht darge­ stellte Stelleinrichtung weiter nach hinten verschoben, um die Außenverzahnung 35 und einen Teil der Gleithülse 39 freizugeben, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Abschließend wird eine weitere Drückrolle 45 zugestellt, deren Rollenachse 46 parallel zur Rotationsachse 21 verläuft. Mit dieser Drück­ rolle 45 wird die Außenkontur des ersten Abschnitts 15 geglättet und der abgestreckte äußere Rand 6 auf die Außen­ kontur 33 der ersten Werkzeughälfte 31 gedrückt. Nach Abschluß dieses Rollenüberlaufes kann ein fertiger rotationssymmetrischer Körper 10 entnommen werden, wie er in Fig. 1 dargestellt ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetri­ schen Körpers (10) mit einem im wesentlichen radial verlaufenden Boden (11) und einem im wesentlichen axial verlaufenden zylindrischen Umfangsbereich (12), der sich zu beiden Seiten des Bodens (11) erstreckt, bei dem
ein rondenförmiges Blechteil (5) als Ausgangswerk­ stück vorgesehen wird, welches zwischen einer er­ sten Werkzeughälfte (31) und einer zweiten Werkzeug­ hälfte (32) eingespannt wird,
ein äußerer Rand (6) des Blechteils zu einer Seite hin gebogen und gegen einen auf der ersten Werkzeug­ hälfte (31) verschiebbar gelagerten Stützring (37) mit einer der Biegung entsprechenden Stützfläche (38) gedrückt wird,
der gebogene Rand (6) von seinem freien Ende (7) aus bei rotierendem Blechteil (5) von einer Abstreckrol­ le (42) überstrichen und dabei abgestreckt wird,
ein beim Abstrecken angefallenes Materialvolumen (44) zur gegenüberliegenden Seite des Bodens (11) hin verdrängt und auf dieser Seite mit dem verdräng­ ten Materialvolumen (44) ein erster Abschnitt (15) des zylindrischen Umfangbereiches (12) geformt wird,
der Stützring (37) in eine vom Werkstück abgewandte Richtung auf der ersten Werkzeughälfte (31) ver­ schoben wird und
anschließend der gebogene und abgestreckte Rand (6) zu einem zweiten Abschnitt (16) des zylindrischen Umfangsbereiches (12) auf die erste Werkzeughälfte (31) drückgewalzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechteil (5) in seinem den Boden (11) bilden­ den Mittenbereich mit einer Profilierung (13) und/oder einem Lochbild (14) versehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung des Blechteils (5) in einer Einspan­ nung zwischen zwei Werkzeughälften (31, 32) einer Drückwalzmaschine (33) ausgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rand (6) mit einer Drückrolle (42) gebogen wird, welche nachfolgend als Abstreckrolle (42) verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstrecken des gebogenen Randes (6) und das Formen des ersten Abschnitts (15) des zylindrischen Umfangsbereichs (12) in einem Rollenüberlauf durch­ geführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Abschnitt (15, 16) des zylindrischen Umfangsbereichs (12) mit einem unter­ schiedlichen Materialvolumen ausgebildet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an zumindest einem der Abschnitte (15, 16) eine Verzahnung ausgebildet wird.

8. Drückwalzmaschine zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Körpers (10) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit
zwei Werkzeughälften (31, 32), welche zum Ein­ spannen eines Blechteils (5) aufeinander zu bewegbar sind, und deren Außenkonturen (33, 34) entsprechend einer gewünschten Innenkontur des rotationssymmetri­ schen Körpers (10) ausgebildet sind,
einem Rotationsantrieb zum rotierenden Antreiben der Werkzeughälften (31, 32) um eine Rotationsachse (21) und
mindestens einer Drückrolle (42, 45), welche radial und axial zur Rotationsachse (21) an das Blechteil (5) zustellbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf mindestens einer der Werkzeughälften (31, 32) ein Stützring (37) angeordnet ist,
daß der Stützring (37) eine definierte Stützfläche (38) aufweist, gegen die das Blechteil (5) mittels der Drückrolle (42, 45) zum Bilden einer Vorform drückbar ist, und
daß der Stützring (37) auf der Werkzeughälfte (31) axial verschiebbar gelagert ist.

9. Drückwalzmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stelleinrichtung zum Verschieben und Positio­ nieren des Stützrings (37) angeordnet ist.

10. Drückwalzmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung einen Hydraulik- oder Pneuma­ tikzylinder aufweist.