DE60315620T2

DE60315620T2 - Gestufte nockengesteuerte matrize

Info

Publication number: DE60315620T2
Application number: DE60315620T
Authority: DE
Inventors: Oxford Yahya
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: JP2006507126A; EP1492636B1; CA2479034A1; DE60315620D1; EP1492636A1; PL373816A1; BR0308683A; US20030177808A1; KR100596661B1; US6672126B2; WO2003082497A1; CN1642672A; CN1311929C; BR0308683B1; MXPA04010427A; TW200305693A; TW593904B; KR20050004821A; CA2479034C; AU2003228293A1

Description

Sachgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug gemäß Anspruch 1 und insbesondere eine gestufte Nockenmatrize mit mindestens einem von einem Nockenaktuator betätigten Nockenring.
Hintergrund der Erfindung
Zahnräder sind weithin bekannt und werden als Einrichtungen zum Übertragen einer Kraft zwischen Wellen verwendet. Kraftübertragungszahnräder werden auf verschiedene Arten hergestellt. Blechräder werden durch Drehen oder mittels einer Nockenmatrize hergestellt. Bei diesem Verfahren werden die Zähne oder Erhöhungen durch eine zu der Vorform senkrecht erfolgende Bewegung der Matrize ausgebildet. Zahnräder können ferner unter Verwendung eines Systems mit Stempel und Matrize hergestellt werden. Ein Stempel wird zum axialen Drücken eines Werkstücks durch eine Matrize verwendet.
Das US-Patent 3,796,085 von Fisher et al. ist für den Stand der Technik repräsentativ und beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Zahnrädern durch Ziehen einer Scheibe mittels einer Matrize in ein becherförmiges Element, wobei gleichzeitig die Zahnradzähne an diesem ausgebildet werden.
Ferner ist das US-Patent Nr. 5,269,167 von Gerhart für den Stand der Technik repräsentativ, in dem eine einstellbare, oben angeordnete Nockeneinheit zur Verwendung in einer Kraftpresse beschrieben ist. Ein Gleitblock ist in einem Winkel zu der Bewegungsebene des Stößels gleitbar angebracht, um sich zwischen Ausfahr- und Einfahrpositionen zu bewegen.
Bei den dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren entsteht dadurch, dass ausschließlich entweder eine Hin- und Herbewegung (horizontal) oder eine Vertikalbewegung ausgeführt wird, ein Grat am Ende eines Teils. Ferner ist dies ein relativ komplexer Vorgang, bei dem mehrere bewegliche Teile erforderlich sind, wie es bei einer mehrere Stationen durchlaufenden Fertigung der Fall ist, wodurch sich zwangsläufig die Kosten des Fertigteils erhöhen. Ferner ist aufgrund von Einschränkungen beim plastischen Fließen bei dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren zum Stanzen komplexer Formen in einem einzigen Durchgang die Komplexität der geformten Flächen begrenzt. Das Metall reißt oder knittert, wenn es über bestimmte Grenzen hinaus in einem einzigen Durchgang geformt wird.
Es besteht Bedarf an einer Nockenmatrize, mit der ein Zahnrad durch eine Lateral- und Vertikalbewegung eines Nockenrings hergestellt wird. Es besteht Bedarf an einer Nockenmatrize mit mehreren koaxialen Nockenringen. Es besteht Bedarf an einer Nockenmatrize zum Pressformen eines gezahnten Zahnrads unter Anwendung eines mehrstufigen Formverfahrens in einem einzigen Pressvorgang. Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf.
Zusammenfassender Überblick über die Erfindung
Der primäre Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in dem Bereitstellen einer Nockenmatrize, mit der ein Zahnrad durch eine Lateral- und Vertikalbewegung eines Nockenrings hergestellt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in dem Bereitstellen einer Nockenmatrize mit mehreren koaxialen Nockenringen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in dem Bereitstellen einer Nockenmatrize zum Pressformen eines gezahnten Zahnrads unter Anwendung eines mehrstufigen Formverfahrens in einem einzigen Pressvorgang.
