DE2544325C2 - Vorrichtung zum Herstellen eines zylindrischen ringförmigen Werkstückes mit an seinem Innenumfang angeordneten Zähnen - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,
daß der Preßstempel (8) über seine formgebende Länge konstante Querschnittsform aufweist,
daß ein in der Stützmatrize (5) geführter und gegen Federdruck zurückschiebbarer Führungszylinder (7) in Flucht zum Preßstempel (8) angeordnet und zur radialen Führung mit diesem formschlüssig verbindbar ist und

daß der Preßstempeldurchmesser (Rj) im Zahngrund kleiner als der kleinste Innendurchmesser (R^) des fertigen Werkstücks (1) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (8) eine Kernstange (8S^ aufweist, die in eine Ausnehmung (T A)des Führungszylinders (7) eingreift.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines zylindrischen ringförmigen Werkstückes mit an seinem Innenumfang angeordneten Zähnen, insbesondere eines Kommutatorringes, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der GB-PS 6 77 779 ist bereits ein Verfahren zum Herstellen von Kommutatorringen aus Vollscheiben bekannt, bei dem der scheibenförmige Rohling in ein napfförmiges Untergesenk eingelegt wird, dessen Umfangswände die Außenform des fertigen Werkstücks bilden. Ein massiver Preßstempel, dessen Außenkontur der Innenform des Kommutatorrings entspricht, wird mit hohem Druck auf den Rohling gepreßt, so daß dessen Material in den zylindrischen profilierten Spalt zwischen der Außenwandung des Preßstempels und der Innenwandung des Untergesenks fließt. Da der Preßstempe! die für Kommutatorringe notwendige komplizierte Außenkontur mit hinterschnittenen Zähnen besitzt, ergeben sich beim Preßvorgang hohe Beanspruchungen der Zähne und es treten Schwierigkeiten beim Lösen des Werkstückes vom Preßstempel auf, weil das Werkstückmaterial im Grund der Zahnlücken des Preßstempels haftet. Zur Herstellung des fertigen Kommutatorringes muß in einem besonderen Stanzvorgang der verbleibende Bodenrest des Rohlings vom Ringkörper getrennt werden, was die Materialausbeute erheblich verringert.

Aus der US-PS 36 08 330 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kommutaiorringcs ;ius Kupfer mit radialen Innennuten bekannt, bei der von einem ringförmigen zylindrischen Rohling ausgegangen wird. Die Vorrichtung enthalt eine Matrize, deren Außenkontur die äußere Form des fertigen Werkstückes bestimmt.

Diese Matrize liegt auf einer unteren Stützmatrize auf, die während eines Preßvorganges zumindest von einem Teil des Preßstempels durchragt wird und den Preßstempel bei seiner Vorschubbewegung direkt führt Durch eine in Axialrichtung abgestufte Ausbildung des Prcßstempels ergibt sich ein schrittweiser Fließvorgang des Rohlings in radialer und in Umfangsrichtung. Da der Rohling ständig in engem Kontakt mit den Zähnen des Preßstempels steht, unterliegen diese Zähne hohen Beanspruchungen, was einen .relativ frühzeitigen Verschleiß oder Beschädigung zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch Verringerung der auf den Preßstempel beim Pressen und Lösen des Werkstückes einwirkenden Beanspruchungen seine Lebensdauer zu verlängern und die Fertigungsproduktivität zu steigern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird das Fließen und Verformen in einem einzigen Schritt durchgeführt, wodurch sich die Herstellung der Werkstücke, insbesondere der eine kompliziert geformte Innenkontur aufweisenden Kommutatorringe, vereinfacht. Während des Preßvorganges berührt der Rohling nicht den Grund der Zahnlücken des Preßstempels, wodurch der Preßstempel in seinen empfindlichen Bereichen von dem hohen iVeßdruck geschützt v.ird, was seine Lebensdauer erhöht und die Herstellung von Werkslücken mit hoher Präzision erjo möglicht. Da während des Preßvorganges der Werkstoff des Rohlings praktisch nur in radialer bzw. in Umfangsrichtung fließt und axiale plastische Verformungen nicht eintreten, wird auch ein Anhaften des verformten Rohlings an den empfindlichen Bereichen der Preßstempcl-Verzahnung praktisch ausgeschaltet.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines fertigen Kommutatorringes;

