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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einbringen einer Sicke in ein als Hohlkörper ausgebildetes Werkstück.
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Bekannt sind Vorrichtungen zum Einbringen einer Sicke in ein als Hohlkörper ausgebildetes Werkstück, beispielsweise eine umlaufende Sicke in eine als Hülse ausgebildeten Hohlkörper. Die Vorrichtung umfasst einen Werkstückträger zum Aufnehmen des Werkstücks und ein Werkzeug zum Bearbeiten des Werkstücks, indem die Sicke von dem Werkzeug in das Werkstück eingedrückt wird. Durch das Eindrücken verformt die Sicke die Wand des Werkstücks, ohne aber die Wand zu durchdringen. Hierbei ist auf eine präzise Herstellung und gewünschte Querschnittsform der Sicke zu achten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine Sicke mit hoher Maßgenauigkeit in ein als Hohlkörper ausgebildetes Werkstück einzubringen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Sicken, also nutförmige Vertiefungen oder Einkerbungen, in Werkstücke eingebracht werden, die als Hohlkörper ausgebildet sind. Die Hohlkörper sind vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet, beispielsweise als Hohlzylinder bzw. Hülse mit zwei offenen Stirnseiten, einer offenen und einer geschlossenen Stirnseite oder zwei geschlossenen Stirnseiten. Bei rotationssymmetrischen Hohlkörpern werden die Sicken beispielsweise in Umfangsrichtung auf der Wandaußenseite eingebracht, so dass die Sicke sich ringförmig oder gegebenenfalls spiralförmig auf der Außenseite der Wand erstreckt. Die Sicke wird hierbei radial von außen nach innen in die Wand eingedrückt. In jedem Fall wird das Wandmaterial des bearbeiteten Werkstücks von der Sicke nicht durchdrungen, so dass im Bereich der Sicke die Wand des Werkstücks ohne Schlitze oder sonstige Ausnehmungen durchgehend erhalten bleibt.
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Das bearbeitete Werkstück besteht vorzugsweise aus Metall.
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Beim Einbringen der Sicke wird die Wand des bearbeiteten Werkstücks verformt. Das Werkzeug drückt in die Wand des Werkstücks hinein, wodurch sich die Wand entgegengesetzt zum Werkstück verformt. Die Sicke weist vorteilhafterweise die Form einer Vertiefung oder Nut auf. Entlang der Länge der Sicke weist diese insbesondere eine gleichbleibende Tiefe und Querschnittsform auf. Alternativ ist es auch möglich, dass die Tiefe und die Querschnittsform über die Länge der Sicke veränderlich sind.
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Die Vorrichtung umfasst einen Werkstückträger zum Aufnehmen des zu bearbeitenden Hohlkörpers, der in dem Werkstückträger ausreichend fest und sicher aufgenommen ist, dass das Einbringen der Sicke über das Werkzeug, das ebenfalls Bestandteil der Vorrichtung ist, ermöglicht wird. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren einen ersten Fixierstempel und einen zweiten Fixierstempel, die den Hohlkörper von gegenüberliegenden Seiten festklemmen. Die Fixierstempel beaufschlagen hierbei den Hohlkörper entweder direkt bzw. unmittelbar, indem die Stirnseite eines Fixierstempels an einer Wand des Hohlkörpers anliegt, oder indirekt bzw. mittelbar, indem ein Fixierstempel auf ein weiteres Bauteil einwirkt und die Kraft des Fixierstempels über das weitere Bauteil auf den Hohlkörper übertragen wird.