Weitere Aspekte der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der Erfindung und der beliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ist in Anspruch 1 definiert. Die Nockenmatrize weist mindestens einen Nockenring auf. Der Nockenring weist mehrere bewegbare Nockenzähne auf. Die Nockenzähne sind mittels eines Nockenaktuators auf einer Normalen in Richtung auf die Achse der Nockenmatrize bewegbar. Der Nockenaktuator hat einen Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Nockenrings. Wenn sich der Nockenaktuator parallel zu der Nockenmatrizenachse entlang dem Außenumfang des Nockenrings bewegt, wird schrittweise an den Nockenzähnen angegriffen und werden diese nach innen in Richtung auf das Werkstück gedrückt. Das Werkstück wird mittels des Stempels, der konzentrisch mit dem Nockenaktuator innerhalb des Durchmessers des Nockenrings angeordnet ist, gleichzeitig mit dem Nockenaktuator bewegt. Jeder Nockenzahn wird bei Vorbeibewegen des Werkstücks gleichzeitig gegen das Werkstück gedrückt. Ein elastisches Element bringt nach dem Zurückziehen des Nockenaktuators jeden Nockenzahn in eine Ausgangsposition zurück, so dass ein Fertigteil ausgeworfen werden kann.
Kurzbeschreibung de Zeichnungen
1 zeigt eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugs.
2 zeigt eine Querschnittansicht eines Nockenaktuators.
3 zeigt eine Draufsicht eines Nockenrahmens.
4 zeigt eine entlang der Linie 4-4 aus 3 quergeschnittene Seitenansicht eines Nockenrahmens.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Nockenrahmens.
6 zeigt eine Draufsicht der Nocken.
7 zeigt eine Seitenansicht der Nocken entlang der Linie 7-7 aus 6.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht der Nocken.
9a zeigt eine Rückansicht eines Nockens.
9b zeigt eine Draufsicht eines Nockens.
9c zeigt eine Seitenansicht eines Nockens.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Nockens.
11a zeigt eine Seitenansicht eines Nockenanschlagrings.
11b zeigt eine Draufsicht eines Nockenanschlagrings.
11c zeigt eine Seitenansicht eines Nockenanschlagrings.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Nockenanschlagrings.
13 zeigt eine Explosionsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine Querschnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs. Die gestufte Nockenmatrize oder das Werkzeug weist generell einen Nockenaktuator 10, einen Nockenhalter 70 und ein Stempelwerkzeug 60 auf.
Der Nockenaktuator 10 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer Achse. Ein Stempelwerkzeug 60 verläuft koaxial in einer Innenbohrung des Nockenaktuators 10. Der Nockenaktuator 10 und das Stempelwerkzeug 60 sind mit einem Basisteil 80 verbunden.
Nocken 20 greifen bewegbar mit dem Nockenhalter 70 zusammen. Die Nocken 20 sind in einer Zylinder- oder Ringform angeordnet. Die vorliegende Ausführungsform weist vier Nockenringe auf, obwohl jede beliebige Anzahl von Nockenringen möglich ist. Die Nocken in einem Ring 20a, 20b und 20c sind jeweils in der eingepressten Position gezeigt, in der sie mit dem Nockenaktuator 10 zusammengreifen. Ein Nockenring 20d steht noch nicht mit dem Nockenaktuator 10 in Zusammengriff und befindet sich daher in der nicht eingepressten oder freien Position.
Eine Nockenfläche 25 greift gleitend an einer Nockenaktuatorfläche 11 an, wodurch ein Nocken radial nach innen in Richtung auf ein Teil P gedrückt wird. Der Nockenhalter 70 weist ein Basisteil 90 auf. Das Basisteil 90 begrenzt eine Bohrung 91.