Fig. 2 einen Rohling vordem Preßformen:

Fig. 3 einen Axialschnitt einer Preßformvorrichtung mit lose eingelegtem Rohling;

F i g. 4,5 Querschnitte IV-IV bzw. V-V in F i g. 3;

Fig. 6 die Vorrichtung nach Fig. 3 während eines Preßformvorganges, wobei die Zahnform in einer Teilansicht dargestellt ist;

Fig. 7 einen Querschnitt VII-VII in !-"ig. 6;

Fig. 8 die Vorrichtung nach Fig. 3 am Ende des so Preßformvorganges,

Fig. 9 einen vergrößerten Ausschnitt des Rohlings mit den Fließerscheinungen beim Preßvorgang;

Fig. 10 einen vergrößerten Ausschnitt des Rohlings bei Verwendung einer hohlzvlindrischen Matrize;
F i g. 11 einen vergrößerten Ausschnitt in F i g. 6 mit Darstellung der Zahnform in einer Teilansicht.

Fig. 1 zeigt einen Kommutatorring aus Kupfer mit Zähnen (Schleifsegmentcn) 2 an seiner Innenwand. Die Zähne 2 entstehen durch Formen von Axialnuten 3 in bo der Innenwand eines ringförmigen Rohlings 9, wobei jede Axialnut 3 Nuten 3A in ihren Seitenwänden aufweist. Die Zähne 2 wechseln mit Wulsten 4 an der Außenfläche des Kommutalorrings.

Gemäß Fig. 3 ist auf der Oberseite einer unteren b5 Stützmalrize 5 mit Innenzähnen 54 eine Matrize 6 mit Innennuten bA konzentrisch fest angeordnet. Die Innennuten hA der Matrize 6 befinden sich radial außerhalb der Innenzähne HA der Stiiizmatrize 5.

liin Führungszylinder 7 ist unter l-'cdcrdruck in Richtung des Pfeiles P in gleitender Passung zu den Innenzahnen SA der Stützmatri/.c 5 gehalten. Ein Preßstempel 8 weist Außenzähne SA von stoßkeilförmigem Querschnitt und eine Kernstange SB auf, die in eine zylindrische Ausnehmung TA des Führungszylinders 7 eingreift. Der unbelastete Prcßste ':pel 8 ist über dem Führungszylinder 7 mit einem Abstand g angeordnet, der kleiner als der Abstand g\ zwischen dem unteren Ende der Kernstange 85 und dem Boden des H< hlraumes 7/4 Lx.

Der Radius R\ von der gemeinsamen Mittelachse zur Spitze der Außenzähne SA des Preßsiempels 8 ist kleiner als der Radius Ri von der Mittelachse zum Boden der Nuten 6,4 in der Matrize 6. Der Radius Rs von der Achse zum Grund der Zahnlücken des Preßstempels 8 ist kleiner als der Radius /?4 der Matrize 5 von der Spitze eines Zahns 5/4 zur Achse, der in etwa gleich dem Innenradius /?ides Kommutators 1 ist.

Bei der beschriebenen Vorrichtung wird der Rohling 9 nach Fig. 2 in die Matrize 6 eingelegt, wobei sein Boden auf den Innenzähnen 5.4 der Stützmatrize 5 aufliegt.