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Die beiden Fixierstempel sind verstellbar in der Vorrichtung angeordnet, und die Position der Fixierstempel ist unabhängig voneinander einstellbar. Dies ermöglicht es, jeden Fixierstempel bedarfsweise entweder in einer Ausgangsposition zu belassen, ohne die Position während der Bearbeitung des Hohlkörpers zu verstellen, oder ausgehend von der Ausgangposition die Position während der Bearbeitung des Hohlkörpers zu verstellen. Es ist sowohl möglich, nur einen Fixierstempel zu verstellen und den zweiten Fixierstempel in seiner Ausgangsposition zu belassen als auch beide Fixierstempel zu verstellen oder gegebenenfalls beide Fixierstempel in der Ausgangsposition zu belassen. Über das Verstellen der Fixierstempel kann die Position des Hohlkörpers an den Bearbeitungsprozess angepasst werden, da während des Einbringens der Sicke die Wand quer zur Wandebene verformt wird, wodurch sich die Wand in der Wandebene verkürzt. Beispielsweise wird bei einer ringförmig umlaufenden Sicke in einer Hülse die axiale Länge der Hülse verringert. Indem die Fixierstempel nachgefahren werden, kann diese Verkürzung des Hohlkörpers kompensiert werden, so dass die Sicke über ihre Länge in der gewünschten Weise - mit geforderter Tiefe quer zur Wandebene und geforderter Querschnittsform - hergestellt werden kann.
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Die Fixierstempel klemmen den Hohlkörper zwischen sich ein. Vorteilhafterweise sind die Fixierstempel entlang einer gemeinsamen Längsachse verstellbar gehalten, die Fixierstempel weisen somit die gleiche Längsachse auf, entlang der die Fixierstempel verstellbar sind.
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Vorteilhafterweise ist der Werkstückträger verstellbar in der Vorrichtung gehalten und kann die Position des Werkstückträgers über einen der Fixierstempel verstellt werden. Der Werkstückträger nimmt den Hohlkörper auf und ermöglicht eine sichere Fixierung des Hohlkörpers, so dass dieser in ausreichender Weise während des Einbringens der Sicke gesichert und gehalten ist. Über den zugeordneten Fixierstempel, der in der Vorrichtung aufgenommen ist, wird die Position des Werkstückträgers einschließlich des darin aufgenommenen Hohlkörpers bei Bedarf verstellt, um die Verkürzung des Hohlkörpers beim Einbringen der Sicke zu kompensieren.
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Sämtliche Verstellbewegungen der Fixierstempel, des Werkstückträgers sowie des Hohlkörpers sind bevorzugt lineare, translatorische Verstellbewegungen, die insbesondere in Achsrichtung erfolgen, bezogen auf die Längsachse eines oder beider Fixierstempel.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist ein Fixierstempel an einem Werkzeugträger der Vorrichtung verstellbar angeordnet, der das Werkzeug aufnimmt, mit dem die Sicke in den Hohlkörper eingebracht wird. Der Werkzeugträger ist somit Träger des Werkzeugs und kann auch Träger eines Fixierstempels sein, der an dem Werkzeugträger aufgenommen ist und relativ zum Werkzeugträger verstellt werden kann, um den Hohlkörper zu beaufschlagen und zu verstellen.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung umfasst das Werkzeug mindestens eine Schneidrolle, mit der die Sicke in den Hohlkörper eingebracht wird. Der Werkzeugträger kann zumindest mit einem Teil, der die Schneidrolle aufnimmt, rotierend gelagert und über eine Antriebseinrichtung rotierend angetrieben sein, so dass die Schneidrolle, die sich an dem Werkzeugträger befindet, eine Kreisbewegung um die Rotationsachse des Werkzeugträgers ausführt, die parallel zur Rollenachse der Schneidrolle liegt. Die Schneidrolle drückt in die Wand des Hohlkörpers hinein und erzeugt hierdurch die Sicke.
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Zweckmäßigerweise weist das Werkzeug mehrere Schneidrollen auf, beispielsweise drei Schneidrollen, die am Werkzeugträger gehalten und gleichmäßig entlang eines Kreises angeordnet sind. Drei Schneidrollen vorzusehen hat den Vorteil, dass der Hohlkörper von den Schneidrollen aus drei Richtung beaufschlagt wird, wodurch zum einen das Einbringen der Sicke schneller durchgeführt werden kann und zum andern eine gegenseitige Abstützung über die Schneidrollen stattfindet.