Nockenanschläge 30 verlaufen um den Radius des Nockenhalters 70. Die Nockenanschläge 30 stehen mit einer Nut 26 in Zusammengriff. Ein elastisches Element 40 ist zwischen jedem Nocken 20 und jeden Nockenanschlag 30 angeordnet. Das elastische Element 40 kann jedes beliebige Elastomermaterial mit einem Kompressionsmodul, einschließlich Natur- und Synthetikkau tschuken und deren Äquivalenten, aufweisen. Das elastische Element 40 kann ferner eine Feder mit einer Federrate aufweisen.
Im Betrieb bewegen sich der Nockenaktuator 10 und das Stempelwerkzeug 60 aufgrund der Wirkung eines Hydraulikzylinders oder eines anderen auf dem Sachgebiet bekannten Pressmechanismus in Richtung M. Das Teil P steht zu Beginn eines Zyklus mit einem Ende 61 des Stempelwerkzeugs 60 in Zusammengriff, wobei das Stempelwerkzeug 60 vollständig von dem Nockenhalter 70 zurückgezogen ist. Das Teil P kann einen becherförmigen Rohling aufweisen. Der Nockenaktuator 10 und das Stempelwerkzeug 60 bewegen sich in Richtung M, um das Teil P an jedem Nockenring vorbei zu bewegen. Ein Rand 13 an dem Nockenaktuator 10 geht dem Teil P in axialer Richtung in einer ausreichenden Distanz voran, um zu bewirken, dass jeder Nocken 20 vollständig an einer Seite des Teils P angreift, während sich dieses an jedem Nocken 20 vorbei bewegt. Beim Angreifen der Fläche 11 an jedem Nockenring werden die Nocken nach innen in Richtung auf das Teil gedrückt, wodurch eine von einer Fläche 22 vorgegebene Form in dem Teil ausgebildet wird. Während jeder Nocken 20 nach innen gedrückt wird, wird das elastische Element 40 gegen einen Zahn 31 des Nockenanschlagrings zusammengedrückt. Wenn ein (nicht gezeigtes) Teil von dem Stempelwerkzeug 60 an dem Nockenring 20d vorbei gedrückt wird, fällt das Teil durch die Bohrung 91 in einen (nicht gezeigten) Aufnahmebehälter. Beim Einfahren des Nockenaktuators 10 expandiert das elastische Element 40, wodurch jeder Nocken 20 nach außen gedrückt wird.
Der Innendurchmesser jedes Rings entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser eines fabrikneuen Teils, das heißt, jeder Nockenring 20a, 20b, 20c und 20d hat in der nicht eingepressten Position einen Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser eines Teils P entspricht.
Das Endergebnis ist eine gestufte Nockenmatrize, die Nocken jedes Nockenrings bewegen sich jedoch zur gleichen Zeit nach innen, zu der ein Teil die Matrize durchläuft. Dies führt zu einer vorteilhaften Kombination von horizontalem und vertikalem Formen.
Es sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Werkzeug ferner das gleichzeitige Durchführen mehrerer Formschritte ermöglicht, für die beim Stand der Technik separate Phasen in einem Stempel- und Matrizenaufnahmeprozess erforderlich sind. Bei dem dem Stand der Technik entsprechenden Prozess muss das Teil bei jedem Schritt des Formprozesses mehr als einmal gehandhabt werden. Ferner entstehen bei Verwendung des erfindungsgemäßen Werkzeugs keine Grate in dem Fertigteil, die später entfernt werden müssen.
2 zeigt eine Querschnittansicht eines Nockenaktuators. Der Nockenaktuator 10 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Die Nockenaktuatorfläche 11 verläuft um die Innenfläche des Nockenaktuators 10. Die Fläche 11 beschreibt einen Winkel θ relativ zu der Mittellinie A-A. Der Nockenaktuator 10 weist ferner eine Bohrung 12 mit einen Innenfläche 13 auf. Der Winkel θ liegt im Wesentlichen im Bereich von 15° bis 60°.