Danach wird der Preßstempel 8 nach unten bewegt, wobei seine Kernst3nge SB in den Hohlraum 7.4 des Führungszylinders 7 eindringt, bis der Spalt g zwischen dem Preßstempel 8 und dem Führungszylinder 7 Null ist. Nach gegenseitiger Berührung bewegt sich die Kernstange SB zusammen mit dein Führungszylinder 7 gegen die auf diesen wirkende Federkraft P weiter nach abwärts (F i g. 6). Dabei dringen die Außenzähne SA des Preßstempels 8 in die Innenwand des Rohlings 9 ein, dessen Material in den von der Matrize 6 und dem Preßstempel 8 begrenzten Raum fließt. Die bei der plastischen Verformung auftretenden Fließerscheinungen r> des Rohlings sind in Fig. 9 gezeigt. Da der Radius R₁, (1. li. der Preßsiempcidurchmesscr im Zahngrund, kleiner als der vorgewählte Radius R_% d. h. als der kleinste Innendurchmesser des fertigen Werkstücks I ist, verbleibt am Grund der Zahnlücken des Preßstempeis 8 ein freier Zwischenraum 10. Der Rohling 9 wird von den Preßslcmpel/ähnen SA plastisch in der Weise verformi. dall ein Teil seines Materials in Richtung der Pfeile P, in den freien Zwischenraum 10 fließt, während ein anderer Werkstoffteil in Richtung der Pfeile P₂ in den Raum v> zv. ischen der Spit/.e jedes Prellsteinpelzahiis 8.4 und der Iniiennul 6.4 der Matrize 6 Hießt, ohne daß die Formen übermaßig bebstet werden.

Das Prinzip der Erfindung soll noch anhand der F i g. lOerläutert werden. ^₀

Der Raum 10 ist groß genug, daß der verdrängte Rohlings-Werkstoff den Preßstempel am lull seiner Zähne SA nicht berührt. Daher wurden Druc:k- und Biegebeanspruchungen im Fußbereich der Prcßstempel-/iihne SA vermieden und die An ,,itztcile der PreOstcm- ; > pelzähne SA sind gegen Bruch geschützt.

Wie aus Fig. 11 in einzelnen ersichtlich, verbleibt /wischen dem Radius R₁ und dem Außenradius R_h des Führungszylinders ein Spalt 1, der gröber ist als die Weile eider radialen plastischen Werkstoffverformung t>o ist. Wenn die l'reßstempelzähne 8.4 gegen den Rohling geprellt weiden, fließt Werkstoii in die Freirüume entsprechend Jen l'ieilen /' Ivs ,im _Li 1_L- Wand der Inncn-

m und 111 Richtung der Hohlräume bestimmt.

Während des Formvorganges wird der Führungszylinder 7 in der Stützmatrize 5 geführt und der Preßstempel 8 befindet sich im Eingriff mit dem Formzylinder 7, so daß der Spalt zwischen dtn zusammenwirkenden Werkzeugteilen konstant bleibt und das Werkstück eine gleichmäßige Wandstärke erhält.

Wenn der Preßstempel 8 nach aufwärts herausgezogen wird, kommt er vom Führungszylinder 7 frei und es bildet sich zwischen dem fertigen Werkstück und dem Preßstempel ein Freiraum, so daß das Werkstück beim Herausziehen nicht beschädigt wird. Gleichzeitig mit dem Abziehen des Preßsiempels 8 wird der Führungszylinder 7 unter Federwirkung in seine Ausgangsstellung nach oben getrieben. Sobald der Preßstempel 8 sich vom Fiihrungszylinder 7 gelöst hat, kann das fertige Werkstück entnommen werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der Rohling gleichzeitig nach innen und außen verformt. Gemäß Fig. 10 kann diese plastische Verformung des Rohlings auch nur entweder an der fnnenseite — oder an der Außenseite — erfolgen, wobei gleichgute Ergebnisse erzielt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können nicht nur Kommutatorringe, sondern auch komplexer geformte Verzahnungen, z. B. Innen-Zahnkränze, hergestellt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen eines zylindrischen ringförmigen Werkstückes mit an seinem Innenumfang angeordneten Zähnen, insbesondere eines Kommutatorringes, bestehend

— aus einem die Innenform der Werkstücke erzeugenden außengezahnten Preßstempel,

— aus einer die Außenform der Werkstücke erzeugenden Matrize und

— aus einer weiteren, der Matrize in °reßrichtung nachgeordneten innengezahnten Stützmatrize als Werkstückauflage, die eine radiale Preßstempelführung darstellt,