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Gemäß bevorzugter Ausführung ist die Schneidrolle bzw. sind die Schneidrollen quer zur Längsachse des Fixierstempels verstellbar im Werkzeugträger angeordnet. Diese Ausführung erlaubt es, die Schneidrollen quer zur Längsachse von einer Außerbetriebsposition in eine Arbeitsposition zu verstellen, in der die Sicke in den Hohlkörper eingebracht werden kann. Nach dem Herstellen der Sicke können die Schneidrollen wieder entgegengesetzt von der Arbeitsposition in die Außerbetriebsposition verstellt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb der vorbeschriebenen Vorrichtung zum Einbringen einer Sicke in ein Werkstück. Hierbei werden die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt:
- Zunächst wird der Hohlkörper im Werkstückträger aufgenommen und dort an gegenüberliegenden Seiten über die beiden Fixierstempel festgeklemmt. Anschließend wird die Sicke in die Wand des Hohlkörpers eingebracht, indem das Werkzeug in Kontakt- und Bearbeitungsposition mit dem Hohlkörper gebracht wird. Vor oder während des Einbringens der Sicke wird mindestens einer der Fixierstempel bewegt, um die Wandverkürzung im Hohlkörper auszugleichen. Es sind sowohl Ausführungen möglich, bei denen während des Einbringens der Sicke nur ein Fixierstempel bewegt und der andere Fixierstempel ortsfest gehalten wird, als auch Ausführungen, bei denen während des Einbringens der Sicke beide Fixierstempel gleichzeitig bewegt werden.
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Sowohl bei der Bewegung nur eines Fixierstempels als auch bei der gleichzeitigen Bewegung beider Fixierstempel ist es möglich, die Fixierstempelbewegung über die gesamte Phase des Einbringens der Sicke aufrecht zu erhalten als auch nur während eines Teils der Phase des Einbringens der Sicke die Fixierstempelbewegung aufrecht zu erhalten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird vor oder während des Einbringens der Sicke mindestens ein Fixierstempel in Richtung des Werkzeugs bewegt wird. Bei gleichzeitiger Bewegung beider Fixierstempel werden vorteilhafterweise beide Fixierstempel in Richtung des Werkzeugs bewegt. Hierdurch wird dem sich verkürzenden Hohlkörper Rechnung getragen und ein permanenter Kontakt und eine permanente Kraftbeaufschlagung zwischen den Fixierstempeln und dem Hohlkörper bzw. dem den Hohlkörper tragenden Bauteil gewährleistet.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird während des Einbringens der Sicke die Verfahrgeschwindigkeit zumindest eines Fixierstempels verändert. Durch die Anpassung der Verfahrgeschwindigkeit eines oder beider Fixierstempel können der Prozess des Einbringens der Sicke sowie die Sickengeometrie beeinflusst werden.
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Des Weiteren ist es möglich, vor oder während des Einbringens der Sicke die Verstellbewegung eines oder beider Fixierstempel kraftabhängig durchzuführen. Hierfür wird die Anpresskraft eines Fixierstempels sensorisch ermittelt und der Aktuator, der den Fixierstempel gegen den Hohlkörper presst, in Abhängigkeit der aktuellen Anpresskraft eingestellt.