3 zeigt eine Draufsicht eines Nockenrahmens. Der Nockenrahmen 21 ist im Wesentlichen als Ring mit einer Bohrung 25 ausgebildet. Der Nockenrahmen 21 weist mehrere Zähne 23 auf, die mehrere Schlitze 22 bilden, welche mit den Zähnen 23 auf einem Basisteil 24 alternieren. Ein Nocken 20 steht in gleitendem Zusammengriff mit jedem Schlitz 22. Jeder Zahn 23 hat eine konische Form, um einen im Wesentlichen rechteckigen Nocken 20 in jedem Schlitz 22 aufzunehmen. Die Anzahl von Schlitzen 22 und somit die Anzahl von Nocken 20 bestimmen die Anzahl von bei der Fertigung in jedem Teil auszubildenden Zähnen.
4 zeigt eine entlang der Linie 4-4 aus 3 quergeschnittene Seitenansicht eines Nockenrahmens. Die Schlitze 22 sind symmetrisch um den Umfang des Nockenrahmens 21 angeordnet. Die Zähne 23 sind um den Um fang des an einem ringförmigen Basisteil 24 befindlichen Nockenrahmens 21 angeordnet.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Nockenrahmens. Das um eine Bohrung 25 herum angeordnete alternierende Muster aus Zähnen 23 und Schlitzen 22 ist deutlich gezeigt.
6 zeigt eine Draufsicht der Nocken. Die Nocken 20 sind in einem im Wesentlichen kreisförmigen Muster um den Umfang des Nockenrahmens 21 herum angeordnet gezeigt. Die Formfläche 22 steht nach innen in Richtung eines (nicht gezeigten) Teils vor. Die Formfläche 22 kann jede beliebige Form aufweisen, die zum Formen eines Teils erforderlich ist.
7 zeigt eine Seitenansicht entlang der Linie 7-7 aus 6. Die Angreiffläche 25 bildet eine geneigte Fläche, die einen Winkel ϕ beschreibt. Der Winkel ϕ ist dem Winkel θ auf der Aktuatorfläche 11 im Wesentlichen gleich. Beim Anfangskontakt greift die Fläche 11 an der Fläche 25 an. Solange die Fläche 11 mit der Fläche 25 zusammengreift, bewegt sich der Nocken 20 in einer im Wesentlichen radialen, lotrecht zu der Achse des Werkzeugs verlaufenden Richtung. Die Fläche 23 greift an der Aktuatorfläche 13, wenn ein Nocken 20 in vollständigem Zusammengriff mit dem Nockenaktuator 10 steht. Jeder Nocken 20 weist einen Schlitz 24 auf, der bewirkt, dass ein Nockenanschlagzahn 31 und das elastische Element 40 zusammengreifen.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht der Nocken. Bei der in 8 gezeigten Anordnung handelt es sich um diejenige Anordnung, die die Nocken bilden, wenn sie mit dem Nockenrahmen 21 in Zusammengriff stehen.
9a zeigt eine Rückansicht eines Nockens. Die Fläche 23 greift mit der Nockenaktuatorfläche 13 zusammen, wenn der Nocken in vollständigem Eingriff steht. Die Fläche 25 greift bei Anfangskontakt mit dem (nicht gezeigten) Nockenaktuator 10 an der Fläche 11 an.
9b zeigt eine Draufsicht eines Nockens. Die Fläche 25 greift an der Fläche 11 an, wenn der Nocken in ein zu formendes Teil gepresst wird. Die Formfläche 22 greift an einem zu formenden Teil an.
9c zeigt eine Seitenansicht eines Nocken. Der Schlitz 24 greift mit einem Zahn 31 des Nockenanschlagrings und dem elastischen Element 40 zusammen.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Nockens. Die Fläche 22 kann jede beliebige Form aufweisen, die zum Formen eines Teils erforderliche ist.