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Mit der vorbeschriebenen Vorrichtung und dem vorbeschriebenen Verfahren ist es möglich, eine Sicke mit konstanter Wandstärke zu erzeugen. Die gleichbleibende Wandstärke kann insbesondere über die gesamte Länge der Sicke erreicht werden.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Ansicht eine Vorrichtung zum Einbringen einer Sicke in ein als Hohlkörper ausgebildetes Werkstück, mit einem Werkzeug zum Herstellen der Sicke und mit zwei Fixierstempeln oberhalb und unterhalb des Werkstücks,
- 2 in vergrößerter Darstellung der Antrieb des Werkzeugs sowie der obere Fixierstempel,
- 3 das Werkzeug in Einzeldarstellung,
- 4 bis 6 verschiedene Sickengeometrien im Hohlkörper.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in den 1 und 2 gezeigte Vorrichtung 1 weist einen gestellartigen Trägerkörper 5 auf, in welchem ein als Hohlkörper ausgebildetes Werkstück 2 aufgenommen ist, in das eine ringförmig umlaufende Sicke eingebracht werden soll. Die Sicke im Hohlkörper 2 wird mithilfe eines Werkzeugs 3 erzeugt, das an einem Werkzeugträger 4 gehalten ist, welcher drehbar im Trägerkörper 5 der Vorrichtung 1 gelagert ist. Der Werkzeugträger 4 wird über einen Keilriemen 6 von einem elektrischen Antriebsmotor 7 angetrieben.
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Der als Metallhülse ausgeführte Hohlkörper 2, in den die Sicke eingebracht werden soll, ist in einem Werkstückträger 8 aufgenommen, der tischartig ausgebildet ist und der höhenverschieblich im gestellartigen Trägerkörper 5 der Vorrichtung 1 gelagert ist. Der Werkstückträger 8 fixiert den Hohlkörper 2 in der Vorrichtung 1, so dass die bei der Bearbeitung des Hohlkörpers 2 auftretenden Kräfte aufgenommen werden können und über den Hohlkörper 2 auf den Werkstückträger 8 übertragen werden.
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Die Vorrichtung 1 umfasst des Weiteren einen ersten, oberen Fixierstempel 9 und einen zweiten, unteren Fixierstempel 10, die von gegenüberliegenden Seiten den zu bearbeitenden Hohlkörper 2 mit einer axialen Kraft, bezogen auf die Längsachse der Fixierstempel 9 und 10, beaufschlagen. Der obere Fixierstempel 9 ist in dem Werkzeugträger 4 aufgenommen und kann gegenüber dem Werkzeugträger 4 axial verstellt werden. Die Fixierstempel 9 und 10 weisen eine gemeinsame Längsachse auf und können entlang der Längsachse axial verstellt werden.
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Die Verstellung des oberen Fixierstempels 9 erfolgt mithilfe eines Aktuators 11, der an der Oberseite des gestellartigen Trägerkörpers 5 angeordnet ist. Der untere Fixierstempel 10 wird in entsprechender Weise von einem unten liegenden, zweiten Aktuator 12 beaufschlagt und kann von diesem in seiner axialen Position eingestellt werden. Der obere Fixierstempel 9 drückt mit seiner Stirnseite gegen die Oberseite des zu bearbeitenden Hohlkörpers 2, wohingegen der untere Fixierstempel 10 von unten gegen den verschieblichen Werkzeugträger 4 drückt und über den Werkzeugträger 4 auch den Hohlkörper 2 beaufschlagt. Somit kann der Hohlkörper 2 von den beiden Fixierstempeln 9, 10 von gegenüberliegenden Seiten mit einer gegenläufigen axialen Kraft beaufschlagt werden.
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Wie 3 zu entnehmen ist, sind an dem Werkzeugträger 4 insgesamt drei Werkzeuge 3 angeordnet, welche jeweils als Schneidrolle ausgeführt sind und die über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Schneidrollen 3 sind am Werkzeugträger 4 über Werkzeughalter 13 befestigt, welche, bezogen auf die Längsachse des Werkzeugträgers 4, radial beweglich am Werkzeugträger 4 angeordnet sind. Dies ermöglicht es, dass die Schneidrollen 3 zwischen einer Außerbetriebsposition und einer Arbeitsposition radial verstellt werden. In der Außerbetriebsposition weisen die Schneidrollen 3 einen größeren radialen Abstand zur Längsachse auf als in der Arbeitsposition, in welcher die Schneidrollen 3 unmittelbar an der äußeren Mantelfläche des Hohlkörpers 2 anliegen und in der Lage sind, in den Hohlkörper 2 die gewünschte Sicke 14 in Form einer umlaufenden Ringnut einzubringen. Die radiale Verstellung der Schneidrollen 3 an den Werkzeughaltern 13 erfolgt mithilfe eines weiteren Aktuators 15 (1), der über ein Gestänge auf den Werkzeugträger 4 und die Werkzeughalter 13 wirkt. Die Schneidrollen 3 drücken radial von außen nach innen und verformen die Wand des hülsenförmigen Hohlkörpers, wodurch bei Rotation des Werkzeugträgers 4 die Sicke 14 entsteht, die als radial nach innen verformte Ringnut ausgeführt ist. Die Sicke 14 durchtrennt die Wand des Hohlkörpers 2 nicht, sondern verformt lediglich die Wand.
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Durch die Verformung der Wand des Hohlkörpers 2 verkürzt sich die axiale Länge des Hohlkörpers. Um zu verhindern, dass durch die axiale Verkürzung die Querschnittsgeometrie und die radiale Tiefe der Sicke 14 in unerwünschter Weise beeinflusst werden, kann eine Nachführung und axiale Positionsanpassung des Hohlkörpers 2 über den oberen und den unteren Fixierstempel 9, 10 durchgeführt werden. Über die Fixierstempel 9, 10 wird der Hohlkörper 2 axial von oben und von unten mit einer Kraft festgeklemmt. Wird beispielsweise der obere Fixierstempel 9 axial nach unten bewegt, so wird entsprechend der Hohlkörper 2 ebenfalls nach unten verschoben, wobei die Schneidrollen 3 ihre axiale Position beibehalten. In entsprechender Weise kann die Hohlkörperposition durch eine Verstellung des unteren Fixierstempels 10 nach oben verstellt werden. Da die Schneidrollen 3 ihre axiale Position nicht verändern, wird die Sicke 14 durch die Verstellung der Fixierstempel 9, 10 beeinflusst.
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In den 4,5 und 6 sind Beispiele für verschiedene Querschnittsgeometrien der Sicke 14 je nach Positionierung der Fixierstempel 9, 10 dargestellt.
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4 zeigt den Hohlkörper 2 mit einer Sicke 14, die durch Verformung der Wand 16 infolge einer Bearbeitung mit den Schneidrollen 3 der Vorrichtung 1 entsteht. Die Sicke 14 ist symmetrisch ausgebildet und ist bezüglich einer horizontalen Ebene durch die radial tiefste Erstreckung der Sicke 14 spiegelsymmetrisch ausgeführt. Diese Querschnittsgeometrie der Sicke 14 wird dadurch erreicht, dass der Hohlkörper 2 von den Fixierstempeln 9 und 10 mit gleicher Kraft axial von oben und von unten beaufschlagt wird.
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In 5 ist die Sicke 14 mit veränderter Querschnittsgeometrie ausgeführt. Die Sicke 14 ist nicht mehr spiegelsymmetrisch gegenüber einer horizontalen Ebene durch die radial tiefste Erstreckung der Sicke 14 ausgebildet. Stattdessen ist die Sicke 14 geringfügig nach unten verformt, derart, dass ein unterer Wandabschnitt 16a Radialrichtung verläuft, wohingegen ein oberer Wandabschnitt 16b der Sicke 14 einen schrägen Verlauf aufweist. Diese Querschnittsgeometrie der Sicke 14 wird dadurch erreicht, dass der Hohlkörper 2 durch Beaufschlagung mit dem unteren Fixierstempel 10 geringfügig nach oben verschoben wird.
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In 6 ist die umgekehrte Situation dargestellt, in der die Sicke 14 einen radial verlaufenden oberen Wandabschnitt 16b und einen schräg verlaufenden unteren Wandabschnitt 16a aufweist. Erreicht wird dies durch eine Beaufschlagung des Hohlkörpers 2 über den oberen Fixierstempel 9, der den Hohlkörper 2 geringfügig nach unten verschiebt.