11a zeigt eine Seitenansicht eines Nockenanschlagrings. Der Nockenanschlagring 30 weist eine Ringform mit einer Bohrung 34 und Zähnen 31 und zwischen den Zähnen 31 ausgebildeten Schlitzen 32 auf. Die Zähne 31 und die Schlitze 32 sind um den Umfang des auf einem Ring 33 befindlichen Nockenhalters 21 herum angeordnet. Jede Zahn 31 steht in einen Schlitz 24 an dem Nocken 20 vor, siehe 1 und 13.
11b zeigt eine Draufsicht eines Nockenanschlagrings. Jeder Zahn 31 und jeder Schlitz 32 sind um eine Bohrung 34 an dem Nockenanschlagring-Basisteil 33 herum angeordnet, um im Wesentlichen einer Position jedes Nockens 20 zu entsprechen.
11c zeigt eine Seitenansicht eines Nockenanschlagrings.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Nockenanschlagrings. Jeder Nockenanschlagring 30 greift an einem Nockenrahmen 21 in einen Schlitz 26 oder einem Nockenhalter 70 in einen Schlitz 71 ein, siehe 13.
13 zeigt eine Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugs. Es ist aus 13 ersichtlich, dass die Komponenten des erfindungsgemäßen Werkzeugs je nach Betriebs- oder Wartungserfordernissen leicht montierbar und demontierbar sind. Jede Komponente ist erforderlichenfalls unter Verwendung präzisionsbearbeiteter Flächen und Dübel auf der anderen gestapelt. Das Ende 61 des Stempelwerkzeugs 60 weist eine Fläche mit einer Form auf, die mit der Fläche 22 an dem Nocken 20 zusammenwirkt, um ein gezahntes Zahnradteil P zu bilden.
Obwohl hierin eine einzige Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist, ist es für Fachleute ersichtlich, dass Änderungen an der Konstruktion und der Beziehung von Teilen zueinander durchgeführt werden können, ohne dass dadurch vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird, der in den beiliegenden Patentansprüchen definiert ist.

Claims

Werkzeug mit: einem bewegbarem Element (10) mit einer Fläche zum gleitenden Zusammengreifen mit einem Nocken (20); einem in gleitendem Zusammengriff mit einem unbewegbaren Element (70) stehenden Nocken (20); wobei der Nocken (20) durch den Zusammengriff mit dem. bewegbaren Element (10) in eine vorbestimmte Richtung gedrückt wird; und einem von dem Nocken (20) zu bildenden und relativ zu dem Nocken (20) gegenüber dem bewegbaren Teil (10) angeordneten Teilelement (61) zum Tragen eines Teils (P), wobei das Teilelement (61) simultan mit dem bewegbaren Element (10) bewegbar ist.
Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem: das bewegbare Element (10) eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist, die eine Bohrung bildet; und die genannte Fläche an der Innenfläche des bewegbaren Elements (10) ausgebildet ist.
Werkzeug nach Anspruch 2, bei dem das Teilelement (60, 61) in der Bohrung angeordnet ist.
Werkzeug nach Anspruch 3, ferner mit: mehreren Nocken, die einen Nockenring (20a) aufweisen, der im Wesentlichen kreisförmig um das unbewegbare Element (70) herum angeordnet ist; und wobei die Nocken (20) an dem unbewegbaren Element (70) zwischen dem bewegbaren Element (10) und dem Teilelement (60, 61) angeordnet sind.
Werkzeug nach Anspruch 4, ferner mit einem elastischen Element (40) zum Drücken eines Nockens (20) in eine vorbestimmte Richtung.
Werkzeug nach Anspruch 5, ferner mit mehreren Nockenringen (20a–20d), die einander benachbart an dem unbewegbaren Element (70) angeordnet sind.
Werkzeug nach Anspruch 6, ferner mit mehreren Anschlägen (30), von denen jeder eine Bewegung eines Nockens (20) beschränkt.
Werkzeug nach Anspruch 6, bei dem das unbewegbare Element (70) ferner aufweist: eine Bohrung zum Aufnehmen des Teilelements; und wobei die mehreren Nockenringe (20a–20d) um die Bohrung herum angeordnet sind.